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加固技术

粘贴纤维复合材加固技术

文字:[大][中][小] 2012-9-3    浏览次数:7238    

粘贴纤维复合材加固技术


    粘贴纤维复合材加固技术是利用高性能纤维材料,如碳纤维、芳纶纤维等经过编织与树脂类胶粘剂混合后粘贴在结构表面,纤维复合材主要承受拉应力,与结构变形协调,共同工作,达到对结构加固和改变受力性能等目的;纤维复合材的抗拉强度一般为普通钢材的6-10倍,弹性模量与普通钢材相近,具有比普通钢材更好的抗疲劳性能,是一种优良的结构加固用材料;具有高强高效,材质薄,重量轻,施工便捷,耐久耐腐蚀性好,基本不增加结构自重和截面尺寸等特点。


    目前常用的有三种纤维材料:碳纤维(CFRP)、玻璃纤维(GFRP)和芳纶纤维(AFRP),施工方法基本一致。

    外贴纤维复合材加固技术是当前专业加固公司基本的加固技术之一,适用于钢筋混凝土结构受拉、受弯和轴心受压等构件加固使用,可有效提高构件的承载力、抗震性能和耐久性。


   

    


            碳纤维复合材加固混凝土结构系统图

                 ①碳布      ②U型箍      ③碳布压条


    钢筋混凝土梁加固

    钢筋混凝土梁采用粘贴碳纤维布加固能够有效的提高梁的正截面抗弯能力和斜截面抗剪能力。

    


    钢筋混凝土柱加固
    钢筋混凝土柱采用碳纤维布环向围束法加固可增大轴心受压柱的抗压能力。

      

    钢筋混凝土楼板加固
    钢筋混凝土楼板采用碳纤维布加固可单向或双向粘贴碳纤维布加固,提高板的抗弯能力和抗剪能力。
     


碳纤维布主要物理指标

型号

 
厚度(mm)
单位面积重量(g/m2)
弹性模量(Gpa)
抗拉强度(Mpa)
伸长率(%)
2.0
0.111
200
235
3550
1.7
3.0
0.167
300
235
3550
1.7

 

高强玻璃纤维布主要物理指标

型号

 
纤维重量(g/m2)
设计厚度(mm)
设计抗拉强度(Mpa)
弹性模量(Gpa)
薄型
200±20
0.169
≥1800
≥80
厚型
400±20
0.350
≥1800
≥80

 

一、碳布的分类
1.1按碳纤维织造方法不同主要可以分为:
  •       单向碳纤维布(市场90%以上);
  •       双向碳纤维布;
1.2按碳纤维规格不同主要可以分为:
       1K、3K碳纤维布(主要用于航空航天国防领域,其特点是编      制精细,强度高,价格高)。
       6K、12K碳纤维布(主要用土木工程,其特点是强度高,采用配套结构胶粘贴,价格相对便宜)。
       24K及以上大丝束碳纤维布(主要用工业,其特点是强度高,但价格低,但使用时要用预浸布,工艺水平要求高,只能在工业车间内生产,严禁用于土木工程)。
1.3按碳纤维用途不同主要可以分为:

       航空航天国防用碳纤维布:飞机机翼、机体、机舵;火 箭助推器、防护罩;人造卫星天线、太阳能电池板、结构件;     

       体育娱乐器材用碳纤维布:钓鱼杆、高尔夫球杆、网球拍、羽毛球拍、棒球杆、滑雪板、滑雪杆、自行车车架、车轮。

       工业用碳纤维布:汽车传动轴、摩托车头盔、磁悬浮列车车体;机械轴承齿轮、防弹车、风力发电机叶片、舰船主桅、螺旋桨
       土木建筑、桥梁、隧道、混凝土结构抗震、加固、补强材料。
1.4土木建筑用碳纤维布用于结构构件的抗拉、抗剪和抗震加固,该材料与配套树脂浸渍胶共同使用,可构成完整的碳纤维布增强体系。该体系适用于梁、柱、板、隧道等。可以有效的封闭混凝土结构的裂缝,延长结构的使用寿命。 易于保持结构原状,基本不增加结构自重及截面尺寸,加固后对业主使用几乎没有影响。
2008年5.12地震之后,碳纤维布在我国土木建筑,桥梁、隧道、混凝土结构抗震、修复、加固、补强方面的应用得到大力推广,发展迅速,该系列的国产碳纤维布已经可以替代进口高价的碳纤维布,但由于各企业织造方法的不同,在外观和性能上还有一些差距,有待改进。
 
