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1、<p> 碳纖維加固混凝土結(jié)構(gòu)原理與施工工藝探究</p><p> 摘要: 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)度和抗變形能力,減少裂縫的開(kāi)展,但在加固完成后的正常使用狀態(tài)中,碳纖維布與鋼筋混凝土各自發(fā)揮了多少作用,它們的應(yīng)力狀態(tài)又是如何,希望本文能起到拋磚引玉的作用,將這些問(wèn)題進(jìn)一步研究認(rèn)識(shí)。 </p><p>
2、關(guān)鍵詞:混凝土結(jié)構(gòu)原理 </p><p> 中圖分類號(hào):TU37 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào): </p><p> 在土建工程中,由于各種原因,經(jīng)常要對(duì)既有建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)、加固。其中一種全新的建筑結(jié)構(gòu)加固方法——碳纖維材料對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固目前得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。碳纖維自身具有強(qiáng)度高、自重輕、施工方便、快捷等優(yōu)良性能,因而利用碳纖維布加固鋼筋混凝土構(gòu)件以提高其承載能力及延長(zhǎng)使用壽
3、命在建筑工程施工中有著廣泛的發(fā)展前景。 </p><p> 一.碳纖維加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù) </p><p> 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)是上世紀(jì)90年代在我國(guó)興起的一項(xiàng)新型加固技術(shù),該項(xiàng)技術(shù)是將高性能纖維——碳素纖維應(yīng)用于土木工程,利用樹(shù)脂類材料將碳纖維粘貼于結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面,形成復(fù)合材料體(CFRP),通過(guò)其
4、與混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的協(xié)同工作,達(dá)到對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件補(bǔ)強(qiáng)、加固及改善受力性能的目的。 </p><p> 二.碳纖維加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)原理 </p><p> 碳纖維材料具有強(qiáng)度高、彈性模量高、重量輕及耐腐蝕等特點(diǎn),其抗拉強(qiáng)度是普通鋼筋的十倍左右,彈性模量略高于普通鋼筋彈性模量,某些種類(如高彈性)碳纖維的彈性模量在鋼材的兩倍以上,且施工性能與耐久性良好,是一種理想的加固修復(fù)材料。碳纖維加固修
5、復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)所用材料主要有碳纖維與配套樹(shù)脂。其中配套樹(shù)指包括底層樹(shù)脂、找平樹(shù)脂及粘結(jié)樹(shù)脂,前兩者的作用是為了提高碳纖維的粘結(jié)質(zhì)量,后者的作用是使碳纖維與混凝土形成一個(gè)復(fù)合整體而共同工作,提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗彎、抗剪力,達(dá)到對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件的加固、補(bǔ)強(qiáng)。 </p><p> 三.碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn) </p><p> 采用碳纖維布加固結(jié)構(gòu)具有高強(qiáng)高效的優(yōu)點(diǎn)。 </p><
