碳纤维布用于砼结构加固施工技术Word文件下载.docx
- 文档编号:16708745
- 上传时间:2022-11-25
- 格式:DOCX
- 页数:13
- 大小:24.83KB
碳纤维布用于砼结构加固施工技术Word文件下载.docx
《碳纤维布用于砼结构加固施工技术Word文件下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《碳纤维布用于砼结构加固施工技术Word文件下载.docx(13页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
(5)、隧道加固(图)
2.碳纤维布技术性能
结构加固用碳纤维材料(CFRP)主要技术要求
抗拉强度(MPa)
弹性模量(Mpa)
延伸率
(%)
密度(g/cm3)
耐腐蚀性
浸透性
均匀度
3000左右
≥2.1×
105
1.5
1.8
优
良好
目前国内外生产的碳纤维布主要指标:
2.1上海同砼牌碳纤维布(表1)
(表1)
型号
极限抗拉强度(MPa)
弹性模量(GPa)
极限抗拉力(kN)
比重
(g/cm3)
CFC2.2-200-010-100
2200
200
22
CFC3.2-200-010-100
3200
32
CFC3.8-220-010-100
3800
220
38
说明:
CFC---碳纤维布;
2.2、3.2、3.8---极限抗拉强度(1GPa=1000MPa);
200---弹性模量(200GPa=200000MPa);
010---名义厚度(0.1mm);
100---宽度(100mm)。
2.2武汉大筑技术碳纤维布(表2)
(表2)
设计厚度
(mm)
弹性模量(MPa)
强度折减系数
室内
室外
0.12
0.167
>
2.35×
0.9
0.8
2.3日本进口东燃株式会社碳纤维布(表3)
(表3)
设计厚度(mm)
设计抗拉强度(MPa)
重量
(g/m3)
注
FTS-C1-20
0.111
3550
1.8g/cm3
FTS-C1-30
300
FTS-C5-30
0.165
3000
4.0×
单方向
FTS-C7-30
0.143
2500
5.0×
T700SC
双方向
FTS-C6-30
2.1g/cm3
2.4德国HMC碳纤维片材(表4)
(表4)
HMC-01
HMC-02
面积质量
(g/m2)
400
计算厚度
0.4
0.2
计算横截面积
(mm2)
237
118
纤维模量
GPa
纤维类型
12K碳纤维
选用树脂
环氧或聚氨脂
保护膜
牛皮纸
2.5东丽-杜邦公司碳纤维片材(表5)
(表5)
面积质量(g/m2)
幅宽(mm)
计算强度(MPa)
设计模量(GPa)
AK-40-30
280
30
2058
117
AK-60-30
415
AK-90-30
623
AK-120-30
832
2.6国产碳纤维布(表6)
(表6)
单丝
直径
(μm)
纤维束密度(束/100mm)
计算
厚度
抗拉
强度(MPa)
弹性
模量(MPa)
断裂
伸长率(%)
密度(g/m3)
6.5
61
0.121
2.2×
1.4-1.5
1.76
每束6K单丝
1800
7.0
0.083
2.4×
每束12K单丝
注:
6K指一束纤维内含6000根单丝
12K指一束纤维丝含12000根单丝
计算厚度=(单丝面积×
6K×
纤维丝束密度)/(单位密度(100mm))=0.121(mm)
在选用碳纤维材料时,单位面积质量不宜选用太大,但也不应太小。
如单位面积质量小于200g/m2时,对树脂的浸透性是有利的,但要求层数较多,既花费很多时间,也使施工性能变差。
可单位面积质量大于400g/m2时,在未固化前,由于树脂和片材的自重,可能从砼表面剥落下来。
同时因厚度大,树脂不宜浸透全部纤维,使材料性能降低,起不到应有的补强作用。
3.粘贴胶(树脂)技术性能
粘贴CFRP需采用性能良好的专用树脂胶。
要求其具有较高的抗拉强度(>
30MPa)、抗剪强度(>
