碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)的原理與施工技術(shù)探討.doc

碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)的原理與施工技術(shù)探討摘要：粘貼碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)是指采用高性能粘結(jié)劑將碳纖維布粘貼在建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面，使兩者共同工作，提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的（抗彎、抗剪）承載能力，由此而達(dá)到對建筑物進(jìn)行加固、補(bǔ)強(qiáng)的目的。關(guān)鍵詞：碳纖維布 加固1、碳纖維布結(jié)構(gòu)加固技術(shù)簡介粘貼碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)是指采用高性能粘結(jié)劑將碳纖維布粘貼在建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面，使兩者共同工作，提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的（抗彎、抗剪）承載能力，由此而達(dá)到對建筑物進(jìn)行加固、補(bǔ)強(qiáng)的目的。碳纖維增強(qiáng)聚合物（Carbon Fibre Reinforced Poly-mer簡稱CFRP，也稱為碳纖維增強(qiáng)塑料）是由環(huán)氧樹脂粘高抗拉強(qiáng)度的碳纖維束而成的。使用碳纖維布加固具有以下幾個優(yōu)點：a、強(qiáng)度高（強(qiáng)度約為普通鋼材的10倍），效果好；b、加固后能大大提高結(jié)構(gòu)的耐腐蝕性及耐久性；c、自重輕（約200g/m2），基本不增加結(jié)構(gòu)自重及截面尺寸；柔性好，易于裁剪，適用范圍廣；d、施工簡便（不需大型施工機(jī)構(gòu)及周轉(zhuǎn)材料），易于操作，經(jīng)濟(jì)性好；e、施工工期短（本工程實例僅用一周）；因此，碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)在混凝土結(jié)構(gòu)方面已產(chǎn)生較大的效應(yīng)。碳纖維加固技術(shù)適用于各種結(jié)構(gòu)類型、各種結(jié)構(gòu)部位的加固修補(bǔ)，如梁、板、柱、屋架、橋墩、橋梁、筒體、殼體等結(jié)構(gòu)，要求基層混凝土的強(qiáng)度等級不低于C15即可；另外，磚砌體的某些力學(xué)性能也可以用碳纖維進(jìn)行加固。2、碳纖維布加固的原理用于建筑結(jié)構(gòu)加固的碳纖維材料具有優(yōu)良的力學(xué)性能，其抗拉強(qiáng)度一般為建筑用鋼材的十幾倍；但是，碳纖維材料織成碳纖維布后，其中的各碳纖維絲很難完全共同工作，在承受較低的荷載時，一部分應(yīng)力水平較高的碳纖維絲首先達(dá)到其抗拉強(qiáng)度并退出工作狀態(tài)，以此類推，各碳纖維絲逐漸斷裂，直至整體破壞。而使用粘結(jié)劑后，各碳纖維絲能很好地共同工作，大大提高碳纖維布的抗拉強(qiáng)度，故碳纖維加固首先必須使碳纖維布中的碳纖維絲能共同工作，因此粘結(jié)劑對碳纖維布的加固起著關(guān)鍵的作用，它既要確保各碳纖維絲共同工作，同時又確保碳纖維布與結(jié)構(gòu)共同工作，從而達(dá)到加固的目的。