6、;p> 首先,由于碳纖維材料優(yōu)異的物理力學(xué)性能,在加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)中可以提高混凝土結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的承載力和延展性,改善其受力性能,達(dá)到高效加固修補(bǔ)的目的。 </p><p> 其次,該加固技術(shù)施工便捷,工效高,無(wú)濕作業(yè),不需大型施工機(jī)具,施工占用場(chǎng)地少。經(jīng)統(tǒng)計(jì)同為粘貼加固工法,粘貼碳纖維材料是粘貼鋼板施工工效的5-8倍。 </p><p> 第三,其具有極佳的耐腐蝕性能及耐久性。
7、試驗(yàn)表明,碳纖維材料加固混凝土結(jié)構(gòu)有良好的耐腐蝕性和耐久性,可以抗御建筑物經(jīng)常遇到的酸、堿、鹽對(duì)結(jié)構(gòu)物的腐蝕。 </p><p> 第四,其適用范圍廣泛。粘貼碳纖維材料加固修補(bǔ)混凝土結(jié)構(gòu)可適用于各種結(jié)構(gòu)類型(如建筑物、構(gòu)筑物、橋梁、隧道等)、各種結(jié)構(gòu)形狀(如矩形、圓形、曲面結(jié)構(gòu)等)、各種結(jié)構(gòu)部位(如梁、板、柱、節(jié)點(diǎn)、拱、殼、墩等)的加固修補(bǔ),且不改變結(jié)構(gòu)形狀,這是目前任何一種結(jié)構(gòu)加固方法所不可比擬的。尤其重要的
8、是,對(duì)于一些大型橋梁、橋墩、橋板以及隧道、大型筒體及殼體結(jié)構(gòu)工程等,采用以往的加固手段幾乎無(wú)法實(shí)施,而采用該項(xiàng)加固技術(shù)都能順利解決,施工質(zhì)量易保證。 </p><p> 第五,由于碳纖維材料是柔性的,即使被加固的結(jié)構(gòu)表面不是非常平整也基本可以達(dá)到100%的有效粘貼率,而粘貼鋼板則很難達(dá)到100%的有效粘貼面,相應(yīng)的驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)也只要求其達(dá)到70%即可。碳纖維材料質(zhì)量輕且薄,粘貼后重量不大于1.0kg/m2,粘貼一層
9、的厚度僅1mm左右,加固修補(bǔ)后基本不增加原結(jié)構(gòu)自重及原構(gòu)件尺寸。 </p><p> 四.碳纖維加固混凝土框架施工工藝 </p><p><b> 一).技術(shù)準(zhǔn)備 </b></p><p> 首先利用回彈法對(duì)框架混凝土進(jìn)行檢測(cè),以提供加固所需參考數(shù)據(jù)。經(jīng)檢測(cè)后得到混凝土的實(shí)際強(qiáng)度,再根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及現(xiàn)場(chǎng)混凝土、鋼筋的受損情況,考慮提高混凝土
10、的強(qiáng)度等級(jí)并以此確定粘貼層數(shù)。 </p><p> 在受彎加固時(shí),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。如梁底寬度為300mm,而碳纖維布寬度為610mm,兼顧加固時(shí)碳纖維布的幅寬效應(yīng)及框架梁下的受拉范圍,將碳纖維布裁為兩部分,第一層300mm寬,第二層310mm寬,分兩層粘貼在梁的下側(cè);再粘貼100mm寬碳纖維布“U”形箍;框架梁兩側(cè)上邊緣各粘貼四根100mm寬碳纖維布固定碳纖維“U”形箍。框架柱
11、加固時(shí)類比上述梁加固做法。 </p><p> 碳纖維布的主要力學(xué)指標(biāo) </p><p><b> 二).材料準(zhǔn)備 </b></p><p> 配套粘結(jié)材料有冬季和夏季兩種型號(hào),分別由A劑和B劑配制而成,其中A劑為混合料,B劑為固化料,分別包裝,現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí),按工藝要求規(guī)定的比例混合均勻,形成所需的底層、找平和粘結(jié)樹(shù)脂。 </p>
12、;<p> ?、俚讓訕?shù)脂:用于增強(qiáng)混凝土表面與找平材料或粘結(jié)樹(shù)脂界面粘結(jié)強(qiáng)度; </p><p> ②找平樹(shù)脂:使加固表面平整度符合規(guī)定要求,并與底層樹(shù)脂及粘接樹(shù)脂具有可靠的粘結(jié)強(qiáng)度; </p><p> ③粘結(jié)樹(shù)脂:主要粘結(jié)材料,其作用使碳纖維布與混凝土有效粘結(jié),共同承受荷載。 </p><p> 配套樹(shù)脂主要力學(xué)性能指標(biāo) </p>
