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摘 要分析建筑结构现有的加固技术,在此基础上提出纤维材料的加固,并重点探讨新材料碳纤维加固混凝土结构的应用。
关键词混凝土;碳纤维布;应用
中图分类号TU746.3 文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)051-0135-01
近年来,纤维类材料在土木工程中的应用一直是国内外研究的热点。在所有这些纤维材料中,碳纤维材料是迄今为止应用于土木工程领域最早、技术最成熟,也是使用量最大的一种高科技材料。碳纤维材料具有高抗拉强度、高弹性模量、耐腐蚀、耐久性能好等优点,运用在加固工程中有施工方便,无需任何夹具、模板,能适应各种结构外形的补强而不改变构件外形尺寸,可多层粘贴,并能有效地封闭混凝土的裂缝,同时不增加结构自重的特点,经济合理。所以碳纤维材料常用于混凝土结构的抗震、抗剪和抗弯加固。论文重点介绍粘贴碳纤维材料加固土结构的原理和加固效果。
1常用混凝土结构维修加固技术
目前工程上常用的钢筋混凝土结构补强加固方法主要有:①加大截面加固法。加大截面加固法是通过增加原构件的受力钢筋同时在外侧重新浇筑混凝土以增加构件的截面尺寸来达到提高承载力的目的其优点是可以在增加构件承载力的同时增大其刚度和变形能力部分情况下也可以加强连接的可靠性。②外包钢加固法。外包钢加固法是用乳胶水泥环氧树脂化学灌浆或焊接等方法对梁柱外包型钢进行加固此方法主要是通过约束原构件来提高其承载力和变形能力。③预应力加固。预应力加固方法是通过预应力钢筋对构件施加体外预应力以承担梁屋架和柱所承受的部分载荷从而提高构件的承载力。④粘钢加固。粘钢加固混凝土结构在二十世纪六十年代开始出现由于粘钢加固用于加固混凝土结构的方法施工简单快捷施工时对生产活动和人们生活影响较小并且加固效果较好因此这种技术在二十世纪七十年代和八十年代在世界范围内得到了广泛的应用。粘钢加固是在混凝土表面用特制的建筑结构胶粘结钢板是提高结构承载力和抗变形抗裂能力的一种实用方法。⑤玻璃钢加固。玻璃钢是一种复合材料,它的膨胀系数与混凝土的线膨胀系数相接近,且具有比强度高、电磁绝缘性好等优点,可分别在梁底而和侧而粘贴玻璃钢来增强钢筋混凝土梁的抗弯和抗剪承载力,并改善梁的变形性能。但玻璃钢是热塑性的,这使得用玻璃钢加固的结构在高温或冷热循环条件下容易变形,并可能影响加固的效果,存在安全性的隐患。
2碳纤维材料加固技术的特点和优越性
1)碳纤维材料的化学稳定性能优异。该材料具有很强的抗酸性、抗碱性、抗盐性、抗紫外线和防水等功能。同时它也具有良好的适应温度稳定性。如果我们将防火涂料涂抹在碳纤维材料外表面则可以将它应用到防火加固工程中去。我国在许多旧烟囱的维修加固工程中也有广泛的应用。碳纤维材料可以很好地增强建筑结构对外部环境的适应能力,延长建筑结构物的使用寿命。
2)碳纤维材料的物理力学性能优异。该材料的优异的物理力学性能使它可以有效应用于结构物的抗弯、抗剪、抗压、抗疲劳、抗震、抗风、控制裂缝和挠度的补强工程,并且可以取得优异的加固补强效果。
3)碳纤维材料的质量轻、强度高,用它加固的结构体可通过装饰后,不留加固痕迹,不影响结构体外观。它质量轻、强度高的特点使它可以在基本不增加结构体积和不改变结构外形的情况下加固结构体。
4)粘贴碳纤维材料加固混凝土技术的施工工序非常简单、便捷。当它在加固施工时不需要启用大型工程器械,仅需要采用小型电动工具操作。
3碳纤维布加固混凝土结构的应用施工要点
