碳纖維布加固在混凝土結(jié)構(gòu)中的應(yīng)用
關(guān)鍵詞：碳纖維布,加固,混凝土結(jié)構(gòu),應(yīng)用
1、引言
碳纖維材料用于混凝土結(jié)構(gòu)加固修補(bǔ)的研究始于80年代美、日等發(fā)達(dá)國(guó)家。目前，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的逐步增長(zhǎng)，已竣工的工程和在建工程，特別是公建工程隨房屋功能的需要的不同而改變，難以滿(mǎn)足當(dāng)前規(guī)范使用的需求，結(jié)構(gòu)需進(jìn)行維修、要加固，目前常用是加固方法有很多，如：加大截面法、外包鋼法、粘鋼加固法和碳纖維加固法。前3種的加固方法施工周期長(zhǎng)、占地大、功效小。碳纖維布加固是目前設(shè)計(jì)單位加固設(shè)計(jì)中最常用的一項(xiàng)，它具有強(qiáng)度高、施工速度快、功效高的特點(diǎn)。碳纖維布的抗拉強(qiáng)度最高能達(dá)到3400Mpa以上，受力彈性模量在240000MPa以上,延伸率能達(dá)到2%，單位面積質(zhì)量≦300g/㎡。
2、碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)的技術(shù)特點(diǎn)
碳纖維布加固法是將抗拉強(qiáng)度極高的碳纖維用環(huán)氧樹(shù)脂預(yù)浸成為復(fù)合增強(qiáng)材料;用環(huán)氧樹(shù)脂粘結(jié)劑沿受拉方向或垂直于裂縫方向粘貼在要補(bǔ)強(qiáng)的結(jié)構(gòu)上，形成一個(gè)新的復(fù)合體，使增強(qiáng)粘貼材料與原有鋼筋混凝土共同受力增大結(jié)構(gòu)的抗裂或抗剪能力，提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、抗裂性和延伸性，達(dá)到結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)和改善結(jié)構(gòu)受力的目的。與加大截面法、外包鋼法、粘鋼加固法相比碳纖維布加固具有明顯的優(yōu)勢(shì)，具有節(jié)省空間，施工簡(jiǎn)便，不需要現(xiàn)場(chǎng)固定設(shè)施，施工質(zhì)量易保證，基本不增加結(jié)構(gòu)尺寸及自重，耐腐蝕、耐久性能好等特點(diǎn)。另外，采用該工法，可大大提高建筑物的使用壽命，降低加固成本。因此，碳素纖維作為新型的補(bǔ)強(qiáng)材料，而備受青睞和關(guān)注。
(1)抗拉強(qiáng)度高，是同等截面鋼材的7-10倍，能達(dá)到提高結(jié)構(gòu)的承載力，改善結(jié)構(gòu)的受力性，達(dá)到加固目的。
(2)自身重量輕薄，密度只有普通鋼材的1/4，經(jīng)加固后的原構(gòu)件基本不會(huì)增大自身重量和尺寸。
(3)耐腐濁、耐久性好，可阻抗化學(xué)腐濁和惡劣環(huán)境、氣候變化。經(jīng)研究實(shí)踐表明裸露在外面的碳纖維布的壽命在30年左右。而表面涂抹水泥砂漿保護(hù)層或其他保護(hù)材料的碳纖維布?jí)勖?0年左右。
(4)施工方便簡(jiǎn)便、施工速度快、基本不占用場(chǎng)地、省時(shí)省力施工質(zhì)量易保證。
(5)適用范圍廣，混凝土構(gòu)件、鋼結(jié)構(gòu)、木結(jié)構(gòu)均可以加固。特別是對(duì)其他加固方法無(wú)法進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固的結(jié)構(gòu)碳纖維加固法都可以進(jìn)行加固施工。像隧道、煙囪、受鹽腐的混凝土、橋梁等�？纱蠓忍岣邩�(gòu)件的承載力、抗震性能和耐久性能。
