加固改造

粘貼纖維復合材加固技術

文字:[大][中][小] 手機頁面二維碼 2012-9-3     瀏覽次數:    

粘貼纖維復合材加固技術


    粘貼纖維復合材加固技術是利用高性能纖維材料,如碳纖維、芳綸纖維等經過編織與樹脂類膠粘劑混合后粘貼在結構表面,纖維復合材主要承受拉應力,與結構變形協調,共同工作,達到對結構加固和改變受力性能等目的;纖維復合材的抗拉強度一般為普通鋼材的6-10倍,彈性模量與普通鋼材相近,具有比普通鋼材更好的抗疲勞性能,是一種優良的結構加固用材料;具有高強高效,材質薄,重量輕,施工便捷,耐久耐腐蝕性好,基本不增加結構自重和截面尺寸等特點。


    目前常用的有三種纖維材料:碳纖維(CFRP)、玻璃纖維(GFRP)和芳綸纖維(AFRP),施工方法基本一致。

    外貼纖維復合材加固技術是當前專業加固公司基本的加固技術之一,適用于鋼筋混凝土結構受拉、受彎和軸心受壓等構件加固使用,可有效提高構件的承載力、抗震性能和耐久性。


   

    


            碳纖維復合材加固混凝土結構系統圖

                 ①碳布      ②U型箍      ③碳布壓條


    鋼筋混凝土梁加固

    鋼筋混凝土梁采用粘貼碳纖維布加固能夠有效的提高梁的正截面抗彎能力和斜截面抗剪能力。

    


    鋼筋混凝土柱加固
    鋼筋混凝土柱采用碳纖維布環向圍束法加固可增大軸心受壓柱的抗壓能力。

      

    鋼筋混凝土樓板加固
    鋼筋混凝土樓板采用碳纖維布加固可單向或雙向粘貼碳纖維布加固,提高板的抗彎能力和抗剪能力。
     


碳纖維布主要物理指標

型號

 
厚度(mm)
單位面積重量(g/m2)
彈性模量(Gpa)
抗拉強度(Mpa)
伸長率(%)
2.0
0.111
200
235
3550
1.7
3.0
0.167
300
235
3550
1.7

 

高強玻璃纖維布主要物理指標

型號

 
纖維重量(g/m2)
設計厚度(mm)
設計抗拉強度(Mpa)
彈性模量(Gpa)
薄型
200±20
0.169
≥1800
≥80
厚型
400±20
0.350
≥1800
≥80

 

一、碳布的分類
1.1按碳纖維織造方法不同主要可以分為:
  •       單向碳纖維布(市場90%以上);
  •       雙向碳纖維布;
1.2按碳纖維規格不同主要可以分為:
       1K、3K碳纖維布(主要用于航空航天國防領域,其特點是編      制精細,強度高,價格高)。
       6K、12K碳纖維布(主要用土木工程,其特點是強度高,采用配套結構膠粘貼,價格相對便宜)。
       24K及以上大絲束碳纖維布(主要用工業,其特點是強度高,但價格低,但使用時要用預浸布,工藝水平要求高,只能在工業車間內生產,嚴禁用于土木工程)。
1.3按碳纖維用途不同主要可以分為:

       航空航天國防用碳纖維布:飛機機翼、機體、機舵;火 箭助推器、防護罩;人造衛星天線、太陽能電池板、結構件;     

       體育娛樂器材用碳纖維布:釣魚桿、高爾夫球桿、網球拍、羽毛球拍、棒球桿、滑雪板、滑雪桿、自行車車架、車輪。

       工業用碳纖維布:汽車傳動軸、摩托車頭盔、磁懸浮列車車體;機械軸承齒輪、防彈車、風力發電機葉片、艦船主桅、螺旋槳
       土木建筑、橋梁、隧道、混凝土結構抗震、加固、補強材料。
1.4土木建筑用碳纖維布用于結構構件的抗拉、抗剪和抗震加固,該材料與配套樹脂浸漬膠共同使用,可構成完整的碳纖維布增強體系。該體系適用于梁、柱、板、隧道等??梢杂行У姆忾]混凝土結構的裂縫,延長結構的使用壽命。 易于保持結構原狀,基本不增加結構自重及截面尺寸,加固后對業主使用幾乎沒有影響。
2008年5.12地震之后,碳纖維布在我國土木建筑,橋梁、隧道、混凝土結構抗震、修復、加固、補強方面的應用得到大力推廣,發展迅速,該系列的國產碳纖維布已經可以替代進口高價的碳纖維布,但由于各企業織造方法的不同,在外觀和性能上還有一些差距,有待改進。
 
