碳纤维加固混凝土结构施工工艺介绍

碳纤维加固混凝土结构施工工艺碳纤维加固混凝土结构施工工艺 1 前言 碳纤维复合材料具有抗拉强度高 密度小 耐腐蚀性和耐久性好等优点 碳纤维片加固 补强混凝土结构的应用研究始于 20 世纪 80 年代美国 日本等发达国家 进入 20 世纪 90 年 代中后期我国的许多科研机构和企业也相继进行了这方面的试验研究 目前 在我国的北京 上海 天津 江苏 福建等许多地区的桥梁和工民建工程中得到了广 泛的应用 其中有些是由于意外事故而导致结构或构件的承载能力而需补强加固的 有些是 由于混凝土强度或配筋不足而需补强加固的 有些是由于结构或构件达到或接近使用年限而 需加固的 还有部分建筑是未进行抗震设防的 满足不了 建筑抗震鉴定标准 GB50023 95 要求 需进行抗震加固 中国革命历史博物馆 以下简称 革历博 就是属于后两种情况 进行综合比较后选择了碳纤维粘贴抗震加固的方式 下面结合 革历博 具体工程实例谈一 谈碳纤维加固混凝土结构的施工工艺 2 碳纤维片加固简介 1 特点 高抗拉强度 高弹性模量 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 耐腐蚀及耐久性能好 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 3 加固机理 利用专用环氧树脂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 3 施工工艺 在碳纤维加固施工前 应尽可能地卸去部分荷载 使碳纤维粘贴施工时结构或构件承受的荷 载作用减小到最小程度 其加固施工工序为 混凝土基底处理 涂底层涂料 用环氧腻子进 行残缺修补 贴碳纤维片 养护 涂装 完工验收 3 1 混凝土基底处理 1 裂缝处理 宽度小于 0 2mm 的裂缝 用环氧树脂进行表面涂抹封闭 大于 0 2mm 的裂 缝用环氧树脂灌缝 革历博 抗震加固的大梁大部分都有宽度不一的裂缝 最大裂缝达到 1mm 以上 为此我们对所加固的主梁首先进行了压力灌胶处理 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 检查外露钢筋是否锈蚀 如有锈蚀 需进行必要处理 4 对经剔凿 清除和露筋的构件残缺部分 用环氧砂浆进行修补 复原 达到表面平整 5 将构件表面凸出部分 混凝土构件交接部位 模板的段差等 打磨平整 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 30mm 6 结构或构件表面打磨后 用吹风机将表面灰尘和杂物清理掉 或用水及酒精清洗 并 使表面充分干燥 革历博 工程施工中我们使用吹风机将灰尘清理后又用酒精进行清洗 3 2 涂底层涂料 1 把底层涂料的主剂和固化剂按规定比例称量准确后放入容器内 用搅拌器搅拌均匀 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 一般养护 3 24 小时 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 3 3 用环氧腻子进行残缺修补 1 构件表面凹陷部位应用环氧腻子填平 并修复至表面平整 顺滑 2 内角 段差 起拱等 要用环氧腻子填补 使之平顺 腻子涂刮后 表面仍存在的凹 凸糙纹 应再用砂纸打磨平整 3 4 粘贴碳纤维片 1 树脂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 纤维顺长方向片材的接头必须搭接 10cm 以上 该部位应多涂树脂 脱泡 树脂操作按 正常进行 在片材宽度方向不需要搭接 3 贴片前用滚筒刷均匀地涂抹粘贴用环氧树脂 称为下涂 贴片时 在纤维片和树脂之 间尽量不要有空气 可用罗拉 专用工具 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 4 纤维片施工 30 分钟后 用滚筒刷均匀涂抹粘贴用环氧树脂 称为上涂 如需多层粘贴 则重复 3 4 1 3 4 4 步骤 并保证底层粘贴的碳纤维片上涂已指触干燥 才能粘贴下一层 5 最后一层碳纤维的上涂应涂刷均匀 周边整齐 3 5 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环氧树脂的允许使用温度 2 养护期一般在 1 2 周内 3 对于有风吹 雨淋或有可能人为扰动的地方应进行遮 挡封闭养护 3 6 表面涂装 对于有外观装饰要求的结构或构件 可在粘贴后的碳纤维表面涂刷基于环氧基底的涂料或喷 沙抹灰后涂刷常规涂料 4 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 