壹、特點
1、碳纖維片材輕質高強:其抗拉強度比普通鋼材高8~10倍,將它用粘結樹脂與結構粘貼後形成壹體,能可靠地與鋼筋混凝土***同工作,有優異的補強效果,而結構自重的增加幾乎可以忽略。
2、抗腐蝕:碳纖維能有效地防護構件的混凝土和鋼筋免職受酸、堿、鹽、水等介質的腐蝕。
3、耐老化:碳纖維與膠結構本身及經其補強的構件可以長期承受紫外線、核幅射;長期在-54~80℃下使用,強度不會降低;經加速暴露老化試驗驗證可歷時40年性能不變;且在表面塗裝後,耐用性更加突出。
4、保持結構原狀,外形美觀:碳纖維片材便於隨構件原形貼附,基本不改變構件斷面尺寸,貼片後表面可以塗刷、粘貼飾面材料、防火材料。
5、施工簡便、快捷:采用傳統的加固補強方法,如包混凝土法、粘鋼法,均需進行大量剔鑿、植筋、焊接、澆混凝土作業,碳纖維片材施工卻不需要。因此,它對施工空間要求很低,便於狹窄空間作業,施工快捷,對生產、使用的幹擾很小。
二、工藝原理
碳纖維片材是用抗拉強度極高的碳纖維絲“拉拔”成型,單向排列,並經環氧樹脂預浸而成的結構增強復合材料。將它用粘結樹脂作為粘結劑,沿受力方向或垂直於裂縫方向粘貼在受損構件表面,粘結劑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***同受力,增大了結構抗拉或抗剪能力,能有效地提高強度、剛度、抗裂性和延性。整個工藝的關鍵在於碳纖維片材粘結的緊密、牢固,保證與原結構形成整體,能夠***同工作。
三、適用範圍
碳纖維片材修復、補強、加固適用於隧道、橋梁及各類工業民用建築
中鋼筋混凝土梁、板、柱、剪力墻結構、涵洞、襯砌、鋼筋混凝土煙囪、筒倉、水池、罐體等,由於設計、施工、使用、老化或某種浸蝕、災害造成的損壞,以及因超載所致的承載力不足。
四、主要材料
1、碳纖維片材的規格及性能(表略)。
2、底層塗料的規格及性能(表略)。
3、環氧膩子的規格及性能(表略)。
4、浸漬樹脂的規格及性能(表略)。
五、主要工、機具
1、畫線工具:墨鬥、卷尺、水平議、鉛錘;
2、切削工具:角向砂輪、錘子、鑿子、鉆、鏨子;
3、碳纖維片切割工具:卷尺、鋼直尺、壁紙刀;
4、調和塗刷工具:臺秤、攪拌容器、橡膠抹子、滾筒刷子、油漆刷、攪拌器、托灰板;
5、工具:羅拉(專用工具)、橡膠刮板、塑料刮板;
6、安全用具:安全帽、安全帶、防護眼鏡、橡膠手套、口罩;
7、施工管理用器具:R量尺、溫濕度計;
8、其它:空壓機、通風設備、養護復合材料、棉紗。
六、施工工藝
1.工藝流程
2.操作要點
2.1混凝土基底處理
2.1.1將混凝土構件表面的殘缺、破損部分清除幹凈達到結構密實部位。
2.1.2檢查外露鋼筋是否銹蝕,如有銹蝕,進行必要處理。
2.1對經過剔鑿、清理和露筋的構件殘缺部分,進行修補、復原。
2.1.4裂縫修補:縫寬小於0.20mm的裂縫,用環氧樹脂進行表面塗抹封閉;大於0.20mm的裂縫用環氧樹脂灌縫。
2.1.5將構件表面凸出部分(混凝土構件交接部位、模板的段差)打磨平整,修復後的段差要盡量平順。
2.1.6棱角部位,用磨光機磨圓角,圓角半徑≥30mm。
2.1.7對清洗過的混凝土構件進行圍擋,並讓其充分幹燥。
2.2刷底層塗料
2.2.1把底層塗料的主劑和固化劑按規定比例稱量準確後放入容器,用攪拌器攪拌均勻,壹次調和量應以要使用時間內用完為準。
2.2.2在底層塗料中嚴禁加溶劑,含有溶劑的毛刷或用溶劑弄濕了的滾筒不得使用。
2.2.3用滾筒刷均勻地塗抹底層塗料。
2.2.4塗料指觸時間因氣溫不同,壹般在3h到24h之間變化。
2.2.5底層塗料固化後,在表面上有凸起部分時,要用砂紙磨光。
2.2.6根據施工部位的溫度、濕度選擇適當的底層塗料,在氣溫底於5℃,相對濕度RH>85%,混凝土表面含水率>8%,有結露可能而無有效措施時,不得施工。
2.3構件表面的殘缺修補
2.3.1構件表面凹陷部位應用環氧膩子填平,修復至表面平整。
2.3.2接槎部位要用環氧膩子填補,使之平順。在殘缺修補中使用環氧樹脂時,要在氣溫5℃以上,相對濕度RH<85%的條件下施工。膩子刮平後,表面仍存在的凹凸糙紋,應再用砂紙打磨平整。
2.4貼碳纖維片材
2.4.1確認粘貼表面幹燥.氣溫在5℃以下,相對濕度RH>85%時不得施工。
2.4.2碳纖維應用鋼直尺與壁紙刀按規定尺寸進行切斷,每段長度壹般不超過6m為宜,若要使用更長的片材時,除精心防止彎折外,對脫泡、滲浸過程必須加倍謹慎操作。為防止片材在保管過程中損壞,片材的裁切數量應按當天的使用量為準。