10MPa)和粘贴强度(2.0MPa),适用温度广(5~35℃),可使用时间较长(20~120min),干燥硬化好(≤12h)。
目前国内工程和试验中的几种常用粘贴CFRP的树脂胶主要技术性能如下:
3.1日本进口胶(表7)
(表7)
类型
粘度(MPa-s)
拉伸强度(MPa)
压缩强度(MPa)
拉伸剪切强度(MPa)
正拉粘结强度(MPa)
FP
0.8~1.6
≥5
底胶
FE
≥50
≥10
找平
FR
3.0~5.0
≥25
≥60
粘贴CFRP
3.2大筑牌碳纤维布粘贴胶(武汉大筑科技有限公司)
(表8)
粘结强度(MPa)
抗压强度(MPa)
剪切强度(MPa)
弯曲强度(MPa)
底层胶
3
12
找平胶
70
15
浸渍胶
60
50
工艺流程:
砼表面切削磨平→底胶→找平胶→浸渍胶→滚压碳纤维布→
渍胶→滚压→喷砂
3.3JGN系列碳纤维粘贴专用粘合剂(辽宁省建筑科学研究院研制生
产)
JCN-C建筑结构粘合剂是粘贴碳纤维布的专用胶,双组份触变型,具有高强度、无溶剂、不流淌、易浸润等特点,平、竖、仰面均可使用。
JCN-P建筑结构粘合剂是与JCN-C配套使用的专用底胶,双组份常温固化型。
JCN-R建筑结构粘合剂是与JCN-C配套使用的专用修补胶,为双组份常温固化型。
主要技术性能(表9)
粘合剂类型
JCN-C
JCN-P
JCN-R
用途
粘贴碳纤维
修补、找平
外观
甲组份
白色蜡状膏体
无色透明液体
白色膏状体
乙组份
棕色液体
棕红色液体
黑色膏状体
粘结拉伸强度MPa
30.0
混凝土破坏
拉伸剪切强度MPa
20.0
压缩强度MPa
50.0
弯曲强度MPa
混合粘度CP(20℃)
<
5000
适用期min(20℃)
90
20~40
40.0
涂布量(kg/m2)
0.6~1.0
硬化时间h(20℃)
3.0
2.0(指干)
混合比例(甲:
乙)
3:
1
使用温度
10~35℃
4.碳纤维布加固施工技术
目前国内尚无施工验收规范。
在施工经验的基础上,已有企业施工工法,可作为参考依据。
4.1工艺流程及操作要求
工艺流程为卸荷→基底处理→涂底胶→找平→粘贴→保护。
4.1.1卸荷
加固前应对所加固的构件尽可能卸荷。
4.1.2基底处理
(1)混凝土表层出现剥落、空鼓、蜂窝、腐蚀等劣化现象的部位应予以凿除,对于较大面积的劣质层在凿除后应用环氧砂浆进行修复。
(2)裂缝部位应首先进行封闭处理。
(3)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,构件基面的混凝土要打磨平整,尤其是表面的凸起部位要磨平,转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成圆弧状(R≥10mm)。
(4)用吹风机将混凝土表面清理干净,并保持干燥。
4.1.3涂底胶
(1)按主剂:
固化剂的比例将主剂与固化剂先后置于容器中,用弹簧秤计量,电动搅拌器均匀搅拌,根据现场实际气温决定用量并严格控制使用时间。
一般情况下1h内用完。
(2)用滚筒刷将底胶均匀涂刷于混凝土表面,待胶固化后(固化时间视现场气温而定,以指触干燥为准)再进行下一工序施工。
一般固化时间为2~3d。
4.1.4找平
(1)混凝土表面凹陷部位应用找平胶填平,尽量减少高度差。
(2)转角处也应用找平胶修补成光滑的圆弧,半径不小于10mm。
4.1.5粘贴
(1)按设计要求的尺寸及层数裁剪碳纤维布,除非特殊要求,碳纤维布长度一般应在3m以内。
(2)调配、搅拌粘贴胶(使用方法与底胶相同),然后均匀涂抹于待粘贴的部位,在搭接、混凝土拐角等部位要多涂刷一些。
(3)粘贴碳纤维布,在确定所粘贴部位无误后剥去离型纸,用特制滚子反复沿纤维方向滚压,去除气泡,并使粘贴胶充分浸透碳纤维布。
多层粘贴应重复上述步骤,待碳纤维布表面指触干燥方可进行下一层的粘贴。
(4)在最后一层碳纤维布的表面均匀涂抹粘贴胶。
(5)碳纤维布沿纤维方向的搭接长度不得小于100mm,碳纤维端部固定用横向碳纤维或粘钢固定。
