碳纖維加固技術在改造工程

1、碳纖維加固技術在改造工程中的應用摘要：碳纖維具有強度高、自重輕、施工方便、快捷、應用廣泛等優(yōu)良 性能，因而利用碳纖維布加固鋼筋混凝土構件以提高承載力及延長壽命 是目前比較流行的方法，在建筑業(yè)中有著廣泛的發(fā)展前景。本文以一個 小型改造工程應用為例介紹了碳纖維復合材料在因功能改變引起荷載 變化的結構構件加固中的計算方法和施工工藝，供同行參考。 關鍵詞：碳纖維復合材料 混凝土結構 加固技術 碳纖維布加固修補結構技術是一種新型的結構加固技術 ，它是利用樹脂 類粘結材料將碳纖維布粘貼于混凝土表面 ，以達到對結構及構件加固補 強的目的。碳纖維材料 （CFRP）用于混凝土結構加固修補的研究始于 80 年代美

2、 、日等發(fā)達國家 ，我國起步很晚 ，近年來發(fā)展十分迅速 ，在航空、 航天、汽車、環(huán)境工程、化工、能源、交通、建筑、電子、運動器材等 眾多領域得到了廣泛的應用。采用碳纖維布加固具有以下幾個優(yōu)點： 1、抗拉強度高，是普通鋼材的 10 倍；2、加固后能大大提高結構的耐腐蝕性及耐久性； 3、自重輕 （約 200g/m2），密度只有普通鋼材的 1/4 ；基本不增加結構自重及截面尺 寸；柔性好，易于裁剪，適用范圍廣，適合任何形狀； 4、施工簡便 （不 需大型施工機構及周轉材料） ，沒有濕作業(yè)，易于操作，經(jīng)濟性好； 5、 適用范圍廣，施工工期短。1、工程概況四平市站前住宅樓，建造于 90 年代初，底部框架剪

3、力墻結構結構，底 部 2 層框架，上部 4 層住宅。原設計 1， 2 層為餐廳（活荷載為 2.5KN/ m2） ,廚房（活荷載為 4.0KN/ m2 ）設在一層。現(xiàn)計劃重新裝修開設肯 德雞連鎖店，將廚房移到 2層，原 1層廚房位置設售餐臺。由于功能改 變導致荷載增大，原 2 層局部梁將不能滿足設計要求，需要加固。經(jīng)過 方案論證和經(jīng)濟技術可行性比較，決定采用碳纖維復合材料進行加固。2、材料特性本工程使用德國進口的碳纖維布（ C200），其主要性能指標見表 1：粘貼用樹脂采用國產(chǎn) JGN型建筑結構膠， 其主要性能指標見表 2：表 2：配套膠主要性能指標3、加固設計3.1 基本假定 碳纖維材料加固后

4、混凝土梁的極限承載力計算采用如下基本假定： 受拉區(qū)混凝土的作用忽略不計； 梁受彎后，混凝土、鋼筋及碳纖維應變符合平截面假定； (3)碳纖維材料采用線彈性應力 -應變關系： cf =Ecf cf 且cf 0.01 取 cf=0.01界限相對高度： cfb =0.8X cu/( cu+ cf)=0.8 0.0033/(0.0033+0.01)=0.1985混凝土受壓區(qū)高度 x 和受拉面上碳纖維片材的拉應變 cf 應按下列 公式進行計算：1）、 f cbx=f yAsf yAs+Ecfcf A cf2） 、 x 0.8 cu/ cu+cf解得： cfbh0.1985x650 129 137mm bh

5、0=329m; cf =0.0051根據(jù)規(guī)范公式 4.3.2-1,M=fcbx （h 0x/2）+f yAs （h 0 a ）+ E cf cf Acf （h h0）5 =14.3x350x137x（585-68.5）+300x980（585-40）+2.3x105x0.0051x99.9x65=524kN m由計算結果可知經(jīng)過加固，此梁的最大彎矩設計值比原來提高了13。3.3 構造做法為了加強梁底碳纖維布的錨固及增加梁的抗剪能力 , 在梁端每側粘貼 160mm寬 U型箍 1 道,在主次梁相交處每側粘貼 160mm寬 U型箍 1道。U 型粘貼的粘貼高度宜取構件截面高度。對于U 型粘貼形式，宜在

