結(jié)構(gòu)碳纖維加固技術(shù)施工工法

1、結(jié)構(gòu)碳纖維加固技術(shù)施工工法1前言  碳纖維布加固修補結(jié)構(gòu)技術(shù)是一種新型的結(jié)構(gòu)加固技術(shù)，它是利用樹脂類粘結(jié)材料將碳纖維布粘貼于混凝土表面，以達到對結(jié)構(gòu)及構(gòu)件加固補強的目的。碳纖維材料(CFRP)用于混凝土結(jié)構(gòu)加固修補的研究始于80年代美、日等發(fā)達國家，我國起步很晚，國家工業(yè)建筑診斷與改造工程技術(shù)研究中心引進開發(fā)了此項目，并在全國建筑加固與鑒定第四屆學(xué)術(shù)會議上獲獎。2特點2.1高強高效，適用面廣，質(zhì)量易保證。2.2施工便捷，工效高，沒有濕作業(yè)，不需現(xiàn)場固定設(shè)施，施工占用場地少。2.3耐腐蝕及耐久性能極佳。2.4加固修補后，基本不增加原結(jié)構(gòu)自重及原構(gòu)件尺寸。3適用范圍3.1適用于各種結(jié)構(gòu)類

2、型、各種結(jié)構(gòu)部位的加固修補，如梁、板、柱、屋架、橋墩、橋梁、筒體、殼體等結(jié)構(gòu)。3.2基層混凝土的強度等級不低于C15。4工藝原理加固機理是將碳纖維布采用高性能的環(huán)氧類粘結(jié)劑粘結(jié)于混凝土構(gòu)件的表面，利用碳纖維材料良好的抗拉強度達到增強構(gòu)件承載能力及剛度的目的。5工藝流程及操作要求工藝流程為卸荷基底處理涂底膠找平粘貼保護。5.1卸荷加固前應(yīng)對所加固的構(gòu)件盡可能卸荷。5.2基底處理5.2.1混凝土表層出現(xiàn)剝落、空鼓、蜂窩、腐蝕等劣化現(xiàn)象的部位應(yīng)予以鑿除，對于較大面積的劣質(zhì)層在鑿除后應(yīng)用環(huán)氧砂漿進行修復(fù)。5.2.2裂縫部位應(yīng)首先進行封閉處理。5.2.3用混凝土角磨機、砂紙等機具除去混凝土表面的浮漿、油

3、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，轉(zhuǎn)角粘貼處要進行倒角處理并打磨成圓弧狀(R10mm)。5.2.4用吹風(fēng)機將混凝土表面清理干凈，并保持干燥。5.3涂底膠(FP膠)5.3.1按主劑固化劑=21的比例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1h內(nèi)用完。5.3.2用滾筒刷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(zhǔn))再進行下一工序施工。一般固化時間為23d。5.4找平5.4.1混凝土表面凹陷部位應(yīng)用FE膠填平，模板接頭等出現(xiàn)高度差的部位應(yīng)用FE膠填補，盡量減

4、小高度差。5.4.2轉(zhuǎn)角處也應(yīng)用FE膠修補成光滑的圓弧，半徑不小于10mm。5.5粘貼5.5.1按設(shè)計要求的尺寸及層數(shù)裁剪碳纖維布，除非特殊要求，碳纖維布長度一般應(yīng)在3m之內(nèi)。5.5.2調(diào)配、攪拌粘貼材料FR膠(使用方法與底膠FP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。5.5.3粘貼碳纖維布，在確定所粘貼部位無誤后剝?nèi)ルx型紙，用特制滾子反復(fù)沿纖維方向滾壓，去除氣泡，并使FR膠充分浸透碳纖維布。多層粘貼應(yīng)重復(fù)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。5.5.4在最后一層碳纖維布的表面均勻涂抹FR膠。5.5.5碳纖維布沿纖維方向的搭接長度不得小于100