3、工程實(shí)例
3.1概述
海安大世界廣場(chǎng)6#樓位于海安老汽車(chē)站，是海安縣文峰大世界投資新建。一至七層為購(gòu)物中心，建筑面積43760 m2，集購(gòu)物、休閑、娛樂(lè)為一體。在工程施工至4層結(jié)構(gòu)時(shí)由于業(yè)主招商引入南京幸福藍(lán)海影業(yè)有限公司在A區(qū)6、7層增設(shè)電影院。由于影院功能需求影廳高度要達(dá)到9米以上，因此影廳內(nèi)7層樓面取消，經(jīng)設(shè)計(jì)院對(duì)A區(qū)重新設(shè)計(jì)驗(yàn)算對(duì)4層以下及地下室柱、進(jìn)行加固處理。
3.2加固方案
設(shè)計(jì)院提出2套加固方案
1、外包鋼加固法：梁部位加固在梁底粘貼6MM厚鋼板，柱加固在柱四角包8mm×L80 mm角鋼4mm×50厚綴板@250焊接灌漿。優(yōu)點(diǎn)：加固材料可控性好，定期保養(yǎng)、油漆是鋼板長(zhǎng)期不銹。缺點(diǎn)施工難度大，周期長(zhǎng)，增加構(gòu)件自重，鋼板與混凝土結(jié)構(gòu)不易粘結(jié)。
2、碳纖維布加固法：選用碳纖維布的抗拉強(qiáng)度達(dá)到3400Mpa以上，受力彈性模量在240000MPa以上,延伸率能達(dá)到2%，單位面積質(zhì)量≦300g/㎡。優(yōu)點(diǎn)：施工容易，重量輕、體積小，速度快，碳纖維布與混凝土結(jié)構(gòu)易結(jié)合，壽命能達(dá)到30～50年。
考慮到時(shí)間就是效益，我們選用了碳纖維布加固法進(jìn)行加固處理，使工程能提前完工，商場(chǎng)提前開(kāi)業(yè)為業(yè)主提前創(chuàng)造效益。
3.3施工工藝流程
施工準(zhǔn)備→混凝土表面處理→找平材料配置→構(gòu)件表面殘缺修補(bǔ)→底膠配置→涂刷底膠→浸漬樹(shù)脂膠配置→粘貼碳纖維布→表面養(yǎng)護(hù)。
3.4施工工藝要點(diǎn)
3.4.1、表面處理
1)、混凝土表面如出現(xiàn)剝落、蜂窩、腐蝕等劣化現(xiàn)象的部位應(yīng)予剔除，對(duì)于較大面積的劣質(zhì)層，在剔除后應(yīng)用聚合物水泥砂漿進(jìn)行修復(fù)。
2)、裂縫部位，如有必要應(yīng)先進(jìn)行封閉處理。
3)、用混凝土角磨機(jī)、砂輪(砂紙)等工具，去除混凝土表面的浮漿、油污等雜質(zhì)，構(gòu)件基面的混凝土要打磨平整，尤其是表面的凸出部位要磨平，轉(zhuǎn)角粘貼處要進(jìn)行倒角處理并打磨成圓弧狀(R³ 10mm)。
4)、用吹風(fēng)機(jī)將混凝土表面清理干凈并保持干燥。使用高強(qiáng)度聚合物砂漿修補(bǔ)表面凹陷底部分。
3.4.2、構(gòu)件表面殘缺系修補(bǔ)
1)、混凝土表面凹陷部位應(yīng)用刮刀嵌刮整平膠料修補(bǔ)填平，模板接頭等出現(xiàn)高度差的部位應(yīng)用整平膠料填補(bǔ)，盡量減少高差。
2)、轉(zhuǎn)角的處理，應(yīng)用整平膠料將其修補(bǔ)為光滑的圓弧，半徑不小于10mm。
3)、整平膠料須固化后(固化時(shí)間視現(xiàn)場(chǎng)氣溫而定，以手指觸感干燥為宜，一般不小于2小時(shí))，方可再進(jìn)行下一道工序。
3.4.3、涂底膠
1)、按一定比例將主劑與固化劑先后置于容器中，用攪拌器攪拌均勻，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際氣溫決定用量，并嚴(yán)格控制使用時(shí)間，在規(guī)定時(shí)間內(nèi)用完。
