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談碳纖維布加固工程施工技術(shù)的應(yīng)用
摘要： 在國外碳纖維使用于加固已經(jīng)被普遍采用，國內(nèi)碳纖維加固也是土木工程與房屋加固上多見的形式與方法。本文對碳纖維布的特點與原理進行了研究，并且在加固施工中的應(yīng)用。
關(guān)鍵詞：碳纖維布加固 加固設(shè)計
背景資料
碳纖維為極細纖維，其單位強度高但直徑極小，由環(huán)氧樹脂結(jié)合成一體后在纖維方向上具有高抗拉強度。其特性除高強度外，抗腐蝕性佳，并且沒有疲勞老化現(xiàn)象，自問世后已有三十余年的使用經(jīng)驗，但在鋼筋砼的加固上則約在十年左右。
使用碳纖維加固，有許多*的技術(shù)特點：（1）高強、高效碳纖維材料具有優(yōu)異的物理力學性能，抗拉強度高于普通鋼材的十倍，碳纖維彈性模量與鋼較為接近，極適合于鋼筋砼結(jié)構(gòu)的加固修復。（2）重量輕、厚度薄。碳纖維材料比重公為鋼材的1/4，每層厚度小于1mm，基本不增加原結(jié)構(gòu)自重及截面尺寸。（3）適用面廣。碳纖維材料，廣泛適用于工業(yè)與民用建筑的梁、板、柱等構(gòu)件及橋梁、隧道、煙囪等構(gòu)筑物的補強及抗震加固，可用曲面及節(jié)點的結(jié)構(gòu)加固。（4）施工便捷碳纖維加固施工時，不需大型機具，沒有濕作業(yè)，無需其它固定設(shè)施，施工功效高。（5）良好的耐久及耐腐蝕性。碳纖維材料耐酸、堿、鹽及大氣環(huán)境的腐蝕，不需定期維護。（6）施工質(zhì)量易保證。碳纖維材料質(zhì)輕柔軟，易貼附，同粘鋼板相比，訊息工期質(zhì)量更易保證。
碳纖維加固法加固抗彎結(jié)構(gòu)的優(yōu)點：
（1） 強度高（強度約為普通鋼筋的10倍），效果好；
（2） 自重輕，基本不增加結(jié)構(gòu)自重及截面尺寸，柔性好，易于剪裁，適用范圍廣；
（3） 加固后可大大提高結(jié)構(gòu)的承載力、耐腐蝕性及耐久性；
2、施工程序：
表面處理→涂刷底膠→修補找平→膠料配制→粘貼碳纖維→表面防護→檢驗
3、施工方法：
a.表面處理：清除粘貼部位混凝土表面浮漿、油污、雜質(zhì)，若表面有蜂窩、裂縫，應(yīng)進行修補，使露出結(jié)構(gòu)本體后，吹凈。碳纖維材料擦除表面浮灰。
b.涂刷底膠：把按比例充分攪拌調(diào)制后的底膠，均勻涂布在混凝土表面。
c.修補找平：經(jīng)上述工序后，混凝土表面若有凹凸，用修補膠涂抹找平。
d.膠料配制：按稱量比例調(diào)制粘結(jié)膠，調(diào)制前對甲、乙兩組分別攪拌，混入后再充分攪拌。
e.粘貼碳纖維：按設(shè)計要求的尺寸裁剪碳纖維，將配制后的粘結(jié)膠均勻涂抹粘貼部位的混凝土面上。將裁剪好的碳纖維敷設(shè)在涂好粘結(jié)膠的基層上，并用滾筒沿碳纖維纖維方向多次滾壓，使粘結(jié)膠充分浸透纖維中。
f.表面防護：在粘貼的碳纖維zui后一層均勻涂抹一道粘結(jié)膠。
g.檢驗：粘貼碳纖維完工經(jīng)固化后，檢驗粘貼部位密實度，對局部不密實處進行修補。
4、施工要求：
a.表面處理：粘貼部位混凝土表層含水率應(yīng)<4%，混凝土表面應(yīng)露出結(jié)構(gòu)本體潔凈。構(gòu)件轉(zhuǎn)角應(yīng)成圓弧狀，半徑不應(yīng)小于25mm。
b.涂刷底膠：底膠涂刷應(yīng)均勻，當指觸干燥后方可進入下一工序。配制的底膠應(yīng)在50分鐘內(nèi)使用。
