關(guān)鍵詞: 碳纖維布 加固
1、 碳纖維加固結(jié)構(gòu)構(gòu)件技術(shù)簡介
碳纖維復(fù)合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastic)加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)是近年來興起的一項新型加固技術(shù),該項技術(shù)是將碳素纖維這種高性能纖維應(yīng)用于土木工程,利用樹指類材料把碳纖維粘貼于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件表面,形成復(fù)合材料體(CFRP),通過其與結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的協(xié)同工作,達到對結(jié)構(gòu)構(gòu)件補強加固及改善受力性能的目的。
2、 碳纖維加固結(jié)構(gòu)構(gòu)件技術(shù)原理
碳纖維材料具有高強度、高彈性模量、重量輕及耐腐蝕性好等特點,其抗拉強度是普通鋼筋的十倍左右,彈性模量略高于普通鋼筋的彈性模量。加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)所用碳纖維材料主要為二種:碳纖維材料與配套樹脂。其中碳纖維的抗拉強度為建筑鋼材的十倍,而彈性模量與鋼材相當,某些種類(如高彈性)碳纖維的彈性模量甚至在鋼材的兩倍以上,且施工性能與耐久性良好,是一種很好的加固修復(fù)材料;配套樹指則包括底層樹脂、找平樹脂及粘結(jié)樹脂,前兩者的作用是為了提高碳纖維的粘結(jié)質(zhì)量,而后者的作用則是使碳纖維與混凝土能夠形成一個復(fù)合性整體,并且共同工作,提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗彎、抗剪承載能力,達到對結(jié)構(gòu)構(gòu)件進行加固、補強的目的。
3、加固工程概況
某110kV變電所建于2000年,因電容器室爆炸燃燒,第二榀框架梁遭到破壞,保護層混凝土開裂、酥松、剝落,下弦鋼筋變形較嚴重,鋼筋受力截面削弱,危及結(jié)構(gòu)安全,影響電力的安全生產(chǎn)。經(jīng)基建部門、設(shè)計部門、加固公司等單位專家一起進行分析比較,選擇粘貼碳纖維布進行加固,防止大梁的過度變形,延長梁的使用壽命。
4、碳纖維布加固框架梁設(shè)計
4.1碳纖維布加固的前提
首先,利用回彈法對框架梁混凝土進行檢測,以供加固參考。經(jīng)檢測,混凝土的實際強度為C30。根據(jù)設(shè)計圖紙,及現(xiàn)場混凝土、鋼筋的受損情況,考慮提高框架梁的抗拉強度等級,為此,將610mm寬的碳纖維布裁成兩半,分兩層粘貼在框架梁的底面及兩側(cè),加固后,增加了原受拉鋼筋面積,彌補了由于原鋼筋變形而造成的截面削減,構(gòu)件的承載力得到加強,而且,總體配筋率ρmin≤ρ≤ρmax ,可以滿足使用要求。
4.2碳纖維布的設(shè)計
在受彎加固時,應(yīng)使碳纖維片材的纖維方向與受拉區(qū)的拉應(yīng)力方向一致。因梁底寬度為350mm,而碳纖維布的寬度為610mm,兼顧加固時碳纖維布的幅寬效應(yīng)及框架梁下的受拉范圍,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);再粘貼100mm寬的碳纖維布“U”形箍;框架梁兩側(cè)面上邊緣各粘貼四根100mm寬的碳纖維布條固定碳纖維布“U”形箍。
碳纖維布的主要力學(xué)指標 |
|
抗拉強(Mpa) |
彈性模(Mpa) |
延伸率(%) |
技術(shù)規(guī)程指標 |
≥3000 |
≥2.1×105 |
≥1.4 |
4.3配套樹脂粘結(jié)材料的設(shè)計
配套樹脂分別由主劑和固化劑配制而成,分為適合于冬天及夏天使用的冬用型和夏用型。主劑和固化劑分別包裝,在現(xiàn)場使用時,應(yīng)按工藝要求、按照規(guī)定的比例混合均勻,以形成所需要的底層樹脂、找平樹脂、粘結(jié)樹脂。
①底層樹脂 底層樹脂作用是增強表面混凝土與找平材料或粘結(jié)樹脂界面粘結(jié)強度;
②找平樹脂 找平樹脂是使表面平整度符合規(guī)定要求,并與底層樹脂及粘浸樹脂具有可靠的粘結(jié)強度;
③粘結(jié)樹脂 粘結(jié)樹脂是粘貼碳纖維布的主要粘結(jié)材料,其作用是使碳纖維布與混凝土得到充分的粘結(jié),使其共同承受結(jié)構(gòu)的作用。
配套樹脂粘結(jié)材料的主要力學(xué)性能指標:
|
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正拉粘結(jié)強度(Mpa) |
剪切強度 (Mpa) |
拉伸強度 (Mpa) |
彎曲強度 (Mpa) |
底層樹脂
找平樹脂 |
技術(shù)規(guī)程指標 |
≥2.5,且大于混凝土抗拉強度的1.2倍 |
/ |
/ |
/ |
粘結(jié)樹脂 |
技術(shù)規(guī)程指標 |
同底層樹脂 |
≥10 |
≥30 |
≥40 |
5、 施工準備
(1)、主要材料:底膠、粘著膠、碳纖維布。
(2)、輔助材料:低速攪拌器、專用滾筒、角向磨光機、剪刀、鑿子、刮板、吹風(fēng)機、榔頭、量具等。