13、<p><b> 三).加固施工 </b></p><p> 1).工藝流程:表面處理→修補(bǔ)找平→定位、下料→膠料配制→粘貼碳纖維布→表面防護(hù)→檢驗(yàn)、驗(yàn)收。 </p><p><b> 2).施工工法 </b></p><p> ?。?)、表面處理:清理所粘貼部位混凝土表層,混凝土表面應(yīng)露出結(jié)構(gòu),本體潔
14、凈,打磨平整,經(jīng)表面處理后的粘貼面平整度要求5mm/m;構(gòu)件轉(zhuǎn)角應(yīng)成圓弧狀,半徑不小于20mm,打磨后用吹風(fēng)機(jī)吹凈并清洗干凈。。 </p><p> (2)、修補(bǔ)找平:被加固的框架混凝土保護(hù)層疏松或局部裂紋、蜂窩,應(yīng)清除直至露出結(jié)構(gòu)層后用砂漿修補(bǔ)表層,有高差及轉(zhuǎn)角部位、凹凸處應(yīng)采用砂漿找平,抹成平滑曲面。 </p><p> ?。?)、樹(shù)脂配制:粘結(jié)樹(shù)脂調(diào)制前對(duì)A、B組分按規(guī)定比例分別攪
15、拌,混合后再充分?jǐn)嚢杈鶆?。膠料應(yīng)嚴(yán)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(wú)沉淀、色差氣泡,并應(yīng)防止灰塵雜質(zhì)混入膠料。 </p><p> ?。?)、粘貼碳纖維布:按設(shè)計(jì)要求尺寸裁剪碳纖維布,不得損傷橫向織物面,將配制好的粘結(jié)膠均勻涂抹在粘貼部位的混凝土面上,然后鋪貼碳纖維布并用滾筒沿碳纖維纖維方向滾壓多次,平整無(wú)氣泡,使粘結(jié)膠充分浸透纖維。 </p><
16、p> ?。?)、表面防護(hù):在粘貼好的碳纖維布最后一層均勻涂抹一道粘結(jié)膠進(jìn)行防護(hù),涂抹應(yīng)均勻充分,不應(yīng)漏涂。 </p><p> (6)、檢驗(yàn):粘貼完工經(jīng)固化后,進(jìn)行檢驗(yàn)。密實(shí)度可用小錘敲擊構(gòu)件粘貼表面,通過(guò)不同聲音判別密實(shí)情況。密實(shí)度應(yīng)達(dá)到相關(guān)規(guī)定,否則應(yīng)重新修補(bǔ)后再檢驗(yàn)。 </p><p> 3).質(zhì)量檢驗(yàn)及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn) </p><p> ?。?)、纖維產(chǎn)
17、品應(yīng)按設(shè)計(jì)圖紙要求選用,技術(shù)指標(biāo)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)量保證書(shū)。 </p><p> ?。?)、粘結(jié)樹(shù)脂應(yīng)按設(shè)計(jì)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)量保證書(shū)。 </p><p> ?。?)、施工質(zhì)量檢驗(yàn)及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn) </p><p> ?。?) 空鼓面積站總粘貼面積<5%。 錘擊法或其它方法 全部或抽樣 </p>&
18、lt;p><b> 四.小結(jié) </b></p><p> 碳纖維加固技術(shù)在施工前必須選擇合適的粘結(jié)劑,掌握各材料的有關(guān)技術(shù)參數(shù),在施工中必須保證碳纖維布與結(jié)構(gòu)共同工作,這就需要在施工過(guò)程中,參照使用說(shuō)明,每道工序都處理好,應(yīng)盡可能讓樹(shù)脂膠充分地滲入到碳纖維絲之間確保相互共同工作,細(xì)部空鼓處,可用針筒注射樹(shù)脂膠補(bǔ)填密實(shí)。本工藝所用材料碳纖維布可以根據(jù)形狀及尺寸隨意裁剪,在各種結(jié)構(gòu)表面
19、附著物遮擋處隨意穿過(guò),施工非常方便。因此,碳纖維材料加固結(jié)構(gòu)技術(shù)優(yōu)點(diǎn)十分明顯,應(yīng)用前景很光明。 </p><p> 碳纖維粘貼結(jié)構(gòu)加固技術(shù)是一項(xiàng)新型加固技術(shù),已經(jīng)得到較為廣泛的應(yīng)用,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)度和抗變形能力,減少裂縫的開(kāi)展,但在加固完成后的正常使用狀態(tài)中,碳纖維布與鋼筋混凝土各自發(fā)揮了多少作用,它們的應(yīng)力狀態(tài)又是如何,希望本文能
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