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    碳纖維加固

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    一、纖維加固原理

    碳纖維布加固技術于國內最早通過的規范是2003年《碳纖維片材加固混凝土結構技術規程》,其編號為CECS146:2003,現已經被最新的國家標準規范2006《混凝土結構加固設計規范》代替,其編號為GB 50367-2006. 使用碳纖維加固技術是采用配套粘結樹脂將碳纖維布粘貼于混凝土表面,形成一個新的復合體使增強貼片與原有鋼筋混凝土共同受力。增大結構的抗拉或抗剪能力,提高強度??沽研院徒Y構的延性,和抗震加固的作用



    二、碳纖維加固適用范圍

    纖維類材料(碳纖維布、碳纖維板、芳倫纖維及玻璃纖維)加固修復混凝土結構技術是采用配套粘結樹脂將碳纖維布粘貼于混凝土表面,起到結構補強和抗震加固的作用。廣泛適用于建筑梁、板、柱、墻等的加固,以及橋梁、隧道、煙囪、筒倉等其它土木工程的加固補強。


    施工工藝:表面處理→涂刷底膠→修補找平→膠料配制→粘貼碳纖維→表面防護→檢驗


    2.1、施工方法
    1.施工準備
    1)施工前應認真閱讀設計施工圖,按設計圖紙,在加固部位放線定位。
    2)應根據施工現場和被加固構件混凝土的實際情況,擬訂施工方案和施工計劃。
    3)應對所使用的碳纖維片材、配套樹脂、機具等做好施工前的準備工作。
    2.混凝土表面處理
    1)應清除被加固構件表面的剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等劣化混凝土,露出混凝土結構層。
    2)被加固構件表面打磨平整,除去表層浮漿、油污等雜質,直至完全露出混凝土結構新面。轉角粘貼處應進行導角處理并打磨成圓弧狀,圓弧半徑不應小于20mm。并用修復材料將表面修復平整。
    3)應按設計要求對裂縫進行灌縫或封閉處理。
    4)表面打磨后,應用強力吹風器或吸塵器將表面粉塵徹底清除,并保持干燥。
    3.配制并涂刷底層樹脂
    1)應按產品生產廠提供的工藝規定配制底層樹脂。
    2)應采用滾筒刷將底層樹脂均勻涂抹于混凝土表面。宜在底層樹脂表面指觸干燥后,盡快進行下一工序的施工。
    4.粘貼面找平處理1)應按產品生產廠提供的工藝規定配制找平材料。
    2)混凝土表面修補應選用丙酮將表面浮塵擦去,有凹陷處,應使用修補膠找平;有段差或轉角部位,應抹成平滑曲面。
    3)轉角處應采用找平材料修理成為光滑的圓弧,半徑不應小于20mm。
    4)用刀頭寬度≥100mm的刮刀對凹坑實施填塞修補、找平,找平程度按眼觀目測無明顯的刮板或刮刀痕跡紋路平滑為準。
    5)宜在找平材料表面指觸干燥后,盡快進行下一工序的施工。
    5.碳纖維布(板)剪裁
    1)按設計規定尺寸剪裁碳纖布,切記必須滿足設計尺寸,嚴禁斜切碳纖布,并防出現拉絲現象。
    2)保證剪裁后的碳纖維加固向與粘貼部位的方向一致。
    3)剪裁成型的碳纖維注意保護潔凈不受污染。
    6.配制并涂刷浸漬樹脂或粘貼樹脂
    1)配制粘結劑前應仔細閱讀其使用說明書。
    2)按粘貼面積確定每次用量,以防失效浪費。
    3)嚴格按重量比計量使用配制。
    4)按廠家配合比和工藝要求進行配制,且應有專人負責。攪拌應順時針一個方向攪拌,直至顏色均勻,無氣泡產生,并應防止灰塵等雜質混入。
    5)調制好的粘結劑抓緊使用。
    7.粘貼碳纖維材料
    2.2、粘貼碳纖維布
    1)粘貼碳纖維前應對混凝土表面再次擦拭,確保粘貼面無粉塵。
    2)混凝土表面涂刷結構膠,必須做到涂刷穩、準、勻的要求,即:穩,刷涂用力適度,盡量不流不墜不掉;準,涂刷不出控制線;勻,涂刷范圍內薄厚較一致。
    3)碳纖維布粘貼時,同樣要穩、準、勻,核心要求做到放卷用力適度,使碳纖維布不皺、不折、展延平滑順暢。
    4)滾壓碳纖布必須從一端向另一端滾壓,不宜在一個部位反復滾壓揉搓,滾壓中讓膠滲透纖維布,做到浸潤飽滿。碳纖維布需要搭接時,必須滿足規范要求≥100mm。
    5)多層粘貼時,應在碳纖維織物表面指觸干燥后立即進行下一層的粘貼。如超過40分鐘,則應等12小時后,再行涂刷粘結劑粘貼下一層。
    粘貼碳纖維板
    1)應按設計要求的尺寸裁剪碳纖維板,并按產品生產廠提供的工藝規定配制粘結樹脂;
    2)應將碳纖維板表面擦拭干凈至無粉塵。當需粘貼兩層時,底層碳纖維板的兩面均應擦拭干凈;
    3)擦拭干凈的碳纖維板應立即涂刷粘結樹脂,樹脂層應呈突起狀,平均厚度不應小于2mm;
    4)應將涂有粘結樹脂的碳纖維板用手輕壓貼于需粘貼的位置。用橡皮滾筒順纖維方向均勻平穩壓實,使樹脂從兩邊擠出,保證密實無空洞。當平行粘貼多條碳纖維板時,兩條板帶之間的空隙不應小于5mm;
    5)需粘貼兩層碳纖維板時,應連續粘貼。當不能立即粘貼時,再開始粘貼前應對底層碳纖維板重新進行清理。
    6)表面防護當需要做表面防護時,應按有關規范的規定處理,以保證防護材料與碳纖維之間粘結可靠。