二、建筑加固用碳布的使用方法
建筑加固用的單向碳纖維布和配套樹脂浸漬膠使用方法,具體如下:
2.1碳布加固工程的施工單位應有相關的專業技術和施工資質。
2.2碳纖維布加固施工必須遵循下列工序進行,施工流程見右圖。
2.2.1混凝土表面處理  清除被加固構件表面的剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等劣化混凝土,露出混凝土石子新面,并用修復材料將表面修復平整。按設計要求對裂縫進行灌縫或封閉處理。
2.2.2配制并涂刷底層樹脂  按供應商提供的工藝規定配制底層樹脂,拌好的樹脂膠液色澤應均勻,無氣泡。將底層樹脂均勻涂抹于混凝土表面。在樹脂表面指觸于燥后立即進行下一步工序施工。
碳纖維布的養護
2.2.3配制找平材料并對不平整處修復  對混凝土表面凹陷部位
平均氣溫
養護時間
10℃以下
3天(72小時)
10℃-20℃
2-8天(48-72小時)
20℃以上
2天(48小時)
用找平材料填補平整,轉角處應用找平材料修復為光滑的圓弧。
2.2.4粘貼碳布
①按設計要求的尺寸裁剪碳布;
②配制樹脂浸漬膠并均勻涂抹于所要粘貼構件;
③將裁剪好的碳布按放線位置敷在涂好樹脂浸漬膠的混凝土表面,碳布應充分展平,不得有皺褶,碳布需要沿受力方向搭接時,其搭接長度應大于150㎜,當采用多條或多層碳布加固時,各條或各層碳布的搭接位置應相互錯開,距離應大于150㎜。
④沿著碳布纖維方向多次滾壓,擠除氣泡,使樹脂浸漬膠充分浸透碳布,均勻壓實。
⑤多層粘貼碳布時,應在碳布表面樹脂浸漬膠指干狀態立即粘貼下一層,若延誤時間超過1小時,則等待12小時后,才能繼續粘貼碳布,如等待時間超過3天,為確保第2層的粘貼力,必須用砂紙打毛第一層表面。在粘貼第2層且垂直方向時,需要確認第1層是否已經處于凝固不可移動的狀態,理想狀態為,在第1層粘貼完成后經過12小時后,再進行第2層的作業。
⑥最后一層碳布粘貼完畢,應在碳布的表面均勻涂刷一道樹脂浸漬膠。
2.2.5表面防護按圖紙規定,并保證防護材料與碳布之間有可靠的粘結。
三、碳纖維布施工注意事項
3.1碳布為導電材料,施工時應遠離電氣設備及電源,或采取有效可靠的防護措施。
3.2按照設計尺寸裁剪碳布,尺寸一定要精確,誤差在10㎜范圍之內,且嚴禁折疊,以防碳布折斷。
3.3碳布配套樹脂浸漬膠的應密封儲存,遠離火源,避免陽光直接照射,樹脂浸漬膠的配制場所,應保持通風良好,無灰塵。配制碳布膠時,其配合比嚴格按廠家的說明書配制,攪拌2分鐘,熟化2分鐘后方能使用,拌好的膠液應色澤均勻,無氣泡。
3.4檢查所有的修補區域,如有孔隙、氣泡及脫層等現象,必須用可靠的方法進行修復。碳纖維布與混凝土之間的粘結質量可用小錘輕輕敲擊或手壓碳纖維布表面的方法來判斷,總有效粘結面積不應少于95%。當碳纖維布的空鼓面積小于100cm2時,可采用針管注膠的方式進行補救。當碳纖維布的脫層面積大于100cm2時,宜將空鼓處的碳纖維布切除,重新搭接粘上等厚的碳纖維布。
3.5施工現場溫度在10度以上,低于10度應采用低溫型碳布配套樹脂膠。
四、施工安全注意事項
4.1必須仔細閱讀關于所使用材料的安全信息資料。
4.2在對所使用材料的使用、保管和管理方法進行充分確認的基礎上再進行施工。
4.3整理和配合好腳手架通道和其它作業環境。另外,根據作業種類穿戴保護口罩、保護眼罩、保護手套和安全帶等勞動保護用品。使用有機溶劑或樹脂浸漬膠時,如果是在封閉空間內作業,要充分注意換氣。按照相關法規,必須根據需要用風扇進行強制換氣。特別注意因吸入有機溶劑或環氧樹脂而引起的事故。
4.4底膠、找平材料、樹脂浸漬膠一般是環氧樹脂,但根據發生的情況有給人體帶來有害影響的可能性,需要按情況采取以下應急措施:
如果進入眼睛:用大量的水沖洗15分鐘,并立即接受醫生的診斷治療。
如果粘在皮膚上:需立即用肥皂和大量的水進行徹底的清洗。
如果發生誤飲:清洗腸胃,立即接受醫生的診斷治療。
4.5如果吸入有害氣體時:呼吸新鮮空氣。如果呼吸有困難,應該立即接受醫生的診斷治療,對環氧樹脂容易過敏的人員,不能讓其直接接觸環氧樹脂。
4.6因為碳素纖維有導電性,飛揚起來的碳素纖維可能會引發電動設備短路,所以設備的開關部分要用橡膠膠帶密封,以防止纖維粘接在連接導線上。
4.7要充分注意防火。如果使用火時,應該選擇安全的場所,并且在現場配備好防火滅火器具。
4.8除上述之外,根據現場情況,必須充分注意安全。
 
五、碳布現場拉拔試驗
5.1在碳布工程結束后,一般都要做現場拉拔試驗,試驗分為原位試驗和異位試驗,只有在原位沒有條件做試驗時,才能做異位試驗。
5.2在做試驗的混凝土表面打磨到石子后,涂膠貼布后貼上4×4碳布試塊,一組試塊做3個,一般做2組,做好后養護3天。
5.3切割機切斷試塊四周碳布,并向混凝土切2㎜,將試塊置入拉拔儀的夾具并對中,以1.5KN/min的速度進行加載,直至破壞,記錄破壞時的荷載值,并觀察破壞形式。
5.4破壞形式為內聚破壞、粘附破壞和混合破壞。
內聚破壞:試塊上碳布和膠沒破壞,混凝土破壞,無需破壞值,合格。
粘附破壞:試塊上碳布和膠破壞,混凝土沒破壞,破壞值大于2.5,合格。
混合破壞:試塊上碳布、膠和混凝土都有破壞,破壞值大于2.5,合格。


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