(3)、搭設(shè)腳手架:
按安全規(guī)程要求搭設(shè)好腳手架,高度以滿足施工要求和施工方便。
6、 施工程序
表面處理→修補找平→定位、下料→膠料配制→粘貼碳纖維布→表面防護→檢驗、驗收。
7、 施工方法
(1)、表面處理:清理粘貼部位混凝土表層,打磨平整,并用MA砂漿修補,平整度應(yīng)達到5mm/m;框架梁、柱節(jié)點轉(zhuǎn)角粘貼處須打磨成圓弧狀,圓弧半徑不小于20mm。表面打磨后用吹風(fēng)機吹凈,并用PT劑清洗干凈。
(2)、修補找平:被加固的框架梁混凝土保護層部分疏松,應(yīng)清除直至露出結(jié)構(gòu)層;局部裂紋、蜂窩用MA砂漿修補表層修復(fù)平整。
(3)、膠料配制:按稱量比例調(diào)制粘結(jié)膠,調(diào)制前對A、B兩組按規(guī)定比例分別攪拌,混入后再充分攪拌。
(4)、粘貼碳纖維布:按設(shè)計要求的尺寸裁剪碳纖維布,將配制好的粘結(jié)膠均勻涂抹在粘貼部份的混凝土面層上;鋪貼碳纖維布,并用滾筒沿碳纖維布纖維方向多次滾壓,使粘結(jié)膠充分浸透纖維中。
(5)、表面防護:在粘貼好的碳纖維布最后一層均勻涂抹一道粘結(jié)膠。
(6)、檢驗:粘貼完工后,按規(guī)程進行檢驗。
8、 施工要求
(1)、表面處理:混凝土表面應(yīng)露出結(jié)構(gòu),本體潔凈。構(gòu)件轉(zhuǎn)角應(yīng)成圓弧狀,半徑不小于20mm。
(2)、修補找平:經(jīng)表面處理后的粘貼面平整度應(yīng)達到5mm/m,有段差轉(zhuǎn)角部位、凹凸部位應(yīng)用MA砂漿找平,抹成平滑曲面。
(3)、膠料配制:膠料應(yīng)嚴格按比例配制,調(diào)膠使用的工具應(yīng)為低速攪拌器,攪拌應(yīng)充分均勻,配制攪拌后的膠料應(yīng)無沉淀、色差氣泡,并應(yīng)防止灰塵雜質(zhì)混入膠料。
(4)、粘貼碳纖維布:應(yīng)按設(shè)計要求裁剪碳纖維布,不得損傷橫向織物面,涂抹粘結(jié)膠應(yīng)均勻,鋪貼應(yīng)平整無氣泡。
(5)、表面防護:在粘貼好的碳纖維布上應(yīng)涂抹粘結(jié)膠一道,進行防護,涂抹應(yīng)均勻充分,不應(yīng)漏涂。
(6)、檢驗:粘貼完工經(jīng)固化后,進行檢驗。密實度可用小錘敲擊構(gòu)件粘貼表面,通過不同聲音判別密實情況。密實度應(yīng)達到相關(guān)規(guī)定,否則應(yīng)重新修補后再檢驗。
9、 質(zhì)量檢驗及驗收標準
(1)、纖維產(chǎn)品應(yīng)按設(shè)計圖紙要求選用,技術(shù)指標必須符合有關(guān)規(guī)定,所用纖維產(chǎn)品應(yīng)有產(chǎn)品質(zhì)保書。
(2)、粘結(jié)膠料應(yīng)按設(shè)計要求選用,符合基本性能要求,所用膠料產(chǎn)品應(yīng)有產(chǎn)品質(zhì)保書。
(3)、施工質(zhì)量檢驗及驗收標準。
序號 |
檢驗項目 |
合格標準 |
檢驗方法 |
頻數(shù) |
1 |
粘貼位置 |
與設(shè)計要求位置比較,中心偏差≤10mm。 |
鋼尺測量 |
全部 |
2 |
粘貼量 |
≥設(shè)計數(shù)量 |
實測計算 |
全部 |
3 |
粘貼質(zhì)量 |
(1) 單個空鼓面積<100mm2割除修補。
(2) 空鼓面積站總粘貼面積<5%。 |
錘擊法或其它方法 |
全部或抽樣 |
10、結(jié)論
根據(jù)加固原理可知,在施工前必須選擇合適的粘結(jié)劑,認真查看材料的質(zhì)保書及使用說明,掌握材料的各有關(guān)參數(shù),以確保它有足夠的強度,能保證碳纖維絲共同工作,同時又確保碳纖維布與結(jié)構(gòu)共同工作;在施工過程中,參照使用說明,每道膠都必須處理好,特別是粘貼碳纖維布的膠,應(yīng)盡可能讓膠充分地滲入到碳纖維絲之間(細部空鼓處,可用針筒注射膠),確保相互共同工作。通過對某110kV變電所工程實例的施工操作,深深體會到碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)簡介中介紹的各項優(yōu)點,該工程施工時,在確保安全的前提下,僅使用了簡單的腳手架,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,施工非常方便;另外,從2005年4月28日加固后到現(xiàn)在,一切使用良好;該工程從開工到結(jié)束僅7天(包括搭、拆腳手),工程總費用僅為16772.00元。
由此可見,碳纖維材料加固結(jié)構(gòu)技術(shù)的優(yōu)點很明顯,應(yīng)用前景很光明。
11、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)件的抗拉強度和抗變形能力,減少裂縫的開展,那么在正常使用狀態(tài)中,碳纖維布與鋼筋混凝土一起各發(fā)揮了多少作用呢?它們的應(yīng)力狀態(tài)如何呢?在其它結(jié)構(gòu)構(gòu)中,碳纖維布能否也起到加強抗拉強度的作用呢?這些問題有待工程技術(shù)人員進一步研究、開發(fā)。
參考文獻:
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