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【摘 要】本文通过工程实例,阐述了碳纤维布在砼结构补强加固中的应用、碳纤维布加固施工的优点、施工工艺、施工注意事项以及施工后的效果及经济效益。客观说明了该项技术在工程加固领域所具有的广阔发展前景及独特之处。
【关键词】碳纤维布;加固;混凝土;结构工程
Construction of Bonding Carbon Fiber Sheet
Zi Jian-tao,Sun Yun-feng,Sun Zhong-guo
(Seventh China Construction General Contracting company Ltd. Zhengzhou Henan 450004)
【Abstract】Based on engineering living examples, the text introduces application to concrete structure reinforcement of carbon fiber sheet and merit of reinforcement construction, construction technology, terms and item that should be paid attention, effect and economic benefits after construction of carbon fiber sheet. The text objective analysis that the technology has broad prospects and unique point in the field of construction reinforcement.
【Key words】Carbon fiber shee;Reinforcement;Concrete;Structural engineering
1. 引言
某工程在砼施工过程中发现个别框架柱砼强度达不到设计要求。由于混凝土强度较设计值偏低,经修改强度后重新计算发现部分柱子轴压比超限,根据加固设计规范,结合本工程具体情况,综合考虑各种加固方法特点,对部分轴压比略微超标的柱子采用端部外包碳纤维布对其进行补强,提高其承载力。
2. 碳纤维布加固施工的优点
碳纤维布又称碳素纤维布,碳纤布,碳布,碳纤维织物,碳纤维带,碳纤维片材(预浸布)等碳纤维布本身特点:
自重轻、厚度小,材料不用预加工,工序方便,强度高,突出的抗疲劳能力,抗碱、抗腐、抗酸,自重轻,能在狭小的空间操作,施工时不影响房屋正常使用,能灵活的用于抗弯、封闭箍和抗剪加固, 具有柔韧性,能包裹复杂外型的构件,适用于各种构件表面(梁、柱、通风筒、管道、墙体),本身无公害,可对织物进行重复利用,基材可以是混凝土、砌体结构、木结构等许多结构建材,永久荷载作用下抗蠕变,抗腐蚀和抗震性能好,具有触变性和易溶性,符合环保要求。
3. 材料选择及物理力学性能
用于混凝土结构补强加固的碳纤维品种多样,有片材、棒材及格状材等形式。碳纤维布是一种片状碳纤维制品,其幅宽有200、300、500mm等几种,长度为50～100m,卷状包装,使用时可以根据需要在现场用剪刀或刀片任意裁剪。
常用的碳纤维布每平方米只有200～450g,但其抗拉强度却可以达到550～2000MPa 。远大于常用的钢材如3号钢的抗拉强度210 MPa。
碳纤维布:根据本工程实际采用300g(厚度0.167mm)高强度Ⅱ级,并满足《混凝土加固设计规范》GB50367-2006的要求。
配套树脂类粘结材料:按设计要求采用配套碳纤维胶,并满足《混凝土加固设计规范》GB50367-2006的要求。
通过对产品的检测报告、《混凝土加固设计规范》GB50367-2006对材料的材性要求进行对比,选用符合设计要求的材料。材料具体指标如下:
4. 施工工艺
施工准备→结构表面处理→底胶配制并涂刷→找平胶配制并修复、平整→粘贴胶配制并涂刷→粘贴纤维布→表面喷砂防护
4.1 基底处理。
4.2 混凝土表层出现剥落、蜂窝、腐蚀等劣化现象的部位应予以凿除,对于较大的面积的劣质层在凿除后应用聚合物水泥砂浆进行修复。
4.3 对表面有裂缝的部分如有必要应首先进行封闭灌浆处理。
4.4 用混凝土角磨机、砂纸等工具去除混凝土表面的浮浆、油污等杂质,构件基面的混凝土要打磨平整,尤其是表面的凸起部位要磨平,转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状(R≥25mm)。
4.5 用吹风机将混凝土表面清理干净并保持干燥。
4.6 涂底胶。
(1)按规定的比例将主剂与固化剂先后置于容器中,用电动搅拌器均匀搅拌,根据现场实际气温决定用量并严格控制使用时间。
(2)用滚筒刷均匀涂沫于混凝土表面,等胶固化后(固化时间视现场气温而定,以指触干燥为准),再进行下一步施工。
(3)施工现场严禁出现明火,注意通风。
(4)用整平材料找平。