1)施工前的准备作业、基面处理要求。①混凝土基面的清理:先用钢丝刷将表面松散浮渣刷去,然后用压缩空气清除粉尘;再用丙酮或无水酒精擦拭表面,也可用清水冲洗,但必须保证混凝土基面充分干燥后才能进行下一道工序的施工。②涂刷底胶:按比例准确配制底胶并搅拌均匀,从而确保粘接质量,当底胶超过时间绝对不能使用;将配制好的底胶均匀地涂抹在混凝土基面,注意直横均匀涂抹和底胶的自然风干。当底胶硬化后,发现在表面有凸起部分时,要再用磨光机或砂纸打光,待底胶完全干燥后,才可以进行下道工序的施工。③粘贴面的修补:为确保加固效果,如果发现粘贴面上有凹入部位或气孔,必须先用找平胶进行修补找平,保证粘贴面的平整后,等找平胶干燥后才允许进入下一道工序的施工。④粘贴碳纤维布:依设计尺寸大小裁剪出需要的碳纤维布,根据现场施工经验和作业空间确保下料长度,如果遇到有需要进行接长的情况,接头长度要求不得小于15cm;施工时要注意控制下料数量,下料数量要求以当天能用完的量为准;粘贴碳纤维布时,根据设计位置由上而下,有左至右有秩序地粘贴,并以滚筒压挤粘贴片,使得碳纤维布与浸渍树脂充分结合,同时去除气泡;确保观察贴片是否粘贴密实,若发现有间隙或气泡,要求及时处理。保证不出现间隙或气泡。⑤罩面防护处理:粘贴完碳纤维布后,要在其表面再均匀涂抹一层浸渍树脂,自然风干;确保材料表面已充分风干结合后,再在其表面涂抹罩面胶或采取其它防护措施处理。
2)粘贴施工要求。①对需要加固的混凝土结构基面要求:碳纤维布加固混凝土结构技术是依赖碳纤维布与结构表面的粘贴有效率,所以要求基面的混凝土强度等级不得低于C15。同时要求被加固混凝土结构具有良好的保护层,并且基面要求平整。②碳纤维布的粘贴:碳纤维布加固混凝土构件时,要求采用薄布多层的粘贴方法,从而确保与粘结材料充分浸润。对于受弯构件,最好在受拉区沿轴向粘贴碳纤维布进行加固,并且在主纤维方向的断面端部附近进行必要的锚固处理措施。③碳纤维布的搭接与截断:粘贴碳纤维布加固混凝土时,最好不要沿主纤维方向的搭接,特别是用于受拉构件和弯拉构件受拉区的加固。根据国内外实验研究表明:碳纤维布与混凝土粘结应力主要集中于端部10cm范围内,产生的粘结破坏是脆性的,同时粘结应力一般不会产生扩展。所以遇到碳纤维布必须搭接时,搭接部位要求必须避开构件的应力最大区范围,同时搭接长度必须不小于10cm,搭接端部必须平整无翘曲。多层搭接的各层接口位置,不可以在同一截面,每层的接口位置的净距最好大于20cm。④工程中选用的碳纤维布及其配套粘结材料,必须有厂家所提供的材料检验证明和合格证。
3)粘贴结材料的配合比控制。粘贴用胶结材料的配合比必须严格控制,它是粘贴加固质量和效果能否得到保证的关键环节,在配料时要求严格按使用配合比备料,在有条件的地方最好先进行粘结试验,将配合比不能达到加固设计对胶结材料的使用要求时,不允许应用于施工。
4)其它。①施工温度控制。环氧树脂在低温条件下固化比较缓慢,一般直选择在15°-28°的温度条件下进行施工。如果遇到在气温较低时施工,必须采取加温养护措施,譬如用紫外线灯烘烤。②应保持成型所需要的压力。混凝土梁板加固时,大多数都是在梁的底面进行,由下而上进行粘贴。如果成型时施加的压力不足,就会造成与混凝土之间粘合不够紧密,导致补强层材料发生脱落,会影响加固的效果。
4结束语
总之,新型材料碳纤维在我国引进和应用于粘贴碳纤维加固混凝土的技术时间不长。但该项技术在越来越多加固项目中得到应用,其优异的性能在混凝土结构加固工程中得到充分的体现。相信碳纤维加固修复技术会越来越成熟和完善。
参考文献
[1]张晶.采用碳纤维加固预防砼板裂缝产生[J].安徽建筑工业学院学报,2005.
[2]袁海军,姜红.建筑结构检测鉴定与加固手册[M].中国建筑工业出版社,2003.