4.1.6保护
加固后的碳纤维布表面应采取抹灰或喷防火涂料进行保护。
4.2机具、劳力配备
4.2.1机具设备
施工机具为混凝土角磨机6台,吹风机4台,剪刀2把,滚子6把,錾子2把,灌浆设备1套。
具体数量可视施工工期及施工面积确定。
4.2.2劳动力组织
劳动力组织视施工工期及施工面积确定班组数,每班组10~12人,其中管理人员4人(工长、技术、质量、安全各1人),专业工人6~8人。
每工日完成7~10m2。
4.3质量及安全
4.3.1工程验收时必须有碳纤维布及其配套胶生产厂家所提供的材料检验证明。
4.3.2每一道工序结束后均应按工艺要求进行检查,并做好相关的验收记录,如出现质量问题应立即返工。
4.3.3施工结束后的现场验收以评定碳纤维布与混凝土之间的粘结质量为主,用小锺等工具轻轻敲击碳纤维布表面,以回音判断粘结效果。
如出现空鼓等粘贴不密实的现象,应采用针管注粘结胶的方法进行补救。
粘结面积若少于90%则判定粘结无效,需重新施工。
4.3.4对于碳纤维布粘贴面积在1000m2以上的工程,为检验其加固效果,应与甲方协商进行荷载试验,其结构的变形等各项指标均应满足国家规范规定的设计及使用要求。
4.3.5大面积粘贴前需做样板,等有关方面验证后,再大面积施工。
为确保碳纤维布与混凝土间的粘结质量,基底处理必须严格按下列要求执行:
先检查要加固的部位本身是否有空鼓现象,再进行表面检查,最后对不符合要求的部位采取相应的措施。
4.3.6严格控制施工现场的温度和湿度。
施工温度在5~35℃范围内,相对湿度不大于70%。
4.3.7粘贴碳纤维布的安全规定如下:
(1)裁剪及使用碳纤维布时应尽量远离电源,尤其是高压电线及输电线路。
(2)碳纤维布的配套用胶要远离火源,避免阳光直接照射。
(3)现场施工人员应穿工作服,同时还须佩戴口罩和手套,施工人员严禁在现场吸烟。
(4)配制及使用胶的场所必须保持良好的通风。
(5)与施工配套的脚手架要有足够的安全性。
高空作业须佩戴安全带。
5.应用碳纤维布加固结构(构件)的试验研究与工程实践
5.1柱子加固
用碳纤维布加固柱子,有两种常用方式:
一种是沿柱子横向缠绕碳纤维布;
另一种是沿柱高纵向贴碳纤维布。
前者着重在于增加对砼柱的约束,提高承载力和延性;
后者着重在于提高柱子正截面承载力。
5.1.1横向缠绕加固法
(1)缠绕层数。
有1层、2层、3层,最多达到4层。
(2)碳纤维布。
单向,幅宽100mm。
(3)粘结剂。
主要考虑常温下的硬化时间,施工可操作性(粘度与流动性)及力学性能。
通常用底胶、找平胶、粘贴胶一个系列。
胶料在常温下初凝时间约20min。
(4)加固方法。
1先用手持式砂轮机在砼表面打磨平整,以手摸不粗糙为准,然后用围丝擦除灰尘,再用丙酮溶液擦洗表面;
2在柱表面均匀涂刷一层底胶,用以封闭表面孔隙,并作为碳纤维布与砼表面的结合层;
3待底胶干燥后,再在柱端部不平整处涂上找平胶;
4从上至下,在柱表涂刷粘贴胶,环向搭接100mm,再在碳纤维布外侧刷胶,以保证碳纤维丝充分浸润树脂;
5养护24h。
(5)加载试验
进行轴向加载,直至柱子试件破坏;
进行柱端水平加载,模拟地震作用,直到柱子破坏。
(6)结果
1柱子极限承载力有明显提高。
有资料表明,方柱承载力可提高8~22%;
圆柱可提高30~70%。
提高幅度与缠绕层数及砼表面处理情况有关。
2环向缠绕能有效约束砼的横向变形,提高结构延性,改善抗震性能。
由于碳纤维布直接约束最外层砼,它的作用比箍筋更为有效。
3缠绕碳纤维布层数与构件承载力的提高并不呈线性增长关系。
随着层数增加,构件承载力增长的速度逐渐减慢。
粘贴两层以上时,需要考虑一个共同工作折减系数(<
1.0)。
5.1.2纵向粘贴加固法
(1)将碳纤维布贴在构件受拉侧和受压侧二面(并非环向缠绕);
布的
粘贴走向与柱高纵向一致(相当于纵筋)。
主要用于正截面补强。
(2)柱根部的碳纤维布要有一定的锚固长度(≥150mm)。
(3)粘贴层数1层、2层、3层。
