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2017-10-04

碳纖維包覆補強工程

碳纖維包覆補強工程  



簡介施工法

碳纖維(carbon fiber reinforced polymer簡稱CFRP)具有抗拉強度高、密度小、耐腐蝕性和耐久性好等優點。結構碳纖維加固方法是利用樹脂類粘結材料將碳纖維片材(碳纖維布和碳纖維板的總稱)粘結於混凝土表面,與原混凝土構件共同受力,以達到構件加固補強的目的,是近年來比較先進的一種加固方法。



1.工法特點



11補強材料薄、重量輕,強度高:碳纖維片材基本不增加原結構尺寸及自身重量。其抗拉強度是普通HRB335鋼的710 倍,且具有優異的補強效果。



1抗腐蝕:能有效地防護構件的混凝土和鋼筋免受酸、堿、鹽、水等介質的腐蝕,應用面廣。



1耐久性能好,耐磨損、抗老化:碳纖維片與環氧樹脂膠結材料本身及經其補強的混凝土構件可以長期承受紫外線輻射。碳纖維複合材料的疲勞強度約為靜荷強度的70%80%,並在破壞前有變形顯著的徵兆。



14 施工簡便,快捷:傳統加固補強施工工藝如粘鋼、外包混凝土方法必須進行大量混凝土剔鑿、鋼筋綁紮、焊接、澆築混凝土以及大型機械設備吊裝等作業,而碳纖維片加固補強施工對施工空間要求很低,便於在狹小空間作業,施工快捷,對周圍的干擾很小。



2.適用範圍



工業與民用建築中鋼筋混凝土梁、板、柱、剪力牆等結構構件,因結構原因承載力不足、鋼筋混凝土結構強度等級不小於C15、且長期使用的環境溫度不高於60的鋼筋混凝土結構,都可採用碳纖維加固施工工法加固。



3.工藝原理



碳纖維加固是採用碳纖維片材,以環氧樹脂作為膠結材料,將纖維片材沿受力方向粘貼在構件上,膠結材料作為它們之間的剪力連接媒介,形成新的複合體,使增強貼片與原有鋼筋共同作用,增大了結構抗拉或抗剪能力,並能有效地提高結構的強度,延性及抗裂性,控制裂縫和撓度的繼續發展,從而起到加固補強的作用。必要時也可交叉粘貼單向纖維片材。整個工藝的關鍵在於碳纖維片粘貼的緊密性與牢固性,以保證與原結構形成整體,共同工作。

施工步驟

      1.混凝土表面處理

   (1)表面處理應達到三個目的:確保結構本體與纖維布牢固粘結,除鏽、去汙、淨化處理混凝土表面的老化部位;利用結構膠修補裂縫、填補孔洞、調整高差、削除尖角,保證碳纖維布粘結在可靠的基底上。

   (2)鋼筋露出部位須做防銹處理,如損傷程度嚴重,應採取措施補救。

   (3)裂縫修補。若裂縫在5mm以上,採用高強水泥砂漿灌注;裂縫寬度大於0.1mm、小於5mm,採用專用化學裂縫灌注膠灌注裂縫,以低壓慢注射為主,固化後打磨修飾平坦;裂縫寬度小於0.1mm,採用封縫膠表面封閉。

   (4)表面修補:被粘混凝土面如有缺點、孔洞或蜂窩麻面,應採用修補膠修補。

   ①缺點或孔洞修補。原結構施工中或後期運行中使結構產生缺角、孔洞、蜂窩麻面,必須用修補膠修補。

   ②高差調整。由於範本錯位產生混凝土表面高低差,亦必須在粘貼纖維前修復。大面積可用高強砂漿,局部位置則用修補膠修補。

   (5)表面污垢和碳化物處理。以盤式打磨機、噴砂、高壓力的水沖洗等方法,將表面處理成平坦規整、無鬆動、無脆弱碎塊及無汙物的表面,油脂類汙物用中性洗滌劑脫脂,用高壓力的氣搶清理灰塵,粘結纖維布前混凝土表面必須充分乾燥。

   (6)修角加工。為防止內凹角處纖維布在粘結時容易剝離或扯起,可採用修補膠泥修補成圓角,圓角半徑R應滿足規範要求。對於棱形柱或尖銳外凸角結構,在尖角處的纖維會有較大的應力集中,容易使碳纖維折斷,因此必須進行處理。可用研磨機將棱角修飾成半徑R的弧形。用修補膠做表面修飾,用弧形量具檢測,保證修飾角半徑R滿足規範要求(特種結構按相關規範要求)。

