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碳纤维加固补强技术的应用实例
作者:ejyjg  来源:本站  发表时间:2016/5/9 9:29:57  点击:2406

提 要:近年来,碳纤维增强复合材料因其独特的优越性,在国内混凝土结构修复补强工程中正得到越来越多的应用。本文主要阐述该技术在某大厦C栋改扩建工程中的剪力墙增强加固施工过程及技术要点。 
关键词:碳纤维;加固;剪力墙

1、 前言
碳纤维增强复合材料,因为其具有优异的力学性能和化学稳定性,材料轻质高强,柔软易于随形,施工方便等,在国际土木工程加固修复领域中深受重视并已获得了较广泛的应用和发展,一些国家已有了正式的标准、规范。近年来,在国内混凝土结构修复补强工程中也得到了越来越多的应用。国家建设部建筑物鉴定与加固规范管理委员会于2002年6月颁布了《粘贴碳纤维增强复合材料加固混凝土工程施工与验收暂行规定(修订本)》来规范指导该加固技术的应用和推广。 
碳纤维加固补强技术,是利用粘结剂将碳纤维片粘贴在混土构件表面,使混凝土与碳纤维片形成一体,形成复合材料体,通过其与结构或构件的协同工作,达到对结构构件补强加固及改善受力性能的目的,是一种非常简单且优良的加固补强方法。其主要特点如下: 
(1)材料特性: 
①高抗拉强度、高弹性模量。 
②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; 
③耐腐蚀及耐久性能好。
④不增加结构自重。 
(2)适用范围。适用于各种形式的钢筋混凝土结构或构件的加固补强,并且加固后均可保持物体原状,不影响表面装饰。 
(3)加固机理。利用专用粘结剂将抗拉强度极高的碳纤维片粘贴于混凝土结构表面,并与之形成整体,共同工作。 
2、工程概况 
某大厦位于深圳市建设路,主体为A、B两栋写字楼和C栋酒店式公寓,其中A、B栋地下2层,地上28层,建筑面积65000平方米,于在2001年底完工,C栋为旧楼改造项目,建筑面积35000平方米,原结构为框支——剪力墙结构,地下一层、地上26层,其中1~5层为框支——剪力墙结构,六层以上为剪力墙结构,1991年大厦结构通过竣工验收,后因故停工,转让给深圳市中盛投资开发有限公司,于2002年进行改扩建施工,改造内容主要为顶层加建,改造前经过结构鉴定部门进行结构检测后认为,由于深圳地区抗震设防烈度提高为7度,造成原设计的主楼框支梁上部分楼层剪力墙水平钢筋配筋率低于现行抗震规范要求,因此决定采用剪力墙表面粘贴碳纤维进行加固处理。 
3、 设计方案及使用材料 
本加固工程采用在需加固剪力墙表面的水平和竖直双方向粘贴双层碳纤维的方法进行加固,加固方案详见下图: 
本加固工程用碳纤维材料采用上海同砼碳纤维布有限公司生产的同砼牌型号为CFS2的12K碳纤维(碳丝为T700SC),粘结剂采用华东理工大学华昌聚合物有限公司生产的华昌牌HCJ碳纤维胶粘结剂。上述产品均通过了建设部建筑物鉴定与加固规范管理委员会安全鉴定办公室的鉴定,质量合格,可以用于建筑结构承重构件的加固。施工前按规定在现场抽样送深圳市建筑科学研究院建材质量检验站进行检测,检测结果为拉伸强度大于3000MPa,与其他特性均符合《粘贴碳纤维增强复合材料加固混凝土工程施工与验收暂行规定(修订本)》的技术要求。 