施工现场通风状况良好 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 5 材料 此次 革历博 加固工程 北京特希达公司所采用的是日本三菱化学公司的碳纤维片及其专 用树脂 其主要材料种类和性能见表 1 4 表 1 碳纤维片的种类和性能 材料名称 纤维种 类 纤维 重量 g m2 设计 厚度 mm 抗拉 强度 N mm2 弹性 模量 N mm2 TXD C 20 高强度 碳 2000 1113400 2 3 105 TXD C 30 高强度 碳 3000 1673400 2 3 105 TCD M5 30 高弹性 模量碳 3000 1652900 3 9 105 表 2 底层涂料的种类和性能 材 料 名 称 TP EPOTHERM PRIMER 内 容 TP350WTP350S 适 用 温 度 5 1515 35 可使用时间 分 20 14545 205 指触干燥时间 3 9 9 02 5 10 5 小时 性状淡黄色透明胶状物 与混凝土粘结 强度 MPa 抗压强度 MPa 抗拉强 度 MPa 性能指标 2 主要用途 涂刷混凝土表面用 可渗入混凝土表 面内 表 3 修补用环氧腻子种类和性能 材 料 名 称 TE EPOTHERM PUTTY 内 容 TE350WTE350S 适 用 温 度 5 1515 35 可使用时间 分 30 16050 210 指触干燥时间 小时 3 5 10 03 0 10 0 性状乳脂状 与混凝土粘结 强度 MPa 抗压强度 MPa 抗拉强 度 MPa 性能指标 2 50 主要用途修补混凝土表面缺陷及找平用 表 4 粘贴用环氧树脂种类和性能 材 料 名 称 TR EPOTHERM RESIN 内 容 TR350WTR350S 适 用 温 度 5 1515 35 可使用时间 分 33 17070 180 指触干燥时间 小时 4 0 12 06 0 18 0 性状乳脂状 抗拉强度 MPa 抗弯强度 MPa 抗剪强 度 MPa 性能指标 30 40 10 主要用途粘贴碳纤维片 6 劳动力及机工具安排 每一施工班组以 3 4 人为宜 每人每工日完成工程量在 10m2 左右 每一班组准备的主要机 工具为角磨机 4 台 吹风机 1 台 台称 1 台 滚筒刷 6 把 罗拉 2 把 灌胶工具一套 7 质量验收 目前 国内尚无国家认可的强制性验收标准 碳纤维加固工程检查验收均以企业标准为依据 北京特希达科技有限公司的企业标准已经过长时间 多种类工程检验 目前比较全面 成熟 1 原材料必须有生产厂家的出厂检验合格证 进口材料要有商检证 工程量比较大时应 进行原材料试验 2 每一工序按工艺要求进行 属于隐蔽工程的要有隐检纪录 3 用小锤轻击 检查空鼓 无空鼓或只有少量小空鼓 3cm 便视为合格 对于较大的 空鼓 3cm 或较多的小空鼓应进行灌胶 注入 TR 树脂 处理 4 保证气温在 5 35 之间 相对湿度不大于 85 的环境下施工 8 工程实例简介 2000 年 12 月至 2001 年 1 月间 对中国革命历史博物馆 甲区 甲区的部分主梁进行了碳 纤维片粘贴加固 共使用碳纤维片面积近 400m2 具体加固施工方案是先对需加固的主梁进 行封闭灌胶处理 然后进行碳纤维粘贴加固 其加固方案如图 1 所示 由于施工时在距搂面 7m 左右高的吊顶内进行 障碍物较多 施工操作较困难 此建筑是在 建国初期施工建成的 当时施工技术较落后 因此混凝土表面平整度较差 进行基底打磨时 难度较大 尤其在对 U 形环包的底部转角处进行倒角处理时 更花费了许多精力 本工程施工完成后 无论是施工质量 还是确保工期和后期服务工作 均受到业主 监理单 位 设计单位的好评 经验收确认效果良好 达到预期加固目的 用碳纤维片修复补强混凝土结构与传统的加固方法相比 具有巨大的优越性 有良好的技术 经济效益 社会效益和环境效益 8 1 技术经济效益 碳纤维片的重量轻 强度高 随形性好 能适应各种复杂结构外形的修复补强 对结构重量 的影响甚微 碳纤维修复补强工艺施工简便迅速 无需任何夹具 模板和支撑 虽然碳纤维 本身的价格高于其他材料 但施工费用大大降低 它免除了钢板补强 混凝土补强等传统方 法所需的植筋锚固 装拆夹具 立模 支撑 灌注混凝土 养护 拆模等繁杂的工序和辅助 设施 而且占用空间小 即使在高空作业 也只需设置简易工作平台即可 因此 用碳纤维 片修复补强混凝土结构的综合造价将低于传统的补强方法 经济效益视具体工程情况而定 越是复杂结构其效益将愈明显 另外 碳纤维片补强有非常良好的抗腐蚀性能和耐久性 不 需作任何防腐处理 而粘钢加固则需做定期防锈 防腐处理 因此 碳纤维片修复补强技术 具有明显的技术经济效益 8 2 社会效益 由于碳纤