某建筑碳纖維加固施工方案

碳纖維加固施工及質(zhì)量控制[摘要]：碳纖纖維具有強(qiáng)度度高、自重輕輕、施工方便便、快捷、應(yīng)應(yīng)用廣泛等優(yōu)優(yōu)良性能，因因而利用碳纖纖維布加固鋼鋼筋混凝土構(gòu)構(gòu)件以提高承承載力及延長長壽命是目前前比較流行的的方法，在建建筑業(yè)中有著著廣泛的發(fā)展展前景。本文文以某加固工程為為例介紹了碳碳纖維復(fù)合材材料在因功能能改變引起荷荷載變化的構(gòu)構(gòu)件加固中施施工工藝。[關(guān)鍵字]：碳纖維材料混凝土結(jié)構(gòu)加固技術(shù)1．工程概況某工程地下二層層，地上十六六層，總建筑筑面積262955m2，，標(biāo)準(zhǔn)層層建筑面積1580mm2現(xiàn)澆框架剪剪力墻結(jié)構(gòu)，建建筑功能為住住宅。該工程程標(biāo)準(zhǔn)層3.1m，檐口高度54.055m，設(shè)3部電梯。2．需要進(jìn)行加加固的背景情情況該工程主體結(jié)構(gòu)構(gòu)施工時(shí)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)層設(shè)計(jì)為每每層6個(gè)戶型，主主體結(jié)構(gòu)施工工完畢后，建建設(shè)單位因?yàn)闉槭袌?chǎng)原因，將將原有的6個(gè)大戶型改改為18個(gè)小戶型，每每個(gè)戶型有獨(dú)獨(dú)立的使用功功能，需要增增加樓面荷載載及設(shè)備、通通風(fēng)道等需開開洞。樓面荷荷載的問題是是將原設(shè)計(jì)采采用的陶粒隔隔墻板改為輕輕質(zhì)隔墻條板板的方法解決決。樓板開洞洞加固經(jīng)過設(shè)設(shè)計(jì)、甲方、監(jiān)監(jiān)理及總包共共同協(xié)商及比比較各種加固固方法的工期期和造價(jià)因素素，最后決定定采用粘貼碳碳纖維布加固固。3．碳纖維加固固簡介碳纖維布加固修修補(bǔ)結(jié)構(gòu)技術(shù)術(shù)是一種新型型的結(jié)構(gòu)加固固技術(shù)，它是是利用樹脂類類粘結(jié)材料將將碳纖維布粘粘貼于混凝土土表面，以達(dá)達(dá)到對(duì)結(jié)構(gòu)及及構(gòu)件加固補(bǔ)補(bǔ)強(qiáng)的目的。碳碳纖維材料(carbbonfiibrerreinfoorcedpoly--mer)用于混凝土土結(jié)構(gòu)加固修修補(bǔ)的研究始始于80年代美、日日等發(fā)達(dá)國家家，我國起步步很晚，近年年來發(fā)展十分分迅速，在航航空、航天、汽汽車、環(huán)境工工程、化工、能能源、交通、建建筑、電子、運(yùn)運(yùn)動(dòng)器材等眾眾多領(lǐng)域得到到了廣泛的應(yīng)應(yīng)用。3.1.碳纖維維布結(jié)構(gòu)加固固技術(shù)簡介粘貼碳纖維結(jié)構(gòu)構(gòu)加固技術(shù)是是指采用高性性能粘結(jié)劑將將碳纖維布粘粘貼在建筑結(jié)結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面面，使兩者共共同工作，提提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件件的（抗彎、抗抗剪）承載能能力，由此而而達(dá)到對(duì)建筑筑物進(jìn)行加固固、補(bǔ)強(qiáng)的目目的。碳纖維增強(qiáng)聚合合物（carboonfibbrereeinforrcedppoly-mmer簡稱cfrp，也稱為碳碳纖維增強(qiáng)塑塑料）是由環(huán)環(huán)氧樹脂粘高高抗拉強(qiáng)度的的碳纖維束而而成的。