料因其具有独特的优越性,在混凝土结构修复、补强加固工程中得到广泛的应用。本
文用工程实例来阐述碳纤维加固补强技术的应用。
【关键词】碳纤维片材;加固补强;树脂Applicationofcarbonfiber's
reinforcingtechniqueinrepairingengineering
GuanTie-yong,ShiYun-tao
(LiaoningProvinceDaLianFisheryconstructionGroupCo.,
LTDDalianLiaoning116113)
【Abstract】Inrecentyears,carbonfiberstrengthenscompoundmaterial
becauseithasspecialsuperiorityandgetsanextensiveapplicationin
theconcretestructuretherepair,thecompensationreinforcethe
engineering.Thearticleiselaboratedthatthecarbonfiberreinforces
theapplicationofcompensationtechniquewiththeengineeringsolid
example.
【Keywords】Carbonfiberslicematerial;Reinforcecompensation;Resin1.
前言
某工程始建于1995年,为钢筋混凝土框架结构,共四层。在使用中发现一层框架梁局
部产生斜裂缝和纵向裂缝,其裂缝宽度约为0.3mm~0.8mm,影响正常使用。采用回弹
法对框架梁、柱、板的混凝土强度进行测定,除局部框架梁的混凝土强度偏低,其余
均满足设计要求。由于裂缝宽度超标影响结构的耐久性,因此需要采取加固措施。
2.材料性能
碳纤维片材是以碳纤维为组分,以树脂为基体,通过一定的成型方法形成单向排列的
碳纤维复合片材。一般碳纤维重量为200g/m2,其材料质轻高强,碳纤维片材的抗拉
强度为同截面钢材抗拉强度的7~10倍。用配套树脂将它与结构物粘贴并形成一体,
与钢筋混凝土共同工作,达到加固补强效果。
2.1碳纤维片材必须满足表1所示的性能指标的要求。
表1碳纤维片材的主要力学性能指标
性能项目碳纤维布碳纤维板抗拉强度标准值fcfk≥3000MPa
≥2000MPa弹性模量Ecf≥2.1x105MPa≥1.4×105MPa伸长率≥1.5%≥
1.5%2.2配套树脂。碳纤维片材对混凝土结构进行加固时应采用与其相配套的底层树
脂、找平材料、浸渍树脂或粘结树脂,配套树脂应保证其对混凝土具有良好的渗透作
用,只有通过配套树脂将碳纤维粘附于钢筋混凝土结构表面,并与之紧密地结合在一
起形成整体共同工作,才能达到补强加固的目的,因此配套树脂的性能是碳纤维本身
充分发挥其强大力学性质和耐久性能的关键。
找平材料:其主要用于填充混凝土上的微小缺损部分,因此它必须具有与混凝土同等
以上的压缩强度,同时还应具有较高的压缩弹性模量,使其与混凝土协同工作。同时
找平材料还应具有同底层树脂相同粘结强度,使其将荷载传递到碳纤维片材上。
表2地层树脂、找平材料的性能指标
性能项目性能指标正拉粘结强度≥2.5MPa,且不小于被加固混凝土的
抗拉强度标准值ftk浸渍树脂和粘结树脂:由于碳纤维片材加固是通过向碳纤维片材
内渗透或浸渗粘结树脂,并通过固化形成CFRP,而浸渗粘结树脂本身的物性并不重要
,其固化后所形成CFRP的物性是非常重要,尤其是其最小拉伸强度和弯曲强度是保证
同碳纤维共同工作的基础;同时浸渗粘结树脂除了渗透到碳纤维片材内,通过固化形
成CFRP之外,还应具有粘结剂的性能,它与找平材料、底层树脂一样均应具有将荷载
传递到碳纤维片材上的力学性能。浸渍树脂和粘结树脂的性能指标应满足表3的要求
。
表3浸渍树脂和粘结树脂的性能指标性能项目性能指标拉伸剪切强度≥10MPa拉伸强度≥30MPa压缩强度
≥70MPa弯曲强度≥40MPa正拉粘结强度≥2.5MPa,且不小于被加固
混凝土的抗拉强度标准值ftk弹性模量≥1500MPa伸长率≥1.5%2.3碳纤维加
固特性。碳纤维加固它具有强度高、自重轻、施工方便、快捷、应用广泛等特性,同
时其具有抗疲劳强度高、耐久性能好、耐磨损和抗老化和易于保持结构原状等优良特
性,此外它可以有效的封闭混凝土结构裂缝,延长结构的使用寿命,因此被广泛应用