c.修補找平：經(jīng)上述工序后粘貼面應(yīng)平整，有段差轉(zhuǎn)角部位、凹凸部位應(yīng)找平，抹成平滑曲面。配制的修補膠應(yīng)在45分鐘內(nèi)使用。
d.膠料配制：膠料應(yīng)嚴格按比例充分攪拌后配制。配制攪拌后的膠料應(yīng)無沉淀、色差、氣泡，并應(yīng)防止灰塵雜質(zhì)混入膠料。粘結(jié)膠配制后應(yīng)在45分鐘內(nèi)使用。
e.粘貼碳纖維:應(yīng)按設(shè)計要求裁剪碳纖維,不得損壞橫向織物面,涂抹粘結(jié)膠應(yīng)均勻,敷碳纖維應(yīng)平整無氣泡。
f.表面防護：在粘貼zui后一層碳纖維上應(yīng)涂抹粘結(jié)膠一道，進行防護，涂抹應(yīng)均勻充分，不應(yīng)漏涂。
g.檢驗：粘貼完工經(jīng)固化(12小時左右)后，可進行檢驗。密實度可用小錘敲擊表面，通過不同聲音判別密實情況，密實度應(yīng)達到有關(guān)規(guī)定，否則應(yīng)予修補后再檢。
青島碳纖維布加固公司的技術(shù)要點
在進行碳纖維加固前，須進行加固設(shè)計，在構(gòu)造物的加固設(shè)計上，一般原則上避免兩種性質(zhì)差異過大的材料結(jié)合在一起，而碳纖維的強度甚高（約為鋼筋的十倍），但是其彈性系數(shù)卻與鋼筋相差不大，由鋼筋砼的使用經(jīng)驗研判，碳纖維用于鋼筋砼的加固上不會有搭配問題，因此可以用于彌補鋼筋砼內(nèi)鋼筋的抗拉不足部分，加固設(shè)計由于是就現(xiàn)有構(gòu)造物加固，必須先了解原有構(gòu)造物的砼強度，鋼筋性質(zhì)，配置位置與數(shù)量等等，若是原有構(gòu)造物損壞情形還必須先找出其原因并需修復原有的損壞后再進行加固，通常在砼強度上可以用鉆心實驗測出其強度，若強度大于設(shè)計值，則以設(shè)計值進行加固設(shè)計，若低于設(shè)計值則需以實測強度進行加固設(shè)計。鋼筋數(shù)量與配置可以鋼筋定位移檢測出來，但鋼筋性能則無法求得，可依據(jù)實際情況研判是否鋼筋強度有所不足，或依建造當時歷史資料研判，取適當數(shù)理值作為加固設(shè)計用，一般為保守起見，會將強度取適當折扣，若遇上*無法取得資料的情況時，一般依據(jù)建造當時的設(shè)計標準進行設(shè)計分析，假定構(gòu)造系依據(jù)標準設(shè)計，然后取適當折減值進行加固設(shè)計，在砼及鋼筋等材料強度確定后，依照現(xiàn)行規(guī)范求出其承載能力，若有不足則進行加固設(shè)計。正如鋼筋與砼間的握裹力一般，碳纖維需借助膠粘劑與砼結(jié)合，兩者之間的結(jié)合必須大于砼本身的抗剪強度，這種膠粘劑涂抹于平整的砼表面，一般稱之為底層樹脂，其粘度通常較低，易于滲入砼內(nèi)與砼結(jié)合成類似樹脂砼，可以加強砼強度，并與碳纖維密切結(jié)合，有效傳遞剪力，而使碳纖維與砼結(jié)合成一體，達到補強效果，而需要注意的是碳纖維雖具有高強度但卻是脆性材料，不像鋼筋具有降伏特性，在設(shè)計應(yīng)避免使用到其破壞強度。
碳纖維在加固工程應(yīng)用中，加固砼主要作用為抵抗拉力，一般適用于抗彎構(gòu)件的板與梁的受拉部位，梁與柱的抗剪力部位，柱或橋墩的圍束加固以及鋼筋錨固長度不足部位等。在蘇寧雅瑰園住宅小區(qū)工程中，由于A、B幢小高層超過設(shè)計標高，規(guī)劃局強制要求A、B幢降層處理，把已施工完的屋頂敲掉，重新做屋頂，使屋頂標高達到設(shè)計標高，在此改造過程中，由于需要在原有的砼梁上重新加做一道次梁，但必須在原有梁上加固，原設(shè)計要求是采用粘鋼板加固，但由于粘鋼板在施工中比較復雜，需要有很大的施工面，還有它耐腐蝕性比較差沒有*性，因而zui后選用碳纖維布加固。