使用用碳纖維布加加固具有以下下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：：強(qiáng)度高（強(qiáng)度為為普通鋼材的的10倍以上），效效果好；加固后能大大提提高結(jié)構(gòu)的耐耐腐蝕性及耐耐久性；自重輕（約2000g/m22），基本不不增加結(jié)構(gòu)自自重及截面尺尺寸；柔性好好，易于裁剪剪，適用范圍圍廣；施工簡便（不需需大型施工機(jī)機(jī)構(gòu)及周轉(zhuǎn)材材料），易于于操作，經(jīng)濟(jì)濟(jì)性好；施工工期短；因因此，碳纖維維結(jié)構(gòu)加固技技術(shù)在混凝土土結(jié)構(gòu)方面已已產(chǎn)生較大的的效應(yīng)。碳纖維加固技術(shù)術(shù)適用于各種種結(jié)構(gòu)類型、各各種結(jié)構(gòu)部位位的加固修補(bǔ)補(bǔ)，如梁、板板、柱、屋架架、橋墩、橋橋梁、筒體、殼殼體等結(jié)構(gòu)，要要求基層混凝凝土的強(qiáng)度等等級(jí)不低于C15即可；另外外，磚砌體的的某些力學(xué)性性能也可以用用碳纖維進(jìn)行行加固。3.2碳纖維布布加固的原理理用于建筑結(jié)構(gòu)加加固的碳纖維維材料具有優(yōu)優(yōu)良的力學(xué)性性能，其抗拉拉強(qiáng)度一般為為建筑用鋼材材的十幾倍；；但是，碳纖纖維材料織成成碳纖維布后后，其中的各各碳纖維絲很很難完全共同同工作，在承承受較低的荷荷載時(shí)，一部部分應(yīng)力水平平較高的碳纖纖維絲首先達(dá)達(dá)到其抗拉強(qiáng)強(qiáng)度并退出工工作狀態(tài)，以以此類推，各各碳纖維絲逐逐漸斷裂，直直至整體破壞壞。而使用粘粘結(jié)劑后，各各碳纖維絲能能很好地共同同工作，大大大提高碳纖維維布的抗拉強(qiáng)強(qiáng)度，故碳纖纖維加固首先先必須使碳纖纖維布中的碳碳纖維絲能共共同工作，因因此粘結(jié)劑對(duì)對(duì)碳纖維布的的加固起著關(guān)關(guān)鍵的作用，它它既要確保各各碳纖維絲共共同工作，同同時(shí)又確保碳碳纖維布與結(jié)結(jié)構(gòu)共同工作作，從而達(dá)到到加固的目的的。3.3碳纖維布布加固在本工工程中的應(yīng)用用數(shù)量碳纖維布的加固固主要在后開開洞口周邊，根根據(jù)設(shè)計(jì)要求求：后開洞口口周邊四個(gè)方方向粘貼雙層層碳纖維布，并并且伸至支座座梁的位置。本本工程中碳纖纖維覆蓋面積積約為890m2。4．碳纖維加固固的施工4.1施工工藝藝工藝流程為卸荷荷—基底處理—涂底膠—找平—粘貼—保護(hù)?？紤]本工程特殊殊施工環(huán)境因因素，加固中中應(yīng)進(jìn)行卸荷荷。加固前先先將板面粉刷刷層及板面雜雜物清除。本工程加固施工工中，應(yīng)先鑿鑿開原有裝飾飾面層直至結(jié)結(jié)構(gòu)層基面，方方可進(jìn)行下一一步處理?；臼┕げ襟E：：基底處理：①混凝土表面出出現(xiàn)剝落、空空鼓、蜂窩、腐腐蝕等劣化現(xiàn)現(xiàn)象的部位應(yīng)應(yīng)予以鑿除，對(duì)對(duì)于較大面積積的劣質(zhì)層在在鑿除后應(yīng)用用環(huán)氧砂漿進(jìn)進(jìn)行修復(fù)。②混凝土角磨機(jī)機(jī)、砂紙等機(jī)機(jī)具除去混凝凝土表面的浮浮漿、油污等等雜質(zhì)，構(gòu)件件基面的混凝凝土要打磨平平整，尤其是是表面的凸起起部位要磨平平，轉(zhuǎn)角粘貼貼處要進(jìn)行倒倒角處理并打打磨成圓弧狀狀（R≥20mm）。③風(fēng)機(jī)將混凝土土表面清理干干凈，并保持持干燥。涂底膠①按配合比主劑劑∶固化劑＝3:1配置底膠。將將主劑與固化化劑先后置于于容器中，用用彈簧秤計(jì)量量，電動(dòng)攪拌拌器均勻攪拌拌。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)實(shí)際氣溫決決定用量并嚴(yán)嚴(yán)格控制使用用時(shí)間，一般般情況下20—50mim內(nèi)用完。②將底膠均勻涂涂刷于混凝土土表面，待膠膠固化后（固固化時(shí)間視現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)氣溫而定定，以指觸干干燥為準(zhǔn)）再再進(jìn)行下一工工序施工。