    8.1碳纖維片材加固混凝土結構原理構件外部粘貼碳纖維片材加固法是根據結構構件受力分析計算結果和受力特征,應用配套樹脂將碳纖維片材粘貼于強度不滿足受力要求的混凝土構件外部相應部位,以達到構件滿足承載力要求的一種補強加固方法。
    8.2外部粘貼碳纖維加固法的加固原理與粘貼鋼板加固基本相同,是利用其配套樹脂的抗剪切強度將混凝土構件承擔的荷載傳遞給碳纖維片材,使后粘貼碳纖維片材和原鋼筋混凝土構件共同承受外部荷載作用力的一種加固方法。
    8.3 因同屬構件外部粘貼加固,碳纖維加固混凝土結構也存在應力滯后、應變超前和卸荷的問題。設計施工時可根據直接卸荷和間接卸荷的適用范圍來確定采取不同的卸荷方式。
    8.4 外部粘貼碳纖維加固與外部粘貼鋼板加固優缺點分析比較:
    ①碳纖維材料本身相對比強度高、重量輕,加固施工后基本不改變原結構的外型尺寸,同時基本不增加原結構自重;
    碳纖維加固施工工藝流程簡單,施工工期短、效率高。
    碳纖維自身彈性模量高,加固后對溫度裂縫、銹脹裂縫等細微變形控制效果較好。
    碳纖維加固幾乎不用栓錨固定和外物加壓,對混凝土原結構幾乎沒有破壞。
    ⑤采用碳纖維加固法加固施工后,裝飾施工時無須處理界面,只在碳纖維片材施工最后工序時灑砂粘貼即可。
    碳纖維加固雙層或三層粘貼時,因自身厚度較薄,幾乎沒有因厚度增加的剪力力矩影響,所以加固效果較好。
    碳纖維布材因其材料自身的柔韌性、可纏繞性,對狹窄工作面的加固施工加固效果獨特。
    碳纖維布材為各向異性材料,加固設計時一般只是利用其縱向的高強來補強鋼筋混凝土構件的拉彎強度,對于抗壓構件和受力復雜的構件加固效果較差。
    碳纖維加固一般不能補強構件的剛度,用板材補強造價較高,其綜合效果不如粘貼鋼板或型鋼加固。
    9 碳纖維加固適用范圍
    9.1本加固方法普遍適用于房屋建筑和一般構筑物中承受靜力作用的一般受彎及受拉構件,對于受壓構件、剛度不足構件、承受動荷載的結構構件均不適合使用。對砌體結構、木結構和鋼結構構件加固中也可以應用。
    9.2 采用碳纖維片材加固的混凝土結構,長期使用環境溫度一般不能大于60°C,特殊環境下采用此技術,必須采取相應的防護措施。





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