4、施工流程与现场施工方法 
碳纤维加固施工流程为:混凝土基底修补、打磨处理→涂底层HCJ碳纤维胶粘结剂→用HCJ碳纤维胶粘结剂进行残缺修补→贴第一层碳纤维片→粘贴第二层碳纤维片→表面涂装→养护→完工验收。 
4。1 混凝土基底修补、打磨处理 
(1)表面裂缝及孔洞处理。该大厦需加固剪力墙砼施工质量较好,无裂缝现象,仅局部有少量细小蜂窝,采用HCJ碳纤维胶粘结剂进行修补填充密实,表面平整。 
(2)将混凝土构件表面的残缺、破损部分清除干净,达到结构密实部位,使其表面平整。 
(3)对经剔凿、清除和露筋的构件残缺部分,用专用黏结剂进行修补、复原,达到表面平整。 
(4)将构件表面沿碳纤维粘贴结合面打磨平整,要求平整度应达到5mm/m,保证修复后的段差要尽量平顺;棱角的部位,用磨光机磨成圆角,圆角半径须≥20mm。 
(5)结构或构件表面打磨后,用压缩空气将表面灰尘和杂物清理掉,用脱脂棉蘸丙酮进行擦拭清洗残留粉尘,并使表面充分干燥。
4。2涂底层HCJ碳纤维胶粘结剂 
(1)把碳纤维胶粘结剂的主剂和固化剂按规定比例称量准确后放入容器内,用低速搅拌器搅拌均匀去除气泡,并应防止灰尘等杂质混入;一次调和量应在可使用时间内用完。 
(2)用滚筒刷均匀地将底层涂料涂刷于混凝土表面,指触干燥后才能进行下一道工序的施工。 
(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并丙酮清洗去尘。 
4。3 用HCJ碳纤维胶粘结剂进行残缺修补 
(1)构件表面凹陷部位应用粘结剂填平,并修复至表面平整、顺滑。 
(2)内角(段差、起拱等)要用粘结剂填补,使之平顺。腻子涂刮后,表面仍存在的凹凸糙纹的,应再用砂纸打磨平整。 
4。4 粘贴碳纤维片 
(1)把粘结剂的主剂和固化剂应按规定的比列称量准确,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)按设计尺寸裁减碳纤维布,纤维顺长方向片材的接头必须搭接10cm以上。该部位应多涂粘结剂,在片材宽度方向不需要搭接,裁剪完成后用脱脂棉蘸丙酮把表面擦拭清洗干净。 
(3)将裁剪好的碳纤维织物敷在涂好粘结剂的基层上,贴片前用滚筒刷均匀地涂抹粘贴用粘结剂,称为下涂。贴片时,在纤维片和树脂之间尽量不要有空气。可用特制滚筒沿着纤维方向在碳纤维片上滚压多次,使树脂渗浸进纤维中并挤除气泡。滚压时要小心操作,不得损伤碳纤维布。 
(4)纤维片粘贴施工完毕30分钟后,在用滚筒刷在表面均匀涂抹粘贴用粘结剂,使粘结剂能充分渗透到碳纤维里面,称为上涂。 
(5)第二层碳纤维布粘贴则重复4。4。1~4。4。4步骤,并保证底层粘贴的碳纤维片上涂黏结剂已指触干燥,才能粘贴第二层。 
(6)第二层碳纤维织物的表面应均匀涂抹一道粘结剂应涂刷均匀、周边整齐。 
4。5 表面涂装 
由于该剪力墙后期需要进行抹灰施工并进行内部装修,所以粘贴后的碳纤维表面最后一道上涂粘结剂后用干燥黄沙覆于表面,增加与将来抹灰面的粘结力。 
4。6 养护 
(1) 碳纤维片施工后,应进行养护,保证养护期间的温度不低于专用粘结剂的允许使用温度。 
(2)养护期一般在1~2周内。 
(3)对施工部位应进行遮挡封闭养护,防止风吹、雨淋或有可能人为扰动造成损坏。 
4。7按粘结剂生产供应商规定的固化时间养护至固化后,及时进行施工质量检验、验收。 
5、施工主意事项 
(1)气温在5℃以下、相对湿度RH;85 %、混凝土表面含水率在8%以上、有结露的可能时,无有效措施不得施工。 
(2)由于碳纤维片为电的良导体,应使其远离电源。 
(3) 施工用各种树脂远离明火,并避免阳光直射。 
(4)施工及检查人员应穿防护工作服,配戴口罩、手套、防护眼镜等防护用品。 
(5)粘结剂的配制应在室内进行,施工现场保证通风状况良好。 
(6)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。 
(7)施工过程中要注意严格按照设计方案中的位置进行粘贴碳纤维,如有偏差应根据实际情况画图留底备查,并注意告知后续施工人员在装修过程中注意保护,严禁钻孔、打钉等可能损坏碳纤维的作业。

 



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