一一般固化時(shí)間間為6—24h。找平①混凝土表面凹凹陷部位應(yīng)用用修補(bǔ)劑填平平，模板接頭頭等出現(xiàn)高度度差的部位應(yīng)應(yīng)用修補(bǔ)劑填填補(bǔ)，盡量減減小高度差。②轉(zhuǎn)角處也應(yīng)用用修補(bǔ)劑修補(bǔ)補(bǔ)成光滑的圓圓弧，半徑不不小于20mm。待修補(bǔ)劑劑表面指觸干干燥后方可進(jìn)進(jìn)行下一步工工序。粘貼①按設(shè)計(jì)要求的的尺寸裁剪碳碳纖維布。②調(diào)配、攪拌粘粘貼材料粘結(jié)結(jié)劑（使用方方法與底膠相相同），然后后均勻涂抹于于待粘貼的部部位，在搭接接、混凝土拐拐角等部位要要多涂刷一些些。涂刷厚度度要比底膠稍稍厚。嚴(yán)禁出出現(xiàn)漏刷現(xiàn)象象，特別注意意要粘貼碳纖纖維的邊緣部部位。③粘貼碳纖維布布，在確定所所粘貼部位無無誤后，用特特制工具反復(fù)復(fù)沿纖維方向向滾壓，去除除氣泡，并使使粘結(jié)膠充分分浸透碳纖維維布；并用刮刮板刮涂碳纖纖維布表面粘粘結(jié)膠，使之之均勻。多層層粘貼應(yīng)重復(fù)復(fù)上述步驟，待待碳纖維布表表面指觸干燥燥方可進(jìn)行下下一層的粘貼貼。④在最后一層碳碳纖維布的表表面均勻涂抹抹粘結(jié)膠。用用工具反復(fù)沿沿纖維方向滾滾壓，并用刮刮板刮涂碳纖纖維布表面粘結(jié)膠，使使之均勻。⑤碳纖維布沿纖纖維方向的搭搭接長度不得得小于200mm。保護(hù)加固后的碳纖維維布表面采用用抹灰或噴防防火涂料進(jìn)行行保護(hù)。質(zhì)量要求①每一道工序結(jié)結(jié)束后均應(yīng)按按工藝要求進(jìn)進(jìn)行檢查，并并做好相關(guān)的的驗(yàn)收記錄，如如出現(xiàn)質(zhì)量問問題，應(yīng)立即即返工。②施工結(jié)束后的的現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)收以以評(píng)定碳纖維維布與混凝土土之間的粘結(jié)結(jié)質(zhì)量為主，用用小錘等工具具輕輕敲擊碳碳纖維布表面面，以回音判判斷粘結(jié)效果果。如出現(xiàn)空空鼓等粘貼不不密實(shí)的現(xiàn)象象，應(yīng)采用針針管注粘結(jié)膠膠的方法進(jìn)行行補(bǔ)救。粘結(jié)結(jié)面積若少于于90%則判定粘結(jié)結(jié)無效，需重重新施工。③嚴(yán)格控制施工工現(xiàn)場(chǎng)的溫度度和濕度。施施工溫度在5－35℃范圍內(nèi)，相相對(duì)濕度不大大于70%。4.2.施工方方案4.2.1膠粘粘劑的配置：①將原材料按不不同配合比稱稱量準(zhǔn)確，分分別配置底涂涂膠料、整平平膠料及粘結(jié)結(jié)膠料。先將將稀釋劑加入入聚合物主料料內(nèi)攪拌均勻勻，再將填料料加入繼續(xù)攪攪拌至均勻，最最后加入固化化劑，充分?jǐn)嚁嚢韬蠹纯墒故褂?。②配置膠料時(shí)應(yīng)應(yīng)注意以下事事項(xiàng)：底涂膠膠料每次配置置量以1－2公斤為宜；；整平膠料每每次配置量以以0.5－1公斤為宜；；粘結(jié)膠料每每次配置量以以1－2公斤為宜。③所有膠料要求求于1小時(shí)內(nèi)施工工完畢。4.2.2基底底處理①混凝土表面如如出現(xiàn)剝落、蜂蜂窩、腐蝕等等劣化現(xiàn)象的的部位應(yīng)予剔剔除，對(duì)于較較大面積的劣劣質(zhì)層，在剔剔除后應(yīng)用聚聚合物水泥砂砂漿進(jìn)行修復(fù)復(fù)。②裂縫部位，如如有必要應(yīng)先先進(jìn)行封閉處處理。③用混凝土角磨磨機(jī)、砂輪（砂砂紙）等工具具，去除混凝凝土表面的浮浮漿、油污等等雜質(zhì)，構(gòu)件件基面的混凝凝土要打磨平平整，尤其是是表面的凸出出部位要磨平平，轉(zhuǎn)角粘貼貼處要進(jìn)行倒倒角處理并打打磨成圓弧狀狀（R310mmm）。