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碳纤维材料作为混凝土构造物补强材料

文章出处:网络责任编辑:管理员人气:发表时间:2015-09-01【

碳纤维复合材料加固修复混凝土结构技术,是将碳素纤维这种高性能纤维应用于土木工程,利用树指类材料把碳纤维粘贴于结构或构件表面,形成复合材料体CFRP,通过其与结构或构件的协同工作,达到对结构构件补强加固及改善受力性能的目的。
 
  加固修复混凝土结构所用碳纤维材料,主要为二种,碳纤维与配套树脂。其中碳纤维的抗拉强度为建筑钢材的十几倍,而弹性模量与钢材相当,某些种类(如高弹性) 碳纤维的弹性模量甚至在钢材的2 倍以上,且施工性能与耐久性良好,是一种很好的加固修复材料;配套树指则包括底层树脂、整平材料及粘浸树脂,前两者的作用是为了提高碳纤维的粘结质量,而后者的作用则是使碳纤维与混凝土能够形成一个复合性整体,并且共同工作。
 
  1 板梁构件加固中的应用
 
  目前混凝土加固通常采用增大截面加固法、置换混凝土加固法、外粘型钢加固法、外粘钢板加固法、粘贴纤维复合材加固法等方法。粘贴纤维复合材法具有强度高(抗拉强度高于普通钢材十倍以上)、比重轻、耐久耐腐性好、施工便捷、技术成熟等优点。
 
  碳纤维粘贴采用碳纤维配套树脂(环氧树脂),具体施工方法如下:
 
  混凝土表面处理,即打磨混凝土表面,去除表面灰浆及疏松部分,使用吹风机吹去浮灰;配制并涂刷底胶,将底胶按主剂:固化剂,2∶1(质量比)的比例混合,搅拌3~5 min,至充分均匀后使用;配制找平胶并对不平整处修复处理;配制并涂刷浸渍胶,将混合后的浸渍胶涂刷在加固位置,粘贴碳纤维布。
 
  碳纤维补强对加固构筑物有着卓越的效果,它可以最大限度地保留原来建筑的结构特点,不增加构筑物的重量,不改变原建筑结构的外型,施工速度快且工程造价低。碾子沟水库泄洪洞加固施工仅用时4 d,投资4 万余元便解决了安全隐患,目前,泄洪洞运行良好。
 
 
 
  2  水工隧洞加固中的应用
 
  水工隧洞受水流的冲刷、磨损、气蚀等,随运行时间的增长,会出现裂缝、渗漏、老化等问题,严重影响结构的安全性和耐久性。传统的喷混凝土或挂网浇筑混凝土等水工隧洞加固技术,相当于对隧洞进行二次衬砌,施工难度大、周期长,经济效益差,且改变了隧洞的过流断面,投入使用一段时间后,又要面临新的加固问题,周而复始形成恶性循环。
 
  湖南桃花江的灌溉、发电引水道由坝内管道、压力隧洞和钢筋混凝土压力管道组成。钢筋混凝土压力管道为露天管道,灌溉管直径为2.4 m,壁厚0.4 m,管长11.5 m;发电管直径为1.75 m,壁厚0.3 m,管长5.4 m。输水管道运行至今已有30多年,钢筋混凝土压力管道混凝土碳化严重,管壁裂缝较多且漏水严重。
 
  修复加固具体做法是沿钢筋混凝土发电管、灌溉管的全长和全断面粘贴碳纤维布和玻璃纤维布。该工程2002 年12 月15 日开工,于2003 年1 月25 日基本完工。经过一年多运行检验,加固效果良好,工程造价比钢板衬砌加固降低了30%~40% 。
 
  碳纤维材料在隧洞加固中优点十分突出,主要如下:
 
  (1)可以任意裁剪,加固各种形状(圆形或复杂曲面)的结构。
 
  (2)加固补强时不需要使用大型加固机具,工程效率高,施工速度快。
 
  (3)耐腐蚀、抗渗、抗冲刷。
 
  (4)碳纤维布糙率(0.007),低于混凝土表面糙率(0.014),在加固段可以增大流量系数,提高管道的过流能力。
 
  (5)可有效封闭混凝土裂缝,从而延缓或消除裂缝的出现和扩展。
 
  (6)加固后不改变原有断面的大小和形状。
 
  (7)加固效果好,不需要进行后期维修,较为经济。
 
  4 施工中需注意的问题
 
  (1)粘帖碳纤维布时,必须驱除纤维丝内的空气,使碳纤维布表面平整。当出现空鼓且面积少于100 cm2 时,采用针管注浆方法填实空鼓;空鼓面积超过100 cm2 时,应切除后重新粘贴。
 
  (2)碳纤维布粘贴时需搭接的,搭接长度应满足规范要求,一般应不小于10 cm。
 
  (3)粘贴碳纤维布时一定要根据碳纤维所起作用,选择正确的纤维方向。
 
  (4)碳纤维布为导电材料,施工时应采取相应的有效保护措施。
 
  (5)后续施工不得破坏已经完成的碳纤维,不得靠近碳纤维焊接、烘烤。
 
  5 结语
 
  碳纤维加固主要用于加固受拉、受剪、拉弯的钢筋混凝土构件,且理论已十分成熟,相应计算可依据《混凝土结构加固设计规范》GB50367-2006及《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》(CECS146:2003)。
 
  碳纤维材料虽然具有十分突出的优点,但也要注意以下几个问题,一是进口碳纤维布产品价格比较昂贵,而国内产品的质量性能还存在着一定的问题。例如材料的匀质性较差导致受力不均,碳纤维片预浸树脂含量过高,碳纤维断丝率过高,树脂质量也欠佳,这些都影响补强质量;二是对于一些特殊构件,加固理论还不成熟。
 
 

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