于混凝土结构加固补强设计中。但是,由于施工使用配套树脂,其耐火性和耐高温的
工作性能较差,一般情况下其加固结构的工作温度不应超过60℃。因此,应用于建筑
结构加固时必需采取必要的防火保护措施。
3.碳纤维加固与其他加固对比
3.1与粘钢加固法比较。首先碳纤维具有上述诸多优良性能,其加固对结构来讲,其
重量增加非常小,可忽略不计;此外碳纤维柔性好,易于剪裁,适合于任何形状结构
加固,施工简便、快捷,没有湿作业,易于操作,施工周期短,对加固后的结构耐久
性和耐腐蚀性有较大提高。而粘钢加固的施工操作要比碳纤维加固施工复杂,对结构
自重有一定增加。但目前粘钢加固技术的研究比较成熟,对于承载力增加较大的结构
加固还应采用粘钢加固法。而本项结构加固补强工程,由于其承载力不增加,因此采
用碳纤维进行加固处理具有比较好的优势。
3.2与传统加固手段相比。由于碳纤维加固施工用材料主要有两种:即碳纤维材料和
粘贴用结构胶粘剂。在结构加固中适用广泛,具有良好的粘合性能和极佳的耐腐蚀性
能,同时无论结构形状有什么千差万别,它都能顺利地解决加固问题,不影响原结构
的外观和使用功能。而其它增大断面法、局部置换加固法、预应力加固法和增设支点
加固法等传统加固手段是无法实现的。
以上这些优势使其加固达到高强、高效的目的,对于抗震加固等尤其具有重要意义。
但它也有一些不足,其防火性能较差,其加固后结构的长期使用温度条件受限制等。
但这些缺点可以通过采取其他措施得到改善,使其充分发挥优势。
4.加固补强设计
4.1结构计算分析。首先依据原有图纸及工程资料,对原钢筋混凝土框架结构进行分
析,采用PKPM结构设计软件进行计算,通过计算分析,原有钢筋混凝土框架梁的强度
、裂缝宽度、挠度等均符合设计规范要求,说明原结构计算设计没有问题。
4.2分析裂缝产生的原因。通过对建筑物使用情况分析,该工程临近海边,长期在潮
湿环境下使用,钢筋锈蚀使混凝土外保护层脱落,产生纵向裂缝。而通过对框架梁、
柱混凝土强度检测,大多数满足设计强度要求,只是局部混凝土梁强度略低于设计强
度要求。同时施工中框架梁端部箍筋实际间距比设计略大,这也是框架梁产生斜裂缝
的原因之一。但加固前对其裂缝进行观察,发现目前裂缝基本处于稳定状态,因此可
只对裂缝进行局部加固修复处理。
4.3加固处理。综合上述分析,对框架梁裂缝进行局部加固处理。根据规范要求,按
构造设置碳纤维布。具体详见图1。
5.碳纤维加固主要施工方法
碳纤维布加固的主要施工工艺及操作流程为:对加固结构卸荷处理→混凝土基底处理
→涂抹底层树脂→找平→粘贴碳纤维布→面层保护→竣工验收。
图1框架梁加固图5.1卸荷。首先对所要加固的混凝土结构或构件尽可能的卸荷,减少
原结构在荷载作用下的变形影响。
5.2混凝土基层处理。将所要加固的钢筋混凝土框架梁、柱等构件的表面抹灰装饰面
层均铲除掉,并对混凝土梁的裂缝处进行剃凿,将剥落、腐蚀、松动部分劣质层均清
除干净,之后对裂缝进行注胶封闭处理,再采用混凝土角磨机、砂纸等机具除去混凝
土表面的浮浆、油污等杂质,同时要求将所要加固部位的混凝土基面尽量打磨平整,
再对加固的梁、柱转角粘贴碳纤维处进行倒角处理,使其所倒圆角半径不应小于20mm
,最后用风机将混凝土表面清理干净,并保持干燥。
5.3涂抹底层树脂。首先按厂家提供的产品要求进行底层树脂配制,然后再采用滚筒
刷将树脂均匀地涂抹于处理好的混凝土基层表面上,待底层树脂固化后再进行下一工
序施工。
5.4找平处理。对混凝土表面局部凹陷部位采用找平材料填补平整,在找平过程中不
允许出现有棱角的凸出物,对于混凝土梁、柱转角处也应采用找平材料修整成为光滑
的圆弧,其半径不应小于20mm。在找平材料表面指触干燥后,尽快进行下一工序施工
。
5.5粘贴碳纤维布。按设计要求进行裁剪碳纤维布,同时按工艺要求配置浸渍树脂,
并均匀涂抹于粘贴部位,在搭接和混凝土梁、柱转角等部位要多涂刷一些,确定所粘
贴部位后剥去离型纸,用特制滚子反复沿纤维方向滚压,除去气泡,并使树脂充分浸
透碳纤维布。待前面一层碳纤维布表面指触干燥后方可进行下一层的粘贴,最后均匀
涂刷一层粘结树脂。
5.6加固面层保护。对于碳纤维加固后的结构表面应依据建筑物的防火等级要求进行
防火保护和装饰面层处理。本工程为在原有结构基础上进行碳纤维加固修复,其耐火
等级为二级,面层采用25mm厚水泥砂浆抹面保护。
5.7施工注意事项。首先由于碳纤维为导电材(下转第38页)