④用吹風(fēng)機(jī)將混混凝土表面清清理干凈并保保持干燥。使使用中國建科科院研制生產(chǎn)產(chǎn)EC高強(qiáng)度聚合合物砂漿修補(bǔ)補(bǔ)表面凹陷底底部分。4.2.3涂底底膠①按一定比例將將主劑與固化化劑先后置于于容器中，用用攪拌器攪拌拌均勻，根據(jù)據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際氣氣溫決定用量量，并嚴(yán)格控控制使用時(shí)間間。②用滾桶刷或毛毛刷將膠均勻勻涂抹于混凝凝土構(gòu)件表面面，厚度不超超過0.4mm，并不得漏漏刷或有流淌淌、氣泡，等等膠固化后（固固化時(shí)間視現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)氣溫而定定，以手指觸觸感干燥為宜宜，一般不小小于2小時(shí)），再再進(jìn)行下一道道工序。4.2.4用整整平膠料找平平①混凝土表面凹凹陷部位應(yīng)用用刮刀嵌刮整整平膠料修補(bǔ)補(bǔ)填平，模板板接頭等出現(xiàn)現(xiàn)高度差的部部位應(yīng)用整平平膠料填補(bǔ)，盡盡量減少高差差。②轉(zhuǎn)角的處理，應(yīng)應(yīng)用整平膠料料將其修補(bǔ)為為光滑的圓弧弧，半徑不小小于10mm。③整平膠料須固固化后（固化化時(shí)間視現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)氣溫而定，以以手指觸感干干燥為宜，一一般不小于2小時(shí)），方方可再進(jìn)行下下一道工序。4.2.5粘貼貼碳纖維布①按設(shè)計(jì)要求的的尺寸裁剪碳碳纖維布，除除非特殊要求求，碳纖維布布長度應(yīng)在3m以內(nèi)。②配置、攪拌粘粘貼膠料，然然后用滾筒刷刷均勻涂抹于于所粘貼部位位，在搭接、拐拐角部位適當(dāng)當(dāng)多涂抹一些些。③用特制光滑滾滾子在碳纖維維布表面沿同同一方向反復(fù)復(fù)滾壓至膠料料滲出碳纖維維布外表面，以以去除氣泡，使使碳纖維布充充分浸潤膠料料。多層粘貼應(yīng)重復(fù)復(fù)以上步驟，待纖維維表面指觸感感干燥為宜，方方可進(jìn)行下一一層碳纖維布布的粘貼。④在最外一層碳碳纖維布的外外表面均勻涂涂抹一層粘貼貼膠料。5．碳纖維加固固施工的量控控制5.1質(zhì)量保證證措施：對(duì)于砼工程，應(yīng)應(yīng)振搗密實(shí)，面面層平整，砂砂漿拌制嚴(yán)格格按照設(shè)計(jì)配配比，杜絕偷偷工減料現(xiàn)象象發(fā)生。碳纖維粘貼工程程：碳纖維布布沿纖維方向向的搭接長度度不得小于100mm。粘貼碳纖纖維布應(yīng)盡量量避開障礙物物，如遇無法法清除的障礙礙物而需截?cái)鄶鄷r(shí)，在截?cái)鄶嗖课灰枰砸赃m當(dāng)處理，具具體措施應(yīng)視視不同情況而而定。碳纖維材料方面面的可靠保證證碳纖維片具有極極佳的力學(xué)性性能，是與它它自身的材質(zhì)質(zhì)屬性、成片片加工工藝密密不可分的。目目前，國產(chǎn)碳碳纖維布與進(jìn)進(jìn)口碳纖維布布之間從質(zhì)量量、性能及生生產(chǎn)工藝上，都都存在著較大大的差異，具具體表現(xiàn)為：：①材料的勻質(zhì)性性：碳纖維束束只有分布排排列均勻，加加工成片后才才能起到整體體均勻受力的的作用；若才才只得勻質(zhì)性性不好，則構(gòu)構(gòu)件受力后導(dǎo)導(dǎo)致纖維片局局部受力不均均，使碳纖維維補(bǔ)強(qiáng)的效果果不能充分發(fā)發(fā)揮出來。因因此，材料的的勻質(zhì)性問題題，是目前國國產(chǎn)碳纖維片片提高質(zhì)量所所待解決的關(guān)關(guān)鍵性問題。②碳纖維片中預(yù)預(yù)浸樹脂的含含量：我們用用于結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)強(qiáng)的碳纖維片片是含有預(yù)浸浸樹脂的。