2.4.3碳纖維的縱向接頭必須搭接10cm以上,且該部位應多塗粘結樹脂,碳纖維橫向不需要搭接。
2.4.4粘結樹脂的主劑與固化劑應按規定的比例稱量準確,裝入容器,用攪拌器攪拌均勻,壹次調和量應以在可使用時間內和完為準。
2.4.5貼片前用滾筒刷均勻地塗抹粘結樹脂,稱為下塗,下塗的塗量標準如下:
200g/m2的碳纖維片,400~500g/m2
300g/m2的碳纖維片,500~600g/m2
2.4.6貼片時,在碳纖維片和樹脂之間盡量不要有空氣,可用羅拉(專用工具)沿著纖維方向在碳纖維片上滾壓多次,使樹脂滲浸入碳纖維中。
2.4.7碳纖維片施工30min後,用滾筒刷均勻塗抹粘結樹脂,稱為上塗,上塗塗量標準如下:
200g/m2的碳纖維片,200~100g/m2
300g/m2的碳纖維片,300~200g/m2
2.4.8進行空鼓檢查,並進行處理。
2.4.9如需粘貼多層碳纖維,重復以上步驟。
2.4.10.如碳纖維片施工不符合質量標準,則需進行相應處理。其中空鼓處理方法如下:
註入粘結樹脂法:在大纖維片上打開兩個以上的小孔,使用註射器註入粘結樹脂(或低粘度型樹脂)。
割刀切入填充樹脂補修法:沿纖維方向切入2~3刀,用橡膠刮板、毛刷沾上適量樹脂,填進割開的縫內。
補丁修補法:當貼片完全固化後,且無法用割刀切開或註入樹脂時;或出現褶皺和松弛時,應采用此方法割去不良部分,重新粘貼碳纖維片。
2.5養護
2.5.1粘貼碳纖維片後,需自然養護24h達到初期固化,應保證固化期間不受幹擾。
2.5.2在每道工序以後樹脂固化之之前,宜用塑料薄膜等遮擋以防止風沙或雨水侵襲。
2.5.3當樹脂固化期間存在氣溫降低到5℃以下的可能時,可采用低溫固化樹脂,或采取有效的升溫措施。
2.5.4碳纖維片材粘貼後達到設計強度所需自然養護的時間:
平均氣溫在10℃以下時,需2周;
平均氣溫在10~20℃之間,需1~2周;
平均氣溫在20℃以上時,需1周;
在此之間應防止貼片受到硬性沖擊。
2.6塗裝
2.6.1若加固補強構件需要防火時,可在樹脂固化後按業主要求塗刷耐火塗層。
2.6.2對加固補強構件有外觀要求時,可在補強後塗刷所需色彩和質量的塗層。
2.6.3塗裝應在樹脂初期固化後進行,並應遵守所用塗料的相關標準和施工規定。
2.6.4對新材料新工藝的塗裝,事前要做好充分研究,必要時應進行試驗,確認後方可正式使用。
七施工管理與勞動組織
1施工管理
1.1項目管理:負責根據加固補強
設計文件制定施工組織設計,按計劃負責人力、材料、機具和資金等準備,組織施工並對工程質量、進度、安全、物資供應、生活安排、工程的交工驗收及結算全面負責。
1.2技術管理:負責為加固補強設計和技術組織措施的實現,做好技術交底、貫徹施工規程與質量標準等工作,為工序檢查和隱蔽工程驗收確認把關,處理施工中發生的變更和其他技術問題。
1.3作業管理:按操作工序劃分作業組,分別負責加固補強的構件打磨、塗刷樹脂、缺陷修補、裂縫封閉、貼片、養護等操作過程。
八質量要求
1所有進場材料,包括碳纖維片材和膠結材料,符合質量標準,並具有出廠產品合格證,符合本工程加固補強設計要求,適合現場溫度、濕度條件的材料。
2碳纖維片粘貼的質量檢查標準:
2.1下塗與上塗滲入碳纖維束良好。
對裂縫必須處理:縫寬0.20mm用環氧樹脂灌縫。
2.2碳纖維片材粘結密實。
2.3對於直徑在10~30mm以下的空鼓,每平方米少於10個為合格;若每平方米在10個以上,則認為不合格,需進行修補;對於直徑在30mm以下的空鼓,只要出現即認為不合格,需要進行修補。
2.4順纖維方向搭接長度不小於10cm。各層之間的搭接部位不得位於同壹條直線上,層間必須錯開至少50cm。
2.5碳纖維片材規格、貼片位置、長度、寬度、纖維方向、層數符合設計規定。
3養護嚴格遵守自然養護的時間要求。
4塗裝符合合同規定或業主要求及相應的施工驗收規定。
九工程實例和效果
北京金融街某工程,建築面積11.6萬m2,由於設計變更,加層4層,使得局部框架受力不能滿足設計要求,因此,對其中8根直徑為1200~1300mm柱子,采用碳纖維片材進行補強加固處理,很好地滿足了設計要求,並效地保證了工期和施工質量。
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