  

  2.底漆塗布

   (1)使用底膠的目的,在於加強混凝土與纖維布或修補膠之間的粘結性,底膠能夠浸入混凝土,增加混凝土的表面強度。

   (2)環境溫度、濕度和混凝土表面的乾燥程度影響底膠粘結性能,施工環境溫度應不低於5℃,濕度應不高於85%,混凝土表面含水量應在10%以下的乾燥狀況。

   (3)一次配膠量不宜過多,一般情況配製好後在45-60min內用完;膠的攪拌採用低速機械攪拌,攪拌時可能發熱,攪拌時間不宜過長,以3min為宜。

   (4)塗膠採用滾輪毛刷均勻塗敷,塗敷量由底膠的品種和混凝土表面狀況而定,底膠的濃度較低,一般用量標準為0.25一0.3kg/m2;底膠應塗敷1-2道,如混凝土碳化嚴重,浸透量大時,需增加塗敷次數。以指觸確認乾燥後,再繼續下道工序(通常需要24h時間養護)。

  

  3.修補膠修補混凝土

   (1)使用修補膠的目的是保證施工面平整,混凝土面與纖維布之間沒有氣泡鼓脹發生,應對混凝土面凹凸、孔洞及高差修整。

   (2)底膠指幹後立即修補,如時隔10日以上,使用修補膠前須用砂紙打磨做表面處理;如遇蜂窩麻面,在混凝土表面應全部塗敷修補膠;用量視表面狀況而不同,一般用量為0.5~1.5kg/m2;通常養護24h固化,確認固化後再繼續下道工序;因混凝土內部氣體使修補膠施工面產生氣泡時,用角磨機將氣泡研磨平整。

  

  4.浸漬膠塗底

   (1)塗敷浸漬膠的目的是使混凝土與纖維布粘結。施工注意事項:必須使浸漬膠充分浸透,採用專用滾輪單向滾壓纖維布,起拱部位和角落部分容易產生空氣滯留,使用專用帶齒除泡滾筒除去滯留空氣。

   (2)固化時間,每次膠的混合量應以在施工時間內要塗布面積計算,攪拌必須充分,應特別注意混合容器的底角部分難攪拌處。

   (3)塗敷應均勻,塗敷膠量以浸透纖維布為標準,膠不宜多,多餘膠用專用設備擠壓出來,塗敷量視混凝土表面狀況和纖維布規格不同而不同,一般一層用量為0.5-0.7kg/rn2。

  

  5.粘貼纖維布

   (1)粘貼纖維布的目的是對工程結構進行補強加固,施工注意事項是:必須確定受力方向,纖維粘貼方向與受力方向一致,不能弄錯;纖維布一定要鋪設平整,不能褶皺,不能彎曲;浸漬膠必須用專用滾壓輪滾壓浸透,並排除氣泡。

   (2)裁剪尺寸須包含縱橫向重疊部分,剪裁下的碳纖維不能折疊,粘貼前必須卷滾在半徑R≥80mm的圓滾上,免折損;裁剪好的纖維布,若當天用不完,應放置在無塵、乾燥、無日光直射處密封保管。

   (3)纖維布必須沿定位線粘貼,多層粘貼應逐層進行,必須待第1層固化後再粘第二層,不得一次粘貼多層纖維布;在一處粘貼多塊纖維布,應先粘中心的一塊,然後向兩邊擴展;碳纖維布在外凸角粘貼時,不要讓纖維布受折損傷;在內凹角粘貼時,採用半徑相同的橡皮滾輪,擠壓凹角,以免扯離力使凹角處纖維址起;滾壓時沿受力方向滾壓不要往返用力。

   (4)纖維搭接長度。在纖維方向一般規定為100mm(日本道路工程及住宅土程規定為200mm);與纖維垂直方向兩塊之間無須搭接(也有要求搭接30mm以上的);在粘貼的纖維布面積中間,若有開口設備、鐵板等阻擋時,纖維布的剪裁應事先計畫,並對這些削弱的部位做好補強準備。

   (5)養護。室外施工時為了不使雨水、灰塵附著在纖維布上,須用塑膠布養護。纖維布粘上後,用塑膠布覆蓋24h以上進行養護。平均溫度10℃以下,初期固化時間約2d;平均溫度10~20℃,初期固化時間約1-2d;平均溫度在20℃以上時,初期固化時間約1d。完全固化要求時間較長,一般固化80%以上就可以受力。平均溫度在20℃以上時須固化7d;平均溫度在10℃時須固化14d才能受力使用。

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