二、建筑加固用碳布的使用方法
建筑加固用的单向碳纤维布和配套树脂浸渍胶使用方法,具体如下:
2.1碳布加固工程的施工单位应有相关的专业技术和施工资质。
2.2碳纤维布加固施工必须遵循下列工序进行,施工流程见右图。
2.2.1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,露出混凝土石子新面,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。
2.2.2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,拌好的树脂胶液色泽应均匀,无气泡。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。
碳纤维布的养护
2.2.3配制找平材料并对不平整处修复  对混凝土表面凹陷部位
平均气温
养护时间
10℃以下
3天(72小时)
10℃-20℃
2-8天(48-72小时)
20℃以上
2天(48小时)
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。
2.2.4粘贴碳布
①按设计要求的尺寸裁剪碳布;
②配制树脂浸渍胶并均匀涂抹于所要粘贴构件;
③将裁剪好的碳布按放线位置敷在涂好树脂浸渍胶的混凝土表面,碳布应充分展平,不得有皱褶,碳布需要沿受力方向搭接时,其搭接长度应大于150㎜,当采用多条或多层碳布加固时,各条或各层碳布的搭接位置应相互错开,距离应大于150㎜。
④沿着碳布纤维方向多次滚压,挤除气泡,使树脂浸渍胶充分浸透碳布,均匀压实
⑤多层粘贴碳布时,应在碳布表面树脂浸渍胶指干状态立即粘贴下一层,若延误时间超过1小时,则等待12小时后,才能继续粘贴碳布,如等待时间超过3天,为确保第2层的粘贴力,必须用砂纸打毛第一层表面。在粘贴第2层且垂直方向时,需要确认第1层是否已经处于凝固不可移动的状态,理想状态为,在第1层粘贴完成后经过12小时后,再进行第2层的作业。
⑥最后一层碳布粘贴完毕,应在碳布的表面均匀涂刷一道树脂浸渍胶。
2.2.5表面防护按图纸规定,并保证防护材料与碳布之间有可靠的粘结。
三、碳纤维布施工注意事项
3.1碳布为导电材料,施工时应远离电气设备及电源,或采取有效可靠的防护措施。
3.2按照设计尺寸裁剪碳布,尺寸一定要精确,误差在10㎜范围之内,且严禁折叠,以防碳布折断。
3.3碳布配套树脂浸渍胶的应密封储存,远离火源,避免阳光直接照射,树脂浸渍胶的配制场所,应保持通风良好,无灰尘。配制碳布胶时,其配合比严格按厂家的说明书配制,搅拌2分钟,熟化2分钟后方能使用,拌好的胶液应色泽均匀,无气泡。
3.4检查所有的修补区域,如有孔隙、气泡及脱层等现象,必须用可靠的方法进行修复。碳纤维布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布表面的方法来判断,总有效粘结面积不应少于95%。当碳纤维布的空鼓面积小于100cm2时,可采用针管注胶的方式进行补救。当碳纤维布的脱层面积大于100cm2时,宜将空鼓处的碳纤维布切除,重新搭接粘上等厚的碳纤维布。
3.5施工现场温度在10度以上,低于10度应采用低温型碳布配套树脂胶。
四、施工安全注意事项
4.1必须仔细阅读关于所使用材料的安全信息资料。
4.2在对所使用材料的使用、保管和管理方法进行充分确认的基础上再进行施工。
4.3整理和配合好脚手架通道和其它作业环境。另外,根据作业种类穿戴保护口罩、保护眼罩、保护手套和安全带等劳动保护用品。使用有机溶剂或树脂浸渍胶时,如果是在封闭空间内作业,要充分注意换气。按照相关法规,必须根据需要用风扇进行强制换气。特别注意因吸入有机溶剂或环氧树脂而引起的事故。
4.4底胶、找平材料、树脂浸渍胶一般是环氧树脂,但根据发生的情况有给人体带来有害影响的可能性,需要按情况采取以下应急措施:
如果进入眼睛:用大量的水冲洗15分钟,并立即接受医生的诊断治疗。
如果粘在皮肤上:需立即用肥皂和大量的水进行彻底的清洗。
如果发生误饮:清洗肠胃,立即接受医生的诊断治疗。
4.5如果吸入有害气体时:呼吸新鲜空气。如果呼吸有困难,应该立即接受医生的诊断治疗,对环氧树脂容易过敏的人员,不能让其直接接触环氧树脂。
4.6因为碳素纤维有导电性,飞扬起来的碳素纤维可能会引发电动设备短路,所以设备的开关部分要用橡胶胶带密封,以防止纤维粘接在连接导线上。
4.7要充分注意防火。如果使用火时,应该选择安全的场所,并且在现场配备好防火灭火器具。
4.8除上述之外,根据现场情况,必须充分注意安全。
 
五、碳布现场拉拔试验
5.1在碳布工程结束后,一般都要做现场拉拔试验,试验分为原位试验和异位试验,只有在原位没有条件做试验时,才能做异位试验。
5.2在做试验的混凝土表面打磨到石子后,涂胶贴布后贴上4×4碳布试块,一组试块做3个,一般做2组,做好后养护3天。
5.3切割机切断试块四周碳布,并向混凝土切2㎜,将试块置入拉拔仪的夹具并对中,以1.5KN/min的速度进行加载,直至破坏,记录破坏时的荷载值,并观察破坏形式。
5.4破坏形式为内聚破坏、粘附破坏和混合破坏。
内聚破坏:试块上碳布和胶没破坏,混凝土破坏,无需破坏值,合格。
粘附破坏:试块上碳布和胶破坏,混凝土没破坏,破坏值大于2.5,合格。
混合破坏:试块上碳布、胶和混凝土都有破坏,破坏值大于2.5,合格。


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