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房屋碳纤维加固，碳纤维布加固修复混凝土结构技术是一项新型、高效的结构加固修补技术,其是利用树脂类粘结材料将碳纤维粘贴于混凝土表面,利用碳纤维良好的抗拉强度达到增强构件承载能力及刚度,以达到对结构及构件加固补强、房屋加固的目的,与传统加固方法相比,具有高强高效、施工便捷、工效高、耐久性好等突出的优点。近年来,碳纤维复合材料在建筑混凝土结构加固中逐渐得到了广泛应用。

2 碳纤维布补强加固技术特点

(1)具有高抗拉、高弹性模量的特点,可提高混凝土结构及构件的承载力和延性,改善其受力性能,达到加固修补的目的;

(2)施工方便,工作效率高,施工无须大型机械,成品的碳纤维布为卷材结构形式,可任意裁剪,占用场地少,施工进度快;据有关资料统计,粘贴碳纤维的加固工效是粘贴钢板加固工效的4-8倍;

(3)耐腐蚀及耐久性能好,不与酸、碱、盐等化学物质发生反应,在-52-82℃温度环境条件下使用,适应范围广;

(4)碳纤维材料重量轻(仅为200-300g/m2),厚度小,经加固修补后的构件,不会增加原结构自重及尺寸;

(5)碳纤维片粘贴在混凝土的表面,能有效地封闭混凝土的裂缝,从而延长结构的使用寿命;

(6)适用范围广,既可用于提高不同结构类型(如建筑物、构筑物、桥梁、隧道、涵洞等)的承载力,又能用于抗震加固;

(7)缺点是采用碳纤维加固成本偏高,想要全面推广这项新型加固技术,尚需假以时日。

3 碳纤维布加固技术原理

外贴碳纤维增强复合材料加固混凝土技术是通过在混凝土结构外部粘贴纤维增强复合材料片材,通过二者协同受力,达到加固目的。碳纤维布具有很高的抗拉强度(其抗拉强度约为普通钢材的十几倍)、高强度、高弹性模量、重量轻及耐腐蚀性好等特点,这为利用粘贴碳纤维布加固钢筋混凝土结构提供了前提条件。但是,碳纤维材料织成碳纤维布后,其中的各碳纤维丝很难完全共同工作。在结构承受荷载时,一部分应力水平较高的碳纤维丝首先达到其抗拉强度并退出工作状态,随着荷载的加重,各碳纤维丝逐渐断裂,直至整体破坏。而使用粘贴剂后,碳纤维能与混凝土形成一个复合型整体,并且能很好地共同工作,提高结构构件的抗弯、抗剪承载力,达到对结构构件进行加固、补强的目的。

4 碳纤维布加固的施工

4.1 施工准备

4.2 施工操作要点

4.2.1 结构表面处理

(1)混凝土表层出现剥落、蜂窝、腐蚀等劣化现象的部位应予凿除;

(2)除去混凝土表面的浮浆、油污等杂质,清洗干净需粘处,构件表面凸出部分应打磨平整;

(3)构件表面打磨后,用压缩空气将表面浮尘、油污等杂物清理干净,然后用丙酮将需粘贴处清洗干净,并使表面充分干燥;

(4)如碳纤维材料须绕过转角时,转角必须打磨成半径不小于20mm的圆角。

4.2.2 涂底层涂料

(2)涂刷底层涂料时,底涂表面须干燥,环境湿度应>80%;然后用刮板将底层涂料均匀涂刷于构件底面(两侧刮150mm),待胶固化后(固化时间视现场气温而定,以指触干燥为准,一般固化时间为1-2d)才能进行下一工序施工;

(3)底层涂料指触干燥或固化后,表面上的凸起部分(一般类似结露的露珠一样)要用砂布或角磨机磨平。

4.2.3 用环氧腻子找平

构件表面凹陷部件应用环氧腻子填平,并修复至表面平整、顺滑;模板接头(段差、起拱)等出现高度差的部位要用环氧腻子填补,尽量减少高度差,确保混凝土表面相对平整;腻子涂刮后,表面仍存在的凹凸糙纹,应再用砂纸打磨平整。

4.2.4 粘贴碳纤维板材

(1)树脂的主剂和固化剂应按规定的比例称量准确,装入容器用搅拌器均匀搅拌。一次调和量应在可使用时间内用完;

