碳纤维加固包括碳纤维布加固和碳纤维板加固两种。
国内最早通过的规范是2003年《碳纤维片材加固混凝土结构技术规程》,其编号为CECS146:2003,
已经被最新的国家标准规范2006《混凝土结构加固设计规范》代替,其编号为GB 50367-2006.
碳纤维加固最近的国标是《结构加固修复用碳纤维片材》GB/T 20490-2008,08年10月1日期执行。
一、碳纤维加固前言
碳纤维材料用于混凝土结构加固修补的研究始于80年代美、日等发达国家。我国的这项技术起步很晚,但随着我国经济建设和交通事业的飞速发展,现有建筑中有相当一部分由于当时设计荷载标准低造成历史遗留问题,一些建筑由于使用功能的改变,难以满足当前规范使用的需求,亟需进行维修、加固。目前常用的加固方法有很多,如:加大截面法、外包钢加固法、粘钢加固法、碳纤维加固法等。碳纤维加固修补结构技术是继加大混凝土截面、粘钢之后的又一种新型的结构加固技术(碳纤维加固)。
二、碳纤维加固特点
碳纤维与传统的加大混凝土截面或粘钢混凝土补强相比,具有节省空间,施工简便,不需要现场固定设施,施工质量易保证,基本不增加结构尺寸及自重,耐腐蚀、耐久性能好等特点。另外,采用该工法,可大大提高建筑物的使用寿命,降低加固成本。因此,碳素纤维作为划时代的补强材料,而备受青睐和关注。
(1)抗拉强度高,是同等截面钢材的7-10倍。
(2)重量轻,密度只有普通钢材的1/4。
(3)耐久性好,可阻抗化学腐蚀和恶劣环境、气候变化的破坏。
(4)施工方便快捷、省力节时、施工质量易于保证。
(5)适用范围广,混凝土构件、钢结构、木结构均可进行碳纤维加固。可大幅度提高构件的承载能力、抗震性能和耐久性能。
用途
?混凝土结构物、桥梁及建筑物的梁、柱、面板加固。
?隧道、港湾设施、烟囱、仓库、厂房的加固。
?受盐害的混凝土、桥梁以及河川构造物的防护和加固。
三、碳纤维加固适用范围
碳纤维加固法可用于混凝土结构抗弯、抗剪加固,同时广泛用于各类工业与民用建筑物、构造物的防震、防裂、防腐的补强。
碳纤维加固混凝土结构的技术特点
碳纤维有很多种,其中PNA基碳纤维具有优异的物理力学性能、良好的粘合性、耐热性及抗腐蚀性等特点,非常适用于土木工程领域。用于建筑结构补强加固的碳纤维材料,其强度一般为建筑用钢材的十几倍,弹性模量与建筑钢材在同一水平上并略有提高,是一种优良的结构加固用材料。碳纤维材料的这些特点,为建筑结构的补强与加固提供了技术支持。
与原有的加固方法比较,碳纤维材料加固技术具有明显的技术优势,主要体现在:
(1)高强高效
由于碳纤维材料优异的物理力学性能,在对混凝土结构进行加固补强过程中可以充分利用其高强度、高模量的特点来提高结构及构件的承载力和延性,改善其受力性能,达到高效加固的目的。
(2)耐腐蚀性能及耐久性
碳纤维材料的化学性质稳定,不与酸碱盐等化学物质发生反应,因而用碳纤维材料加固后的钢筋混凝土构件具有良好的耐腐蚀性及耐久性,解决了其他加固方法所遇到的化学腐蚀问题。
(3)不增加构件的自重及体积
碳纤维布质量轻且厚度薄,经加固修补后的构件,基体上不增加原结构的自重及尺寸,也就不会减少建筑物的使用空间,这在“寸土寸金”的经济社会中无疑是重要的。
(4)适用面广
由于碳纤维布是一种柔性材料,而且可以任意地裁剪,所以这种加固技术可广泛地应用于各种结构类型、各种结构形状和结构中的各种部位,且不改变结构及不影响结构外观。同时,对于其他加固方法无法实施的结构和构件,诸如大型桥梁的桥墩、桥梁和桥板,以及隧道、大型筒体及壳体结构工程等,碳纤维加固技术都能顺利地解决。
(5)便于施工
将碳纤维材料用于加固混凝土结构,在施工现场不需要大型的施工机械,占用施工场地少,而且没有湿作业,因而工效很高。
碳纤维布系统施工工艺
1、施工准备 拟定施工方案和施工计划,应对所使用的碳纤维片材、配套树脂、机具等作好施工前的准备工作。
2、混凝土表面处理 清除被加固构件表面的剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土,露出混凝土结构层,并用修复材料将表面修复平整。按设计要求对裂缝进行灌缝或封闭处理。
3、配制并涂刷底层树脂 按供应商提供的工艺规定配制底层树脂,将底层树脂均匀涂抹于混凝土表面。在树脂表面指触于燥后立即进行下一步工序施工。
4、配制找平材料并对不平整处修复 对混凝土表面凹陷部位用找平材料填补平整,转角处应用找平材料修复为光滑的圆弧。
5、粘贴碳纤维布
①按设计要求的尺寸裁剪碳布;
②配制浸渍树脂并均匀涂抹于所要粘贴构件;
③沿着碳纤维方向多次滚压,挤除气泡,使浸渍树脂充分浸透碳纤维布;
④碳纤维布的表面均匀涂抹浸渍树脂。
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注意事项
在气温5℃以下、相对湿度RH>95%、混凝土表面含水率在8%以上,有结露现象而无有效措施时,不得施工。
碳纤维片在运输、储存、裁切和粘贴过程中,严禁弯折。因此,贴片前应用钢直尺与壁纸刀按规定尺寸裁切碳纤维片,每段长度一般以不超过6米为宜要使用更长的片材时,除精心防止弯折外,对脱泡(即清除在碳纤维贴片中残留空气形成的气泡)、渗浸过程必须加倍谨慎操作。为防止碳纤维片在保管过程中损坏,碳纤维片的裁切数量应以当天的用量为准。
施工人员应采取必要的安全防护措施(如佩戴口罩、手套、护目镜、安全帽等),现场注意防火并保持良好的通风
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