5、mm，碳纖維端部固定用橫向碳纖維或粘鋼固定。5.6保護加固后的碳纖維布表面應(yīng)采取抹灰或噴防火涂料進行保護。6材料碳纖維材料(CFRP)加固修補混凝土結(jié)構(gòu)所用材料主要為碳纖維材料與粘貼用樹脂。材料及性能指標(biāo)見表16。表1結(jié)構(gòu)加固修補用碳纖維材料(CFRP)主要性能指標(biāo)抗拉強度(MPa)彈性模量(MPa)延伸率()密度(g/cm3)耐腐蝕性浸透性均勻度3000左右2.1×1051.51.8優(yōu)良好良好表2日本常用CFRP性能指標(biāo)纖維品種T700SC(UT7020)T700SC(BT7030)T700SC(UT7030)FTSC130FTSC730纖維方向單方向單方向雙方向單方向單方向單位面

6、積重量(g/m2)200300300300300密度(g/cm3)1.81.81.81.81.8設(shè)計厚度(mm)0.1110.167經(jīng)向：0.083緯向：0.0830.1670.143抗拉強度(MPa)35003500經(jīng)向：3000緯向：300035502500彈性模量(MPa)2.35×1052.35×1052.35×1052.35×1055.0×105表3粘貼CFRP用樹脂主要技術(shù)性能指標(biāo)抗拉強度(MPa)抗剪強度(MPa)粘貼強度(MPa)適用溫度()可使用時間(min)30102.053520120表4碳纖維布的物理力學(xué)性能指標(biāo)碳纖維布

7、材料名稱纖維重量(g/m2)設(shè)計厚度(mm)設(shè)計抗拉強度(MPa)彈性模量(MPa)FTSC120FTSC130FTSC5302003003000.1110.1670.1653550355030002.35×1052.35×1054.00×105表5膠的物理力學(xué)性能指標(biāo)類型粘度(MPa.s)拉伸強度(MPa)壓縮強度(MPa)拉伸剪切強度(MPa)正拉粘結(jié)強度(MPa)FP0.8001.6005FE5010FR3.005.00256010表6膠的施工工藝性能指標(biāo)類型適用期(min)干燥時間(h)硬化時間(h)FP4512FE40FR40127機具設(shè)備施工機具為混凝

8、土角磨機6臺，吹風(fēng)機4臺，剪刀2把，滾子6把，鏨子2把，灌漿設(shè)備1套。具體數(shù)量可視施工工期及施工面積確定。8勞動力組織及安全8.1勞動力組織視施工工期及施工面積確定班組數(shù)，每班組1012人，其中管理人員4人(工長、技術(shù)、質(zhì)量、安全各1人)，專業(yè)工人68人。每工日完成710m2。8.2粘貼碳纖維布的安全規(guī)定如下。8.2.1裁剪及使用碳纖維布時應(yīng)盡量遠離電源，尤其是高壓電線及輸電線路。8.2.2碳纖維布的配套用膠要遠離火源，避免陽光直接照射。8.2.3現(xiàn)場施工人員應(yīng)穿工作服，同時還須佩戴口罩和手套，施工人員嚴禁在現(xiàn)場吸煙。8.2.4配制及使用膠的場所必須保持良好的通風(fēng)。8.2.5與施工配套的腳手架

9、要有足夠的安全性。高空作業(yè)須佩戴安全帶。9質(zhì)量要求國外一些國家已有了較完善的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)程，但不適合中國。目前國內(nèi)尚無標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，檢查驗收以企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)。9.1工程驗收時必須有碳纖維布及其配套膠生產(chǎn)廠家所提供的材料檢驗證明。9.2每一道工序結(jié)束后均應(yīng)按工藝要求進行檢查，并做好相關(guān)的驗收記錄，如出現(xiàn)質(zhì)量問題，應(yīng)立即返工。9.3施工結(jié)束后的現(xiàn)場驗收以評定碳纖維布與混凝土之間的粘結(jié)質(zhì)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(jié)效果。如出現(xiàn)空鼓等粘貼不密實的現(xiàn)象，應(yīng)采用針管注膠(FR)的方法進行補救。粘結(jié)面積若少于90則判定粘結(jié)無效，需重新施工。9.4對于碳纖維布粘貼面積在1000m2以上的工程