(2)碳纤维布在受力方向尽量避免搭接,如需搭接,则沿纤维方向的搭接长度须在100mm以上,端部用横向碳纤维布固定;在搭接的部位要多涂抹一遍;

(3)贴碳纤维布前用滚筒刷将环氧树脂均匀地涂抹于需粘贴的部位,涂刷厚度应满足能渗透至碳纤维布表面;然后把按设计要求裁剪好的碳纤维布(除特殊要求外,碳纤维长度一般应在3m之内)用手轻压贴于需粘贴的为止,并用罗拉(专用工具)沿碳纤维受力方向来回滚压,使树脂从两边溢出,使粘贴剂充分浸透纤维布。当平行粘贴多条碳纤维板时,两板之间空隙应不小于5mm。待指触干燥后,才能进行第二道碳纤维布的粘贴,方法同第一道;

(4)在粘贴两层碳纤维板时,应连续粘贴,如不能及时粘贴,再开始粘贴前应对底层碳纤维板重新做好清洁工作;

(5)最后一层碳纤维粘贴完后,应仔细检查,确保其涂刷均匀、周边整齐;

(6)碳纤维布粘贴完,待指触干燥后,再刮涂一层面胶,来回滚压,使胶充分渗入到碳纤维布中去;待面胶指触干燥后,表面做一层保护层(涂防火涂料或喷水泥砂浆);

(7)为保证构件加固后的正常使用,避免碳纤维布的老化和遭受其它损伤,还必须在碳纤维布加固层的外表面应进行密闭防护处理,即在碳纤维的表面抹不小于20mm厚的水泥砂浆,砂浆强度等级不低于M10。

4.2.5 养护

碳纤维板材施工后,应进行养护,保证养护期间的温度不低于环氧树脂的允许使用温度;养护期一般在1-2周内,在此期间应采取有效可靠的方法进行防水、防尘、防碰撞措施,使其充分固化;对于有风吹、雨淋或有可能人为扰动的地方应进行遮挡封闭养护。同时,养护期间不得在加固部位上进行任何施工。

5 施工注意事项

(1)碳纤维板材为导电材料,施工碳纤维片材时应远离电气设备及电源,或采取可靠的防护措施。

(2)施工所用的各种配套树脂应储存于密闭容器中,远离明火,避免日照、高温;树脂的配制和使用场所,应保持通风良好。

(3)施工过程中应避免碳纤维片材的弯折,否则容易开裂破坏。

(4)施工应在气温在5℃以下、相对湿度不大于85%、混凝土表面含水率在8%以上的环境下施工;当混凝土结构表面有结露的可能时,而又无有效措施时不得进行施工;如果低于5℃,应使用适于低温的配套树脂或采用其他加温措施。

(5)碳纤维片材与混凝土表面之间应保持2mm的最小粘贴厚度。

(6)施工及检查人员应采取相应的劳动保护措施,如穿防护工作服、配戴口罩、手套、防护眼镜等防护用品,防止胶滴入眼睛。

(7)当树脂粘附在皮肤上时,应立即用肥皂水冲洗,溅入眼内用清水清洗或及时就医。

6 施工质量检验与验收

6.1 施工质量检验

(1)混凝土表面处理后应平整,应清洁干燥、无油污;

(2)目测检验,表面无明显的凹凸现象;

(3)碳纤维布粘贴后,表面应有均匀浸透至表层的粘贴树脂,且无气泡;

(4)防腐涂料防护的涂刷不应少于两遍;

(5)每一道工序结束后均应按上述要求进行检查,做好相关的验收记录,如出现质量问题,应立即返工。

6.2 碳纤维房屋加固工程竣工验收

以评定碳纤维布与混凝土之间的粘结质量为主,用小锤轻敲碳纤维表面判断粘结效果,以检查是否有空鼓现象;有效粘结面积小于95%的,即应判定粘结无效,需重新施工。

7 结语

碳纤维布补强加固技术是一种新型加固技术,其具有施工简便、耐久性好、抗腐蚀、不增加结构自重、原结构的影响较小、能有效封闭混凝土裂缝等优点,可有效提高混凝土结构的承载能力和抗疲劳性能,增强结构的抗震能力,综合加固效果显著。且随着碳纤维材料成本的降低及国内外研究的不断深入,该项技术在混凝土结构加固领域中的应用会越来越广泛,具有广阔的发展前景。