6、上端粘貼縱向碳纖維片材壓條。2考慮到碳纖維布多層粘貼時受施工現(xiàn)場影響的因素較大， 建議受彎 構件粘貼碳纖維布的層數(shù)不應超過 3 層。4、施工工藝一般工藝流程為卸荷基底處理涂底膠找平粘貼保護。考慮本工程特殊施工環(huán)境因素， 加固中應進行卸荷。 加固前先將板面粉 刷層及板面雜物清除。本工程加固施工中， 應先鑿開保護層直至結構層基面， 方可進行下一步 處理。基本施工步驟：基底處理： 混凝土表面出現(xiàn)剝落、 空鼓、 蜂窩、腐蝕等劣化現(xiàn)象的部位應予以鑿 除，對于較大面積的劣質層在鑿除后應用環(huán)氧砂漿進行修復。 混凝土角磨機、 砂紙等機具除去混凝土表面的浮漿、 油污等雜質， 構 件基面的混凝土要打磨平整， 尤其

7、是表面的凸起部位要磨平， 轉角粘貼 處要進行倒角處理并打磨成圓弧狀（ R 20mm）。 風機將混凝土表面清理干凈，并保持干燥。涂底膠 按配合比主劑固化劑 3:1 配置底膠。 將主劑與固化劑先后置于容 器中， 用彈簧秤計量， 電動攪拌器均勻攪拌。 根據(jù)現(xiàn)場實際氣溫決定用 量并嚴格控制使用時間，一般情況下 2050mim內用完。 將底膠均勻涂刷于混凝土表面， 待膠固化后 （固化時間視現(xiàn)場氣溫而 定，以指觸干燥為準）再進行下一工序施工。一般固化時間為624h。找平 混凝土表面凹陷部位應用修補劑填平， 模板接頭等出現(xiàn)高度差的部位 應用修補劑填補，盡量減小高度差。 轉角處也應用修補劑修補成光滑的圓弧，半

8、徑不小于20mm。待修補 劑表面指觸干燥后方可進行下一步工序。粘貼按設計要求的尺寸裁剪碳纖維布。調配、攪拌粘貼材料粘結劑（使用方法與底膠相同） ，然后均勻涂抹 于待粘貼的部位， 在搭接、 混凝土拐角等部位要多涂刷一些。 涂刷厚度 要比底膠稍厚。嚴禁出現(xiàn)漏刷現(xiàn)象， 特別注意要粘貼碳纖維的邊緣部位。 粘貼碳纖維布， 在確定所粘貼部位無誤后， 用特制工具反復沿纖維方 向滾壓，去除氣泡， 并使粘結膠充分浸透碳纖維布； 并用刮板刮涂碳纖 維布表面粘結膠， 使之均勻。 多層粘貼應重復上述步驟， 待碳纖維布表 面指觸干燥方可進行下一層的粘貼。 在最后一層碳纖維布的表面均勻涂抹粘結膠。 用工具反復沿纖維方向 滾壓，并用刮板刮涂碳纖維布表面粘結膠，使之均勻。 碳纖維布沿纖維方向的搭接長度不得小于200mm。保護加固后的碳纖維布表面采用抹灰或噴防火涂料進行保護。質量要求每一道工序結束后均應按工藝要求進行檢查，并做好相關的驗收記 錄，如出現(xiàn)質量問題，應立即返工。施工結束后的現(xiàn)場驗收以評定碳纖維布與混凝土之間的粘結質量為 主，用小錘等工具輕輕敲擊碳纖維布表面， 以回音判斷粘結效果。 如出 現(xiàn)空鼓等粘貼不密實的現(xiàn)象， 應采用針管注粘結膠的方法進行補救。 粘 結面積若少于 90%則判定粘結無效，需重新施工。 嚴格控制施工現(xiàn)場的溫度和濕度。施工溫度在5 35范圍內，相對濕度不大