(5)混凝土表面凹陷部位及模板接头出现高度差的部位要用整平材料填平,尽量减少高度差,使混凝土表面平滑,以利于粘贴碳纤维布。
(6)转角的处理也应用整平材料将其修补为光滑的圆弧,半径不小于20mm。
4.7 粘贴碳纤维布
(1)按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布。
(2)调配、搅拌粘贴树脂,然后均匀涂抹于所要粘贴的部位,在混凝土搭接、拐角等部位要多涂抹一些。
(3)粘贴碳纤维布,在确定所贴部位无误后剥去离型纸,用特制的滚子反复沿纤维方向滚压,去除气泡,并使粘贴树脂充分浸透碳纤维布。
(4)多层粘贴应重复上述步骤,待纤维表面指触干燥后方可进行下一层的粘贴。
(5)在最后一层碳纤维布的表面均匀涂抹一层粘贴树脂。
5. 粘贴碳纤维布施工安全和注意事项
(1)碳纤维为导电材料,施工时碳纤维应远离电气设备和电源,或采取可靠的防护措施;
(2)施工过程中避免碳纤维弯折;
(3)碳纤维配套树脂应密封储存,远离火源,避免阳光直接照射;
(4)树脂的配置和使用场所应保持通风良好;
(5)现场施工人员应采取相应的劳动保护措施。
6. 粘贴碳纤维布检验与验收
(1)施工之前应确认碳纤维和配套树脂类粘贴材料的产品合格证及厂方提供的检验报告,满足设计要求;
(2)严格按照施工程序进行施工,如不满足有关规定应立即采取补救措施,情节严重的要返工重做;
(3)碳纤维实际粘贴面积不应小于设计面积,位置偏差不应大于10mm;
碳纤维与混凝土之间的粘结质量,可用小锤轻轻敲击或手压碳纤维片材表面的方法进行检查,总有效粘贴面积不应低于95%,当碳纤维布的空鼓面积不大于10000mm2时,可采用针管注胶的方法进行修补,当碳纤维布的空鼓面积大于10000mm2时,宜将空鼓部位的碳纤维切除,重新搭接贴上等量的碳纤维,搭接长度不应小于200mm。
7. 结论
通过对碳纤维布加固施工工艺的详细介绍可以看出,这种施工方法具有简便、工期短、经济等特点。更重要的是粘贴碳纤维布补强施工与包钢法、加大截面等补强加固施工相比,在一定程度上又能极大的避免如包钢、加大截面等方法对后期装饰装修施工带来的麻烦。同为粘贴加固,粘贴碳纤维布的工效是粘贴钢板工效的4～8倍。与其他的加固方法相比,粘贴碳纤维布加固法施工质量易于保证,可节省大量的机械台班费、人工费和检测费。另外,从受力上来讲,经过碳纤维布加固过的砼结构,各种力学性能均能满足设计要求。
参考文献
[1] 《混凝土加固设计规范》GB50367-2006
[2] 《珀金斯混凝土结构修补、防水与防护》中国建筑工业出版社,1982
[3] 《建筑施工手册》 第四版缩印本建筑工业出版社
[文章编号]1006-7619(2009)06-08-434
[作者简介]訾建涛,助理工程师,中建七局南阳明伦项目质量员。
【关键词】碳纤维布;加固;混凝土;结构工程
Construction of Bonding Carbon Fiber Sheet
Zi Jian-tao,Sun Yun-feng,Sun Zhong-guo
(Seventh China Construction General Contracting company Ltd. Zhengzhou Henan 450004)
【Abstract】Based on engineering living examples, the text introduces application to concrete structure reinforcement of carbon fiber sheet and merit of reinforcement construction, construction technology, terms and item that should be paid attention, effect and economic benefits after construction of carbon fiber sheet. The text objective analysis that the technology has broad prospects and unique point in the field of construction reinforcement.
【Key words】Carbon fiber shee;Reinforcement;Concrete;Structural engineering
1. 引言
某工程在砼施工过程中发现个别框架柱砼强度达不到设计要求。由于混凝土强度较设计值偏低,经修改强度后重新计算发现部分柱子轴压比超限,根据加固设计规范,结合本工程具体情况,综合考虑各种加固方法特点,对部分轴压比略微超标的柱子采用端部外包碳纤维布对其进行补强,提高其承载力。
2. 碳纤维布加固施工的优点
碳纤维布又称碳素纤维布,碳纤布,碳布,碳纤维织物,碳纤维带,碳纤维片材(预浸布)等碳纤维布本身特点:
自重轻、厚度小,材料不用预加工,工序方便,强度高,突出的抗疲劳能力,抗碱、抗腐、抗酸,自重轻,能在狭小的空间操作,施工时不影响房屋正常使用,能灵活的用于抗弯、封闭箍和抗剪加固, 具有柔韧性,能包裹复杂外型的构件,适用于各种构件表面(梁、柱、通风筒、管道、墙体),本身无公害,可对织物进行重复利用,基材可以是混凝土、砌体结构、木结构等许多结构建材,永久荷载作用下抗蠕变,抗腐蚀和抗震性能好,具有触变性和易溶性,符合环保要求。
3. 材料选择及物理力学性能
用于混凝土结构补强加固的碳纤维品种多样,有片材、棒材及格状材等形式。碳纤维布是一种片状碳纤维制品,其幅宽有200、300、500mm等几种,长度为50～100m,卷状包装,使用时可以根据需要在现场用剪刀或刀片任意裁剪。
常用的碳纤维布每平方米只有200～450g,但其抗拉强度却可以达到550～2000MPa 。远大于常用的钢材如3号钢的抗拉强度210 MPa。
碳纤维布:根据本工程实际采用300g(厚度0.167mm)高强度Ⅱ级,并满足《混凝土加固设计规范》GB50367-2006的要求。
配套树脂类粘结材料:按设计要求采用配套碳纤维胶,并满足《混凝土加固设计规范》GB50367-2006的要求。
通过对产品的检测报告、《混凝土加固设计规范》GB50367-2006对材料的材性要求进行对比,选用符合设计要求的材料。材料具体指标如下:
4. 施工工艺
施工准备→结构表面处理→底胶配制并涂刷→找平胶配制并修复、平整→粘贴胶配制并涂刷→粘贴纤维布→表面喷砂防护
4.1 基底处理。
4.2 混凝土表层出现剥落、蜂窝、腐蚀等劣化现象的部位应予以凿除,对于较大的面积的劣质层在凿除后应用聚合物水泥砂浆进行修复。
4.3 对表面有裂缝的部分如有必要应首先进行封闭灌浆处理。
4.4 用混凝土角磨机、砂纸等工具去除混凝土表面的浮浆、油污等杂质,构件基面的混凝土要打磨平整,尤其是表面的凸起部位要磨平,转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状(R≥25mm)。
4.5 用吹风机将混凝土表面清理干净并保持干燥。
4.6 涂底胶。
(1)按规定的比例将主剂与固化剂先后置于容器中,用电动搅拌器均匀搅拌,根据现场实际气温决定用量并严格控制使用时间。
(2)用滚筒刷均匀涂沫于混凝土表面,等胶固化后(固化时间视现场气温而定,以指触干燥为准),再进行下一步施工。
(3)施工现场严禁出现明火,注意通风。
(4)用整平材料找平。
(5)混凝土表面凹陷部位及模板接头出现高度差的部位要用整平材料填平,尽量减少高度差,使混凝土表面平滑,以利于粘贴碳纤维布。
(6)转角的处理也应用整平材料将其修补为光滑的圆弧,半径不小于20mm。
4.7 粘贴碳纤维布
(1)按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布。
(2)调配、搅拌粘贴树脂,然后均匀涂抹于所要粘贴的部位,在混凝土搭接、拐角等部位要多涂抹一些。
(3)粘贴碳纤维布,在确定所贴部位无误后剥去离型纸,用特制的滚子反复沿纤维方向滚压,去除气泡,并使粘贴树脂充分浸透碳纤维布。
(4)多层粘贴应重复上述步骤,待纤维表面指触干燥后方可进行下一层的粘贴。
(5)在最后一层碳纤维布的表面均匀涂抹一层粘贴树脂。
5. 粘贴碳纤维布施工安全和注意事项
(1)碳纤维为导电材料,施工时碳纤维应远离电气设备和电源,或采取可靠的防护措施;
(2)施工过程中避免碳纤维弯折;
(3)碳纤维配套树脂应密封储存,远离火源,避免阳光直接照射;
(4)树脂的配置和使用场所应保持通风良好;
(5)现场施工人员应采取相应的劳动保护措施。
6. 粘贴碳纤维布检验与验收
(1)施工之前应确认碳纤维和配套树脂类粘贴材料的产品合格证及厂方提供的检验报告,满足设计要求;
(2)严格按照施工程序进行施工,如不满足有关规定应立即采取补救措施,情节严重的要返工重做;
(3)碳纤维实际粘贴面积不应小于设计面积,位置偏差不应大于10mm;
碳纤维与混凝土之间的粘结质量,可用小锤轻轻敲击或手压碳纤维片材表面的方法进行检查,总有效粘贴面积不应低于95%,当碳纤维布的空鼓面积不大于10000mm2时,可采用针管注胶的方法进行修补,当碳纤维布的空鼓面积大于10000mm2时,宜将空鼓部位的碳纤维切除,重新搭接贴上等量的碳纤维,搭接长度不应小于200mm。
7. 结论
通过对碳纤维布加固施工工艺的详细介绍可以看出,这种施工方法具有简便、工期短、经济等特点。更重要的是粘贴碳纤维布补强施工与包钢法、加大截面等补强加固施工相比,在一定程度上又能极大的避免如包钢、加大截面等方法对后期装饰装修施工带来的麻烦。同为粘贴加固,粘贴碳纤维布的工效是粘贴钢板工效的4～8倍。与其他的加固方法相比,粘贴碳纤维布加固法施工质量易于保证,可节省大量的机械台班费、人工费和检测费。另外,从受力上来讲,经过碳纤维布加固过的砼结构,各种力学性能均能满足设计要求。
参考文献
[1] 《混凝土加固设计规范》GB50367-2006
[2] 《珀金斯混凝土结构修补、防水与防护》中国建筑工业出版社,1982
[3] 《建筑施工手册》 第四版缩印本建筑工业出版社
[文章编号]1006-7619(2009)06-08-434
[作者简介]訾建涛,助理工程师,中建七局南阳明伦项目质量员。