10、，為檢驗其加固效果，應(yīng)與甲方協(xié)商進行荷載試驗，其結(jié)構(gòu)的變形等各項指標(biāo)均應(yīng)滿足國家規(guī)范規(guī)定的設(shè)計及使用要求。9.5大面積粘貼前需做樣板，待有關(guān)方面驗證后，再大面積施工。為確保碳纖維布與混凝土間的粘結(jié)質(zhì)量，基底處理必須嚴格按下列要求執(zhí)行：先檢查要加固的部位本身是否有空鼓現(xiàn)象，再進行表面檢查，最后對不符合要求的部位采取相應(yīng)的措施。9.6嚴格控制施工現(xiàn)場的溫度和濕度。施工溫度在535范圍內(nèi)，相對濕度不大于70。10經(jīng)濟指標(biāo)碳纖維加固費用為20002300元/m2。其中材料費約1400元/m2，基底處理費約15元/m2。11應(yīng)用實例11.1某8層框架結(jié)構(gòu)某8層新建框架結(jié)構(gòu)，建成后使用功能即發(fā)生變化：一、

11、二層改做生產(chǎn)車間，布置較重的設(shè)備荷載；一、二、三層兩端空調(diào)機房荷載也較原設(shè)計有所增加。按照增加后的荷載對結(jié)構(gòu)整體驗算結(jié)果表明：一、二、三層樓部分梁跨中受彎承載力不足，空調(diào)機房單跨梁，除跨中抗彎承載力集中放置，頂板抗彎承載力也不足，均需進行加固。由于結(jié)構(gòu)加固完成后尚需進行整體裝修改造，工期要求很緊。業(yè)主對建筑物的有效使用空間、施工的影響面、加固材料的耐久性及外觀等均有較高的要求，綜合比較多種加固方案，各方均認為采用粘貼碳纖維布加固方法最為適宜。11.1.1加固方案加固材料采用日本進口的FTSC130型碳纖維布及配套膠種，包括底層膠、不平整修補材料及粘貼樹脂。11.1.2梁的加固梁跨度9m，截面b

12、×h=300mm×950mm，其中20根梁跨中抗彎強度不足，5根梁抗剪強度略有不足。根據(jù)計算分析，梁加固方案分為兩類：(1)LG1，梁受彎承載力需提高5，沿梁底面通長粘貼一層寬250mm的碳纖維布；(2)LG2，梁受彎承載力需提高23，沿梁底通長粘貼兩層寬300mm的碳纖維布，梁端1500mm區(qū)域及次梁兩側(cè)粘貼U形碳纖維布箍進行抗剪加固，U形箍兩端外貼200mm寬壓條進行錨固?？辜艏庸淘O(shè)計參考日本有關(guān)設(shè)計方法，加固設(shè)計作法見圖1。圖1某8層框架樓梁加固設(shè)計1次梁；2200mm寬碳纖維壓條，l=400mm；3通長粘碳纖維二層；4一層碳纖維U形箍；5200mm寬碳纖維壓條，l=1050mm；6柱11.1.3板的加固地下室頂板一個開間因局部承載力要求，原跨度6.3m的預(yù)應(yīng)力圓孔板受彎承載力需提高約30。根據(jù)計算，加固方案采用每塊板底面通長粘貼兩條寬200mm碳纖維布1層(圖2)。圖2板抗彎加固圖11.2北京民族文化宮北京民族文化宮始建于1959年(北京十大建筑之一)，經(jīng)40年的使用，大部分結(jié)構(gòu)已無法滿足抗震安全和使用要求，決定進行抗震加固改造，其中段屋架經(jīng)國家工業(yè)建筑診斷與改造工程技術(shù)研究中心檢測、評估，屋架有多根主要受力桿件(如上下弦桿、端斜桿等)承載力不符合國家現(xiàn)行規(guī)范要求，屋架支撐系統(tǒng)不