3、工程概況某制藥廠保太松車間建于1984年，因長期受腐蝕性氣體的侵蝕，三根薄腹梁下弦混凝土與鋼筋均遭受嚴(yán)重腐蝕，導(dǎo)致保護(hù)層混凝土開裂、酥松、剝落，下弦鋼筋銹蝕、剝落，鋼筋受力截面削弱，危及結(jié)構(gòu)安全，影響工人的生產(chǎn)情緒；經(jīng)與設(shè)計人員一起進(jìn)行分析比較，選擇粘貼碳纖維布進(jìn)行加固，能防止腐蝕性氣體的侵蝕，延長梁的使用壽命。4、碳纖維布加固的依據(jù)及前提4.1碳纖維布加固的依據(jù)某制藥廠提供的保太松車間圖紙。屋架的腐蝕情況。薄腹梁的實際檢測強(qiáng)度?；炷两Y(jié)構(gòu)加固技術(shù)規(guī)程。4.2碳纖維布加固的前提首先，利用回彈法對薄腹梁混凝土進(jìn)行檢測，以供加固參考。經(jīng)檢測，混凝土的實際強(qiáng)度為C30.根據(jù)設(shè)計圖紙，及現(xiàn)場混凝土、鋼筋的腐蝕情況，考慮提高下弦的抗拉強(qiáng)度等級，為此，將610mm寬的T700S型碳纖維布裁成兩半，分兩層粘貼在下弦的底面及兩側(cè)（薄腹梁下弦寬度為200mm），加固后，相當(dāng)于增加原受拉鋼筋面積的46%，彌補(bǔ)了由于原鋼筋銹蝕而造成的截面削減，構(gòu)件的承載力得到加強(qiáng)，而且，總體配筋率minmax，可以滿足使用要求。4.3碳纖維布的設(shè)計因梁底寬度為200mm，而碳纖維布的寬度為610mm，兼顧加固時碳纖維布的幅寬效應(yīng)及下弦的受拉范圍，考慮將碳纖維布裁為兩半，一層為300mm寬，一層為310mm寬，分兩層粘貼在梁的下側(cè)及兩面?zhèn)冗叄▋蓚?cè)邊高度為50-55mm），應(yīng)注意：轉(zhuǎn)角處須處理成圓角（R10mm）。5、碳纖維布加固的施工5.1施工準(zhǔn)備5.1.1施工材料的準(zhǔn)備遼寧省建設(shè)科學(xué)研究院生產(chǎn)的JGN-C膠（底膠）及JGN-P膠（粘著膠），T700S型碳纖維布。5.1.2輔助材料的準(zhǔn)備專用滾筒，刮板，角向磨光機(jī)，剪刀，鑿子，榔頭，臺秤，丙酮。5.1.3搭設(shè)腳手架按安全規(guī)程要求搭設(shè)好腳手架，高度以方便施工為前提。5.2施工工藝把屋架下弦被腐蝕部位的疏松混凝土鑿掉，把銹蝕的鋼筋用鋼絲刷刷掉被銹蝕層。補(bǔ)粉鑿除的混凝土梁用SJ-601防腐砂漿補(bǔ)粉鑿除的混凝土梁（對于較大面積的劣質(zhì)層在鑿除后應(yīng)用環(huán)氧砂漿進(jìn)行修復(fù)），并養(yǎng)護(hù)三天。用壓縮空氣將表面浮塵清除干凈未鑿部位（需加固處）用混凝土角磨機(jī)、砂紙等機(jī)具除去混凝土表面的浮漿、油污等雜質(zhì)，構(gòu)件基面的混凝土要打磨平整，尤其是表面的凸起部位要磨平，用丙酮將需粘貼處清洗干凈。涂底膠將JGN -P膠甲乙組分按需按3：1的重量稱好，放在潔凈的容器中調(diào)和均勻，用刮板將它均勻地涂在屋架底面（兩側(cè)刮150mm），待膠固化后（固化時間視現(xiàn)場氣溫而定，以指觸干燥為準(zhǔn)）再進(jìn)行下一工序施工。注意：調(diào)好的底膠須在規(guī)定的時間內(nèi)用完，一般情況下40min內(nèi)用完。找平混凝土表面凹陷部位用修補(bǔ)膠（JGN-C膠摻入兩倍粉料）填平，模板接頭等出現(xiàn)高度差的部位應(yīng)用修補(bǔ)膠填補(bǔ)，盡量減少高度差。粘貼碳纖維布將JGN -C膠甲乙組分按3：1的重量稱好，放在潔凈的容器中調(diào)和均勻，用刮板將膠均勻地涂刮在底膠上需粘貼碳纖維布處，隨即把按設(shè)計要求已裁剪好的碳纖維布粘貼在設(shè)計部位，然后用專用滾子沿碳纖維布的受力方向來回滾壓，擠出汽泡。待指觸干燥后，即可以進(jìn)行第二道碳纖維布的粘貼，方法同第一道。注意：碳纖維布的搭接長度一般為100mm，端部用橫向碳纖維布固定。兩道碳纖維布粘貼完，待指壓干燥后，再刮涂一層JGN-C面膠，來回滾壓，使膠充分滲入到碳纖維布中去。待面膠指觸干燥后，表面做一層保護(hù)層（防火涂料或水泥砂漿）。