碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)的原理與施工技術(shù)探討

1、碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)的原理與施工技術(shù)探討來(lái)源：中國(guó)論文下載中心 06-03-21 11:24:00 作者：佚名 編輯：studa9ngns 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(duì)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(jiǎn)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(duì)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 reinfor

2、ced poly-mer簡(jiǎn)稱cfrp，也稱為碳纖維增強(qiáng)塑料）是由環(huán)氧樹(shù)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(gè)優(yōu)點(diǎn)：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(jiǎn)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(shí)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

3、土的強(qiáng)度等級(jí)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(shí)，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(duì)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(shí)又確保碳纖維布與結(jié)構(gòu)

4、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(zhǎng)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(kāi)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(jì)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(zhǎng)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(shí)際檢測(cè)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(duì)薄腹梁混凝土進(jìn)行檢測(cè)，以供加固參考。經(jīng)檢測(cè)，混凝土的實(shí)際強(qiáng)度為c3

5、0。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙，及現(xiàn)場(chǎng)混凝土、鋼筋的腐蝕情況，考慮提高下弦的抗拉強(qiáng)度等級(jí)，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(jì)因梁底寬度為200mm，而碳纖維布的寬度為610mm，兼顧加固時(shí)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

6、須處理成圓角（r10mm）。5、碳纖維布加固的施工5.1施工準(zhǔn)備施工材料的準(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。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(tái)秤，丙酮。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(duì)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

7、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(shí)間視現(xiàn)場(chǎng)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(shí)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

8、在底膠上需粘貼碳纖維布處，隨即把按設(shè)計(jì)要求已裁剪好的碳纖維布粘貼在設(shè)計(jì)部位，然后用專用滾子沿碳纖維布的受力方向來(lái)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(zhǎng)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(lái)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(guó)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(gòu)前應(yīng)認(rèn)真了解材料的相關(guān)技術(shù)指標(biāo)及操作說(shuō)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（cfr

9、p-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50002.35×1052.11.8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(shù)脂后其纖維體積含量為50%時(shí)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-c

10、jgn-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(wú)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(shí)）5000cp(不流掛 涂布量0.61.0kg/m20.250.3kg/m2適用期（20時(shí)）90min可使用時(shí)間2040min硬化時(shí)間（20時(shí)）3.0h指干時(shí)間（20時(shí)）2h 甲:乙=3:1甲:乙=3:1使用溫度1035 7、結(jié)論根據(jù)加固原理可知，在施工前必

11、須選擇合適的粘結(jié)劑，認(rèn)真查看材料的質(zhì)保書(shū)及使用說(shuō)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(shí)又確保碳纖維布與結(jié)構(gòu)共同工作；在施工過(guò)程中，參照使用說(shuō)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)盡可能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(guò)對(duì)某制藥廠工程實(shí)例的施工操作，深深體會(huì)到碳纖維布結(jié)構(gòu)加固技術(shù)簡(jiǎn)介中介紹的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，該工程施工時(shí)，在確保安全的前提下，僅使用了簡(jiǎn)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以隨意穿過(guò)，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(jiàn)有被腐蝕處；該工程從開(kāi)工到結(jié)束僅7天（包括搭、拆腳手），工程總費(fèi)用僅約為11000.00元。由此可見(jiàn)，碳纖維布加固結(jié)構(gòu)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)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