其其作用是使纖纖維之間相互互約束、相互互粘結(jié)成為共共同受力的整整體，但其含含量過多、浸浸漬過厚，卻卻無益于修復(fù)復(fù)、補(bǔ)強(qiáng)。因因?yàn)樘祭w維補(bǔ)強(qiáng)混混凝土結(jié)構(gòu)是是靠上涂及下下涂環(huán)氧樹脂脂對(duì)碳纖維片片的反復(fù)滲透透來完成的。如如果纖維片中中預(yù)浸樹脂的的含量過多，則則粘貼碳纖維維片時(shí)樹脂的的滲透效果就就比較差，直直接影響施工工質(zhì)量。目前前國產(chǎn)材料在在控制低預(yù)浸浸樹脂含量方方面與國外產(chǎn)產(chǎn)品相比仍有有較大差距。③碳纖維的段絲絲率：由于纖纖維絲很細(xì)，只只有7μm，極易出現(xiàn)現(xiàn)段絲。因此此，盡可能地地減少纖維絲絲的斷裂，確確保纖維片的的連續(xù)性與整整體性，是確確保最終補(bǔ)強(qiáng)強(qiáng)效果的一個(gè)個(gè)重要參數(shù)。這這也是國產(chǎn)材材料需要解決決的一個(gè)大問問題。國產(chǎn)原原絲的雜質(zhì)多多，是導(dǎo)致碳碳纖維強(qiáng)度不不高的主要原原因之一（見見下表）。國內(nèi)外碳纖維中中金屬雜質(zhì)含含量比較（引自[高科技纖維維與應(yīng)用]雜志2005年第3期）（單位：10－6）生產(chǎn)廠家NaKCaMgFe小計(jì)日本T30010-151-151021-524-27日本T80010.13.518.53.4/35.5國內(nèi)甲廠1426241153128國內(nèi)乙廠952210517101340（注：T3000為文獻(xiàn)值，其其它為實(shí)測(cè)值值）為確保碳纖維片片修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)混混凝土結(jié)構(gòu)的的質(zhì)量，本公公司使用的碳碳纖維片是性性能質(zhì)量優(yōu)異異的產(chǎn)品。5.2安全施工工及場(chǎng)容：裁剪及使用碳纖纖維布時(shí)應(yīng)盡盡量遠(yuǎn)離電源源，尤其是高高壓電線及輸輸電線路。碳纖維布的配套套用膠要遠(yuǎn)離離火源，避免免陽光直接照照射?，F(xiàn)場(chǎng)施工人員應(yīng)應(yīng)穿工作服，同同時(shí)還須佩戴戴口罩和手套套，施工人員員嚴(yán)禁在現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)吸煙。配置及使用膠的的場(chǎng)所必須保保持良好的通通風(fēng)。施工所用砂、石石子、水泥等等材料堆碼整整齊，施工完完畢后，將施施工所產(chǎn)生的的垃圾及時(shí)清清運(yùn)出現(xiàn)場(chǎng)，作作到工完場(chǎng)清清。6．碳纖維加固固的驗(yàn)收6.1工程驗(yàn)收收時(shí)必須有碳碳纖維及其配配套膠料廠家家所提供的材材料檢驗(yàn)證明明。目前，國內(nèi)外碳碳纖維材料及及配套結(jié)構(gòu)膠膠的生產(chǎn)廠家家有多家，選選購前應(yīng)認(rèn)真真了解材料的的相關(guān)技術(shù)指指標(biāo)及操作說說明，本工程程所用的各材材料指標(biāo)如表表1～表3?？估瓘?qiáng)度（mppa）彈性模量（mppa）延伸率（%）密度（g/cm3）耐腐蝕性浸透性均勻度50002.35×10052.11.8優(yōu)良好良好表1結(jié)結(jié)構(gòu)加固修補(bǔ)補(bǔ)用碳纖維材材料（cfrp--t700ss）主要性能能指標(biāo)表2碳纖纖維織物數(shù)據(jù)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)積層厚度為加入入樹脂后其纖纖維體積含量量為50%時(shí)的厚度9916100.2表3建建筑結(jié)構(gòu)膠主主要技術(shù)性能能指標(biāo)結(jié)構(gòu)膠名稱jgn-cjgn-p作用粘貼碳纖維專用用膠與jgn-c配配套使用的底底膠外觀甲組分白色蠟狀膏體無色透明液體乙組