[3]王丽平,郭京卫.关于碳纤维加固的施工[J].冶金设备管理与维修,2005,3.
关键词混凝土;碳纤维布;应用
中图分类号TU746.3 文献标识码A文章编号1673-9671-(2010)051-0135-01
近年来,纤维类材料在土木工程中的应用一直是国内外研究的热点。在所有这些纤维材料中,碳纤维材料是迄今为止应用于土木工程领域最早、技术最成熟,也是使用量最大的一种高科技材料。碳纤维材料具有高抗拉强度、高弹性模量、耐腐蚀、耐久性能好等优点,运用在加固工程中有施工方便,无需任何夹具、模板,能适应各种结构外形的补强而不改变构件外形尺寸,可多层粘贴,并能有效地封闭混凝土的裂缝,同时不增加结构自重的特点,经济合理。所以碳纤维材料常用于混凝土结构的抗震、抗剪和抗弯加固。论文重点介绍粘贴碳纤维材料加固土结构的原理和加固效果。
1常用混凝土结构维修加固技术
目前工程上常用的钢筋混凝土结构补强加固方法主要有:①加大截面加固法。加大截面加固法是通过增加原构件的受力钢筋同时在外侧重新浇筑混凝土以增加构件的截面尺寸来达到提高承载力的目的其优点是可以在增加构件承载力的同时增大其刚度和变形能力部分情况下也可以加强连接的可靠性。②外包钢加固法。外包钢加固法是用乳胶水泥环氧树脂化学灌浆或焊接等方法对梁柱外包型钢进行加固此方法主要是通过约束原构件来提高其承载力和变形能力。③预应力加固。预应力加固方法是通过预应力钢筋对构件施加体外预应力以承担梁屋架和柱所承受的部分载荷从而提高构件的承载力。④粘钢加固。粘钢加固混凝土结构在二十世纪六十年代开始出现由于粘钢加固用于加固混凝土结构的方法施工简单快捷施工时对生产活动和人们生活影响较小并且加固效果较好因此这种技术在二十世纪七十年代和八十年代在世界范围内得到了广泛的应用。粘钢加固是在混凝土表面用特制的建筑结构胶粘结钢板是提高结构承载力和抗变形抗裂能力的一种实用方法。⑤玻璃钢加固。玻璃钢是一种复合材料,它的膨胀系数与混凝土的线膨胀系数相接近,且具有比强度高、电磁绝缘性好等优点,可分别在梁底而和侧而粘贴玻璃钢来增强钢筋混凝土梁的抗弯和抗剪承载力,并改善梁的变形性能。但玻璃钢是热塑性的,这使得用玻璃钢加固的结构在高温或冷热循环条件下容易变形,并可能影响加固的效果,存在安全性的隐患。
2碳纤维材料加固技术的特点和优越性
1)碳纤维材料的化学稳定性能优异。该材料具有很强的抗酸性、抗碱性、抗盐性、抗紫外线和防水等功能。同时它也具有良好的适应温度稳定性。如果我们将防火涂料涂抹在碳纤维材料外表面则可以将它应用到防火加固工程中去。我国在许多旧烟囱的维修加固工程中也有广泛的应用。碳纤维材料可以很好地增强建筑结构对外部环境的适应能力,延长建筑结构物的使用寿命。
2)碳纤维材料的物理力学性能优异。该材料的优异的物理力学性能使它可以有效应用于结构物的抗弯、抗剪、抗压、抗疲劳、抗震、抗风、控制裂缝和挠度的补强工程,并且可以取得优异的加固补强效果。
3)碳纤维材料的质量轻、强度高,用它加固的结构体可通过装饰后,不留加固痕迹,不影响结构体外观。它质量轻、强度高的特点使它可以在基本不增加结构体积和不改变结构外形的情况下加固结构体。
4)粘贴碳纤维材料加固混凝土技术的施工工序非常简单、便捷。当它在加固施工时不需要启用大型工程器械,仅需要采用小型电动工具操作。
3碳纤维布加固混凝土结构的应用施工要点