2)、用滾桶刷或毛刷將膠均勻涂抹于混凝土構(gòu)件表面，厚度不超過(guò)0.4mm，并不得漏刷或有流淌、氣泡，等膠固化后(固化時(shí)間視現(xiàn)場(chǎng)氣溫而定，以手指觸感干燥為宜，一般不小于2小時(shí))，再進(jìn)行下一道工序。
3.4.4、碳纖維布粘貼
1)、粘貼碳纖維布的氣溫應(yīng)在10℃以上，按設(shè)計(jì)要求的尺寸裁剪碳纖維布，除非特殊要求，碳纖維布長(zhǎng)度應(yīng)在3m以?xún)?nèi)。
2)、按生產(chǎn)廠家提供的施工工藝規(guī)定配置浸漬膠，比重稱(chēng)量正確裝入容器充分?jǐn)嚢杈鶆�，一次調(diào)和量應(yīng)在規(guī)定時(shí)間內(nèi)用完。用滾筒刷均勻涂抹于所粘貼部位，在搭接、拐角部位適當(dāng)多涂抹一些。
3)、用特制光滑滾子在碳纖維布表面沿同一方向反復(fù)滾壓至膠料滲出碳纖維布外表面，以去除氣泡，使碳纖維布充分浸潤(rùn)膠料。當(dāng)需要搭接粘貼時(shí)，搭接長(zhǎng)度應(yīng)大于10cm。多層粘貼應(yīng)重復(fù)以上步驟，待纖維表面指觸感干燥為宜，方可進(jìn)行下一層碳纖維布的粘貼。
4)、在最外一層碳纖維布的外表面均勻涂抹一層粘貼膠料。
3.4.5、養(yǎng)護(hù)
粘貼碳纖維布后，自然養(yǎng)護(hù)1-2小時(shí)達(dá)到初期固化，應(yīng)保證固化期不受外界干擾和碰撞。碳纖維布粘貼后達(dá)到設(shè)計(jì)值自然養(yǎng)護(hù)應(yīng)在14天左右。
4、加固效果
碳纖維布粘貼完成達(dá)到齡期后，請(qǐng)專(zhuān)業(yè)檢測(cè)部門(mén)對(duì)其與混凝土結(jié)合強(qiáng)度做了破壞性拉拔試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果拉拔強(qiáng)度超過(guò)設(shè)計(jì)要求，碳纖維布牢固的與混凝土粘結(jié)在一起，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求。
5、結(jié)論
碳纖維布具有輕、薄、高強(qiáng)度、抗腐濁、耐老化等優(yōu)點(diǎn)。很好的與混凝土結(jié)構(gòu)形成一個(gè)共同體，使混凝土結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)的抗拉強(qiáng)度達(dá)到一定的目的。
碳纖維布加固法與粘鋼加固法比較費(fèi)用差不多，但碳纖維布加固施工方法簡(jiǎn)單、速度快捷、功效高、施工場(chǎng)地占用少、工期短，在工期上具有明顯的優(yōu)勢(shì)。
碳纖維布加固法效果好，強(qiáng)度高、適用范圍廣、施工質(zhì)量容易保證、耐腐濁及耐久性好不受環(huán)境條件的影響，采用碳纖維布加固后基本不增加結(jié)構(gòu)自身的尺寸和重量，能適應(yīng)各種其它加固無(wú)法施工的結(jié)構(gòu)，碳纖維加固法會(huì)在越來(lái)越多的領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
【1】仇月冬,張鐵鵬.粘貼碳纖維布加固混凝土結(jié)構(gòu)新技術(shù)【J】.郵電設(shè)計(jì)技術(shù),2002年(7):47-49.
【2】袁定安.碳纖維布加固混凝土梁技術(shù)【J】.鐵道建筑技術(shù),2002(5):60-62.
【3】湯文廣.碳纖維布加固混凝土橋梁的施工技術(shù)【J】.建筑,2011(21):62-63.