(4)加载试验。
偏心受压试验(压弯试验)。
(5)结果
1使用碳纤维布替代纵向受拉钢筋加固柱子,可有效提高正截面承载力(20%左右)。
2加固后柱子破坏有两种情况:
一种是在弯矩最大截面处碳纤维布达到极限抗拉强度导致构件破坏;
另一种是受压区砼达到极限压应变而压碎。
这与砼柱破坏形态是一致的。
受力机理相同。
3加固后柱子出现裂缝相对较晚,且发展缓慢,裂宽小。
4柱子砼强度较低时,加固后受弯承载力提高明显。
5同样,也存在层数增加,承载力增长较慢。
因此,要考虑一个折减系数问题和尺寸效应问题。
5.2梁加固
为了观察贴CFRP对于梁加固后,其破坏形态、承载力、变形的影响,国内曾进行一系列的对比试验。
5.2.1受弯加固
(1)粘贴方式。
碳纤维布粘贴在梁底受拉区。
(2)粘贴层数。
1~5层。
(3)锚固方式。
有螺栓锚固和U形布锚固方式。
碳纤维布的搭接长度≥150mm。
(4)加固方法。
1将砼表面打磨、平整,去掉1~2mm表面疏松层,将浮灰清除干净;
将梁角打磨成圆弧状;
2用丙酮擦洗砼表面去脂;
3在砼表面涂一层底胶,将裁好的碳纤维布贴上去,并沿碳纤维布受力方向按压,赶出气泡;
4粘贴多层时,再重复涂胶→贴布;
5最后在碳纤维布表面再抹一层粘结胶;
上覆塑料薄膜,并用木模板压紧;
6待一周后拆模。
(5)静载试验。
梁上加载。
(6)结果。
①用碳纤维布加固后梁的极限承载力有较大辐度提高。
有资料表明,贴一层布提高24~33%;
贴三层布提高48~62%。
特别是在纵筋屈服后发挥了很大的作用。
②受弯承载力增长并非与碳纤维布层数呈正比。
贴层较小时,增长幅度大;
贴层多时,各层布并不能完全共同工作,强度未完全发挥出来。
例如贴一层布则为碳纤维受拉破坏;
贴五层布则发生受压区砼压碎破坏。
③碳纤维布加固的梁裂缝发展较慢,裂缝间距变小,数量增多,宽度变小,对裂缝开展有明显约束作用。
4在使用阶段,碳纤维布加固对梁刚度增加较小。
可不考虑其有利作用。
5.2.2受剪加固
碳纤维布有几种粘贴方式:
侧贴条带;
侧贴条带+压条;
U形条带;
U形条带+压条(图一)其中以U形条带+压条的效果较好。
1~3层。
(3)加固方法。
(同前)
(4)静载试验。
梁上集中加荷。
(5)结果。
1梁侧贴碳纤维条加固后,受剪承载力可提高13~30%,特别在梁上斜裂缝出现以后,对抑制斜裂缝发展作用很大。
2碳纤维布对提高梁的受剪承载力的作用机理与箍筋相似。
在碳纤维用量相同情况下,条带间距小、层数少的要优于条带间距大、层数多的方案。
3碳纤维布的锚固性能对加固效果影响很大。
应当注意。
设计时,验算碳纤维布加固点之外所需要的锚固长度可按下式计算:
l=δ×
n×
t/τ
式中l——所需锚固长度(mm)
δ——碳纤维布应力,一般小于碳纤维布设计拉应力(可取
1500~2000MPa)
n——布层数
t——一层布厚度(mm)
τ——碳纤维与砼之间的粘结强度(可取0.45MPa)
5.3应用实例(某8层框架结构)
5.3.1工程概况
某8层新建框架结构,使用功能发生变化:
一、二、三层改为生产车间,设备荷载增大。
经验算,一、二、三层部分梁跨中受弯承载力不足,顶板抗弯也不足。
均需进行加固。
决定采用粘贴碳纤维布加固。
5.3.2加固方案
采用日本进口的FTS-C1-30型碳纤维布及配套胶种(包括底胶、找平胶及粘贴胶)。
5.3.3梁的加固
梁跨度9m,截面尺寸b×
h=300×
950mm,其中20根梁跨中抗弯强度不足(需提高23%),抗剪略有不足。
采用沿梁底通长粘贴二层碳纤维布,宽300mm,梁端1500mm区域梁两侧粘贴U型碳纤维布条,再外贴200mm压条进行锚固(图)。
5.3.4板的加固
地下室顶板一个开间跨度6.3m的预应力空心板受弯承载力需提高30%。
经计算,采用每块板底面通长粘贴两条宽200mm碳纤维布一层进行加固(图)。
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 碳纤维 用于 结构 加固 施工 技术