1)施工前的准备作业、基面处理要求。①混凝土基面的清理:先用钢丝刷将表面松散浮渣刷去,然后用压缩空气清除粉尘;再用丙酮或无水酒精擦拭表面,也可用清水冲洗,但必须保证混凝土基面充分干燥后才能进行下一道工序的施工。②涂刷底胶:按比例准确配制底胶并搅拌均匀,从而确保粘接质量,当底胶超过时间绝对不能使用;将配制好的底胶均匀地涂抹在混凝土基面,注意直横均匀涂抹和底胶的自然风干。当底胶硬化后,发现在表面有凸起部分时,要再用磨光机或砂纸打光,待底胶完全干燥后,才可以进行下道工序的施工。③粘贴面的修补:为确保加固效果,如果发现粘贴面上有凹入部位或气孔,必须先用找平胶进行修补找平,保证粘贴面的平整后,等找平胶干燥后才允许进入下一道工序的施工。④粘贴碳纤维布:依设计尺寸大小裁剪出需要的碳纤维布,根据现场施工经验和作业空间确保下料长度,如果遇到有需要进行接长的情况,接头长度要求不得小于15cm;施工时要注意控制下料数量,下料数量要求以当天能用完的量为准;粘贴碳纤维布时,根据设计位置由上而下,有左至右有秩序地粘贴,并以滚筒压挤粘贴片,使得碳纤维布与浸渍树脂充分结合,同时去除气泡;确保观察贴片是否粘贴密实,若发现有间隙或气泡,要求及时处理。保证不出现间隙或气泡。⑤罩面防护处理:粘贴完碳纤维布后,要在其表面再均匀涂抹一层浸渍树脂,自然风干;确保材料表面已充分风干结合后,再在其表面涂抹罩面胶或采取其它防护措施处理。
2)粘贴施工要求。①对需要加固的混凝土结构基面要求:碳纤维布加固混凝土结构技术是依赖碳纤维布与结构表面的粘贴有效率,所以要求基面的混凝土强度等级不得低于C15。同时要求被加固混凝土结构具有良好的保护层,并且基面要求平整。②碳纤维布的粘贴:碳纤维布加固混凝土构件时,要求采用薄布多层的粘贴方法,从而确保与粘结材料充分浸润。对于受弯构件,最好在受拉区沿轴向粘贴碳纤维布进行加固,并且在主纤维方向的断面端部附近进行必要的锚固处理措施。③碳纤维布的搭接与截断:粘贴碳纤维布加固混凝土时,最好不要沿主纤维方向的搭接,特别是用于受拉构件和弯拉构件受拉区的加固。根据国内外实验研究表明:碳纤维布与混凝土粘结应力主要集中于端部10cm范围内,产生的粘结破坏是脆性的,同时粘结应力一般不会产生扩展。所以遇到碳纤维布必须搭接时,搭接部位要求必须避开构件的应力最大区范围,同时搭接长度必须不小于10cm,搭接端部必须平整无翘曲。多层搭接的各层接口位置,不可以在同一截面,每层的接口位置的净距最好大于20cm。④工程中选用的碳纤维布及其配套粘结材料,必须有厂家所提供的材料检验证明和合格证。
3)粘贴结材料的配合比控制。粘贴用胶结材料的配合比必须严格控制,它是粘贴加固质量和效果能否得到保证的关键环节,在配料时要求严格按使用配合比备料,在有条件的地方最好先进行粘结试验,将配合比不能达到加固设计对胶结材料的使用要求时,不允许应用于施工。
4)其它。①施工温度控制。环氧树脂在低温条件下固化比较缓慢,一般直选择在15°-28°的温度条件下进行施工。如果遇到在气温较低时施工,必须采取加温养护措施,譬如用紫外线灯烘烤。②应保持成型所需要的压力。混凝土梁板加固时,大多数都是在梁的底面进行,由下而上进行粘贴。如果成型时施加的压力不足,就会造成与混凝土之间粘合不够紧密,导致补强层材料发生脱落,会影响加固的效果。
4结束语
总之,新型材料碳纤维在我国引进和应用于粘贴碳纤维加固混凝土的技术时间不长。但该项技术在越来越多加固项目中得到应用,其优异的性能在混凝土结构加固工程中得到充分的体现。相信碳纤维加固修复技术会越来越成熟和完善。
参考文献
[1]张晶.采用碳纤维加固预防砼板裂缝产生[J].安徽建筑工业学院学报,2005.
[2]袁海军,姜红.建筑结构检测鉴定与加固手册[M].中国建筑工业出版社,2003.
[3]王丽平,郭京卫.关于碳纤维加固的施工[J].冶金设备管理与维修,2005,3.