碳纖維布(CFRP)加固結構技術施工工法
碳纖維布(CFRP)加固修補結構技術是一種新型的結構加固技術,它是利用樹脂類粘結材料將碳纖維布粘貼于混凝土表面,以達到對結構及構件加固補強的目的。
工藝原理
加固機理是將碳纖維布采用高性能的環(huán)氧類粘結劑粘結于混凝土構件的表面,膠結材料作為它們之間的剪力連接媒介,形成新的復合體,使增強貼片與原有鋼筋共同作用,增大了結構抗拉及抗剪能力,可有效提高結構的強度,延性及抗裂性。利用碳纖維布良好的抗拉強度達到增強構件承載能力及剛度的目的。
材料
CFRP加固修補混凝土結構所用材料主要為碳纖維布與粘貼用樹脂。
1、碳纖維布的抗拉強度應按纖維的凈截面面積計算,凈截面面積取碳纖維布的計算厚度乘以寬度。碳纖維布的計算厚度取碳纖維布的單位面積質量除以碳纖維密度。單層碳纖維布的單位面積碳纖維質量不宜低于150g/㎡,且不宜高于450g/㎡。在施工質量有可靠保證時,單層碳纖維布的單位面積碳纖維質量可提高到600g/㎡。
2、粘結劑要有足夠的粘結性能,工藝過程中各部位所使用的環(huán)氧樹脂膠結材料的種類、型號,應根據(jù)施工時的溫度、濕度進行選擇。應正確掌握主劑和固化劑的配比,使?jié)B透性、粘稠度、固化速度等方面能滿足不同季節(jié)施工的需要。采用碳纖維片材對混凝土結構加固時,應采用與碳纖維片材配套的底層樹脂、找平材料、浸漬樹脂或粘結樹脂。
3、在受彎加固和受剪加固時,被加固的混凝土結構構件,其現(xiàn)場實測混凝土強度等級不得低于C15,且混凝土表面的正拉粘結強度不得低于1.5MPa。采用封閉粘貼碳纖維片材加固混凝土柱時,混凝土強度等級不應低于C10。
4、主要機具:角向磨光機、砂紙、剪刀、鑿子、榔頭、臺秤、卷尺、水平儀、鉛錘、專用滾筒、刮板、攪拌容器、橡膠抹子、滾洞刷子、攪拌器、防護眼鏡、橡膠手套、口罩等。
特點
1、材料高強高效,便于加工成多種尺寸,適用面廣,質量易保證。
2、施工便捷,工效高,沒有濕作業(yè),不需現(xiàn)場固定設施,施工占用場地少。
3、耐腐蝕及耐久性能極佳。
4、自重較輕,加固修補后,基本不增加原結構自重及原構件尺寸。
適用范圍
1、適用于各種結構類型、各種結構部位的加固修補,如梁、板、柱、屋架、橋墩、橋梁、筒體、殼體等結構。
2、基層混凝土的強度等級不低于C15,長期使用的環(huán)境溫度不高于60℃的鋼筋混凝土結構,都可采用碳纖維加固施工工法加固、補強。
施工準備
1、應認真閱讀設計施工圖。在進行混凝土表面處理和粘貼碳纖維布前,應按加固設計部位放線定位。
2、應根據(jù)施工現(xiàn)場實際情況和加固構件混凝土的補強荷載要求,制定相應施工方案和施工計劃。
3、應對所使用的碳纖維布、配套樹脂、機具等做好施工前的物質準備工作。
4、進場后的碳纖維布、配套樹脂應抽樣送檢,合格后方可施工。
5、施工宜在環(huán)境溫度為5℃以上的條件下進行,并應符合配套樹脂要求的施工使用溫度。當環(huán)境溫度低于5℃時,應采用適用于低溫環(huán)境的配套樹脂或采取升溫措施。
工藝流程及操作要求
工藝流程為卸荷→構件表面處理→涂底膠→找平→粘貼→保護。
1、卸荷:加固前應對所加固的構件盡可能卸荷。
2、構件表面處理
2.1將混凝土構件表面的殘缺、破損部分清除干凈并達到結構密實部位。
2.2檢查外露鋼筋是否銹蝕,如有銹蝕,需進行必要處理。
2.3對經(jīng)過剔鑿、清理和露筋的構件殘缺部分,用高于原構件混凝土強度的環(huán)氧砂漿進行修補、復原、達到表面平整。
2.4應按設計要求對裂縫進行灌漿或封閉處理:縫寬小于0.20mm 的裂縫,用環(huán)氧樹脂進行表面涂抹密閉;大于或等于0.20mm 的裂縫用環(huán)氧樹脂灌縫。
2.5 對貼片范圍的定位、劃墨線、按修復、補強設計要求進行。
2.6 被粘貼的混凝土表面應打磨平整,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加以圓化。圓化半徑對于梁不應小于20mm;對于柱不應小于25mm。
2.7 清洗打磨過的構件表面,并使其充分干燥。
3、涂底膠
3.1 按主劑∶固化劑=2∶1的比例將主劑與固化劑先后置于容器中,用彈簧秤計量,電動攪拌器均勻攪拌,根據(jù)現(xiàn)場實際氣溫決定用量并嚴格控制使用時間。一般情況下1h內用完。
3.2 用滾筒刷將底膠均勻涂刷于混凝土表面,待膠固化后(固化時間視現(xiàn)場氣溫而定,以指觸干燥為準)再進行下一工序的施工。一般固化時間為2~3d。
4、找平
4.1 混凝土表面凹陷部位應用環(huán)氧膩子填補平整,模板接頭等出現(xiàn)高度差的部位也應填補,盡量減小高度差,再用砂紙打磨平整。
4.2 轉角處也修補成光滑的圓弧且半徑不小于10mm。在找平材料表面指觸干燥后,進行下一工序的施工。
5、粘貼
5.1 按設計要求的尺寸及層數(shù)裁剪碳纖維布,除非特殊要求,碳纖維布長度一般應在3m之內。
5.2 調配、攪拌粘貼材料浸漬樹脂,均勻涂抹于待粘貼的部位,在搭接、混凝土拐角等部位多涂刷一些。
5.3 粘貼碳纖維布,在確定所粘貼部位無誤后剝去離型紙,用特制滾子反復沿纖維方向滾壓,去除氣泡,并使浸漬樹脂充分浸透碳纖維布。多層粘貼應重復上述步驟,待碳纖維布表面指觸干燥方可進行下一層的粘貼。
5.4 在最后一層碳纖維布的表面均勻涂抹浸漬樹脂。
5.5 碳纖維布沿纖維方向的搭接長度不得小于100mm,碳纖維端部固定用橫向碳纖維或粘鋼固定。
6、保護:加固后的碳纖維表面應進行抹灰保護。在碳纖維表面的樹脂固化之前,撒一層干燥粗砂,再采取抹灰措施。當設計有耐火極限的要求時,按選用的防火涂料進行施工,并保證防護材料與碳纖維片材之間有可靠的粘結。
注意事項
采用粘貼碳纖維片材加固混凝土結構時,應由專業(yè)施工隊伍進行施工。