先由設(shè)計院根據(jù)小區(qū)的改造要求確定加固部位，出圖發(fā)到施工單位，施工單位的施工人員根據(jù)圖紙要求確定加固位置和采用碳纖維布的厚度；確定位置以后，由專業(yè)施工隊伍對砼表面進行處理，把砼表面劣化層去除磨平，縫隙出要以樹脂灌注*，梁陽角部位磨成圓弧狀；砼表面處理完以后涂上底膠，涂底膠時厚度須均勻，要確保底膠滲入砼，必要時須做防塵措施；待底膠風干不粘手時，對砼表面凹洞補平防止粘布時有間隙；確定砼表面平整后涂上樹脂，厚度須均勻不垂流，然后按設(shè)計要求把碳纖維布向上包梁，再用手由下向上抹平，使樹脂均勻浸入布中，并且把布中氣泡擠出，布表面布能有皺折和歪斜；然后在布表面均勻涂上樹脂，再重復上一步驟粘布。根據(jù)設(shè)計要求粘貼層數(shù)，本工程設(shè)計要求粘二層，zui后一層樹脂外面須進行水泥砂漿粉刷。
碳纖維加固的施工主要重點，在于將碳纖維與砼緊密結(jié)合，并使碳纖維的排向方向與設(shè)計要求*。首先，在砼表面需先加以整平后涂布底層樹脂，在不平整處，以環(huán)氧樹脂系找平材料補平，然后，涂布粘結(jié)樹脂貼上碳纖維貼片，依照設(shè)計需求在所需加固方向粘貼要求的層數(shù)，zui外層再以保護材料保護。
3碳纖維加固時需要注意的問題
31砼表面濕度
一般環(huán)氧樹脂不可使用潮濕環(huán)境下，通常相對濕度不高于85%。但在工地現(xiàn)場的環(huán)境濕度難以掌控，而且也不易量測，若無法充分掌握，必須選用可使用高濕度條件下的樹脂。
32環(huán)氧樹脂的施工性
底涂樹脂必須能滲透到混凝土內(nèi)，因此粘度必須較低，也不可以太快硬化，粘結(jié)樹脂必須能充分滲入碳纖維布內(nèi)，粘度不可過高，但必須附著于碳纖維表面以使樹脂有足夠時間滲入纖維布內(nèi)，粘度不可過低造成垂流，因此慎選樹脂的粘度以達到效果，另外，樹脂的硬化時間決定于溫度，一般選用在施工現(xiàn)場溫度下可使用約30分鐘的樹脂。
33碳纖維布的儲存與運送
工地現(xiàn)場環(huán)境通常較差，材料存放條件較難掌握，或者在運送過程中，貨柜無法控制溫度，則在高溫環(huán)境下，若碳纖維布含有樹脂將在存放或運送過程中熟化，導致粘結(jié)樹脂無法滲入碳纖維布內(nèi)，結(jié)合不*，無法發(fā)揮加固效果，因此使用不含樹脂的碳纖維布。
34碳纖維排列方向的確保
一般工程施工條件并不好，要確保碳纖維粘貼后的纖維排列整齊方向*，不容易在施工中掌握，而是靠碳纖維布本身構(gòu)造保持，一般碳纖維布制造時均有考慮如何使碳纖維布在經(jīng)過搬運，展開、切割及粘貼等步驟后仍保持一定方向。
4結(jié)束語
碳纖維布加固是一項新技術(shù)，在加固砼技術(shù)上，早已在歐洲 美國等國家已廣泛應(yīng)用于橋梁加固上，并且進行了深入底研究。我國在這方面底工程實踐也是在二十世紀九十年代中期才開始。碳纖維布材輕，現(xiàn)場粘貼無需大型設(shè)備，施工便利，在其他砼加固工程中也可以采用，例如橋梁等工程。在*國家的科學研究工程實踐基礎(chǔ)上，結(jié)合我國砼工程加固特點與經(jīng)驗，使我國在砼加固維修技術(shù)上達到新的水平。本公司專業(yè)從事土木建筑加固改造加固補強施工《碳纖維加固==粘鋼加固==裂縫修補、裂縫灌漿加固==植筋加固==橋梁頂升加固==房屋加固==結(jié)構(gòu)改造==火災(zāi)房加固==提高增加荷載加固》等加固補強工程等項目工程的施工及技術(shù)咨詢。
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