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粘贴碳纤维结构加固技术是指采用高性能粘结将碳纤维布粘贴在建筑结构构件表面,使两者共同工作,提高结构构件的(抗弯、抗剪)承载能力。
用于建筑结构加固的碳纤维材料具有优良的力学性能,其抗拉强度约为普通钢材的10倍;但是,碳纤维材料织成碳纤维布后,其中的各碳纤维丝很难完全共同工作,在承受较低的荷载时,一部分应力水平较高的碳纤维丝首先达到其抗拉强度并退出工作状态,以此类推,各碳纤维丝逐渐断裂,直至整体破坏。而使用粘结剂后,各碳纤维丝能很好地共同工作,大大提高碳纤维布的抗拉强度,故碳纤维加固首先必须使碳纤维布中的碳纤维丝能共同工作,因此粘结剂对碳纤维布的加固起着关键的作用,它既要确保各碳纤维丝共同工作,同时又确保碳纤维布与结构共同工作,从而达到补强、加固的目的。
值得注意的是,使用碳纤维进行加固时,具体粘贴层数要通过计算确定,考虑到各层的共同工作系数,抗疲劳的能力和避免脆性破坏,一般不宜超过5层。另外,从受力性能角度而言,单层优于多层,窄幅优于宽幅;必要时纵向可以搭接,搭接长度不能少于100mm,而且要保证碳纤维端部有可靠的锚固,除计算要求外,还应有必要的构造措施。
碳纤维布在混凝土结构加固中的机理分析
碳纤维加固技术应用广泛,适用于各种结构类型、各种结构部位的加固修补,如梁、板、柱、屋架、桥墩、桥梁、筒体、壳体等结构,要求基层混凝土的强度等级不低于C15即可,这里着重介绍碳纤维布加固钢筋混凝土抗弯、抗剪、抗震构件的机理作用,其它从略。
工艺流程可以归纳为:
施工准备→砼表面处理→涂刷底胶→构件表面残缺面修补→粘贴碳纤维→
表面养护→找平材料配置→底层或树脂配制→浸渍树脂配制
操作要点:
1. 混凝土表面处理
1.1 将混凝土构件表面的残缺,破损部分清除干净。
1.2 对经过剔凿,清理和露筋的构件残缺部分,进行修补,复原。
1.3 裂缝修补:缝宽小于0.2mm的裂缝,用环氧树脂进行表面涂刷密封;大于0.2mm的裂缝用环氧树脂灌缝。
1.4 打磨:将构件表面凸出部分(混凝土构件交接部位,模板的接槎等)打磨平整,修复后的构件表面尽量平顺。
1.5 清洗打磨过的构件表面,并使其充分干燥。
2. 缺陷部位涂刷底胶
将配好的底胶(粘结剂),用涂刷均匀于缺陷部位的砼表面。
3. 构件表面残缺面的修补
用环氧腻子对构件表面残缺面的修补是十分重要的一步,要点如下:
3.1 腻子主剂,固化催进剂,固化剂按规定比例称量准确,装入容器,用搅拌器搅拌均匀。
3.2 构件表面凹陷部位用环氧腻子填平,修复至表面平整。在残缺修补中使用环氧腻子时,要在气温-5℃以上,相对湿度小于85%的条件下施工。腻子涂刮后,表面仍存在的凹凸糙纹,应再用砂纸打磨平整。
4. 涂刷底胶
将配好的底胶(粘结剂),用滚筒均匀涂刷于需要粘结的砼表面。
5. 粘贴碳纤维
粘贴碳纤维材料之前,首先应确认粘贴表面干燥。气温在-10℃以上,相对湿度RH>85%时,如无有效措施不得施工。为防止碳纤维受损,在碳纤维材料运输,储存,裁切和粘贴过程中。应用钢直尺与壁纸刀按规定尺寸切断碳纤维材料,每段长度一般以不超过6m为宜。为防止材料在保管过程中损坏,材料的裁切数量应按当天的用量裁切为准。碳纤维纵向接头必须搭接20cm以上。该部位应多涂树脂,碳纤维横向不需要搭接。其施工工艺要点如下:
5.1 粘贴树脂的主剂,固化催促剂和固化剂应按规定的比例称量准确,装入容器,用搅拌器搅拌均匀。一次调和量应以在可使用时间内用完为准。
5.2 粘贴时,在碳纤维和树脂之间尽量不要有空气。可用罗拉(专用工具)沿着纤维方向在碳纤维材料上滚压多次,使树脂渗浸入碳纤维中。
6. 养护:粘贴碳纤维材料后,需自然养护1-2小时达到初期固化,应保证固化期间不受外界干扰和碰撞。
粘贴碳纤维加固注意事项
1.湿度在85%以上时,严禁施工;
2.主剂和硬化剂混合后,严守使用时间;
3.不得超过树脂的可使用时间;
4.碳纤维布在保管时,不得直晒和雨淋;
5.被加固构件混凝土强度等级不低于C15;
6.粘贴布宽不宜小于150㎜,(最窄不应小天100㎜)
7. 碳纤维加固施工:夏天第二层与第一层间隔一小时 冬天第二层与第一次间隔一天。
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