6、有關(guān)材料的技術(shù)指標(biāo)目前，國內(nèi)碳纖維材料及配套結(jié)構(gòu)膠的生產(chǎn)廠家有多家，選購前應(yīng)認(rèn)真了解材料的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)及操作說明，我所所用的各材料指標(biāo)如表1表3. 表1結(jié)構(gòu)加固修補(bǔ)用碳纖維材料（CFRP-T700S）主要性能指標(biāo)抗拉強(qiáng)度（MPa）彈性模量（MPa）延伸率（%）密度（g/cm3）耐腐蝕性浸透性均勻度50002.351052.11.8優(yōu)良好良好 表2碳纖維織物數(shù)據(jù)單位面積重量（g/m2）徑向纖維緯向纖維徑向密度根/cm緯向密度根/cm220碳纖維尼龍線2.651.6徑向重量比例%緯向重量比例%碳布寬度（mm）積層厚度（mm）積層厚度為加入樹脂后其纖維體積含量為50%時的厚度9916100.2 表3建筑結(jié)構(gòu)膠主要技術(shù)性能指標(biāo)結(jié)構(gòu)膠名稱JGN-CJGN-P作用粘貼碳纖維專用膠與JGN-C配套使用的底膠外觀甲組分白色蠟狀膏體無色透明液體乙組分棕色液體棕紅色液體粘接拉伸強(qiáng)度（MPa）30.0粘接強(qiáng)度（混凝土-混凝土）混凝土破壞拉伸剪切強(qiáng)度（MPa）20.0壓縮強(qiáng)度（MPa）50.0彎曲強(qiáng)度（MPa）30.0混合黏度（20時）5000cp（不流掛）涂布量0.61.0kg/m20.250.3kg/m2適用期（20時）90min可使用時間2040min硬化時間（20時）3.0h指干時間（20時）甲:乙=3:1甲:乙=3:1使用溫度10357、結(jié)論根據(jù)加固原理可知，在施工前必須選擇合適的粘結(jié)劑，認(rèn)真查看材料的質(zhì)保書及使用說明，掌握材料的各有關(guān)參數(shù)，以確保它有足夠的強(qiáng)度，能保證碳纖維絲共同工作，同時又確保碳纖維布與結(jié)構(gòu)共同工作；在施工過程中，參照使用說明，每道膠都必須處理好，特別是粘貼碳纖維布的JGN-C膠，應(yīng)盡可讓膠充分地滲入到碳纖維絲之間（細(xì)部空鼓處，可用針筒注射膠），確保相互共同工作。通過對某制藥廠工程實例的施工操作，深深體會到碳纖維布結(jié)構(gòu)加固技術(shù)簡介中介紹的各項優(yōu)點，該工程施工時，在確保安全的前提下，僅用了簡單的腳手架，而且，碳纖維布裁剪非常方便，可以根據(jù)形狀及尺寸隨意裁剪，在各種支架的遮擋處可隨意穿過，施工非常方便；另外，從2001年5月7日加固后到現(xiàn)在，在腐蝕性氣體的侵蝕下，至今未見有被腐蝕處；該工程從開工到結(jié)束僅7天（包括搭、拆腳手），工總費(fèi)用僅約為11000.00元。由此可見，碳纖維布加固結(jié)技術(shù)的點很明顯，應(yīng)用前景很光明。8、探討粘貼碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)是一種新型的加固技術(shù)，已經(jīng)得到較為廣泛的應(yīng)用，并已產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益；在混凝土結(jié)構(gòu)的加固中，碳纖維布主要是分擔(dān)鋼筋的受力，即碳纖維布的主要作用是提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗拉強(qiáng)度，那么在其它的結(jié)構(gòu)中，碳纖維布能否起到加強(qiáng)抗拉強(qiáng)度的作用呢？因為碳纖維布在結(jié)構(gòu)膠的作用下強(qiáng)度很高，其它結(jié)構(gòu)在用碳纖維布加固后，會否象類似鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的超筋截面破壞一樣產(chǎn)生負(fù)面影響呢？