碳纤维片加固修补技术在工程中的应用

2010-09-08戴新荣

治淮 2010年9期

戴新荣

碳纤维片加固修补技术在工程中的应用

戴新荣

一、概述

设计、施工或意外灾害等会给钢筋混凝土结构正常使用带来一定影响，需对其进行维修、加固补强。碳纤维片材加固修补钢筋混凝土结构是近年来发展起来的一种结构修补新技术，碳纤维具有轻质高强、耐久性好、施工简便且不影响结构等特点，较之传统的加固修补施工材料具有明显的优越性，该项技术已广泛应用于桥梁、工业与民用建筑等领域的结构加固修补，成为钢筋混凝土结构加固修补的新趋势。

二、碳纤维片加固修补混凝土技术原理及特点

碳纤维片是用抗拉强度极高的碳纤维丝在高温下“拉拔”成型，单向排列，并经环氧树脂胶预浸而成的碳纤维增强复合片材。以环氧树脂作为胶结材料，将纤维片材沿受力方向或垂直于裂缝方向粘贴在受损结构上，胶结材料作为它们之间的剪力连接媒介，形成新的复合体，增强贴片与原有结构共同受力，增大结构抗拉或抗剪能力，有效提高结构强度、延性及抗裂性，控制裂缝和挠度的继续发展。碳纤维片加固修补混凝土工艺的关键在于碳纤维片粘贴的紧密性与牢固性，以保证与原结构形成整体，共同工作。碳纤维片加固修补混凝土技术具有以下特点：材料轻，强度高；能够保持结构原有形状，不影响结构的外观；施工工艺简单、方便快捷，对外界影响小。

表1 碳纤维的性能指标

表2 粘结树脂的性能指标

表3 碳纤维片材施工质量现场检验结果

三、施工情况

合肥市某高校图书阅览综合楼工程为地上十层地下一层的框架结构，因设备后期安装及图书等荷载较大，故设计采用碳纤维对该工程部分结构进行加固处理。

1.原材料的性能

所用碳纤维的性能见表1，粘结树脂性能见表2。

2.施工工艺

碳纤维片加固修补混凝土工艺包含以下步骤：①混凝土基底处理。施工前应对混凝土构件表面进行必要的处理，进行钢筋除锈、修补裂缝和受损部位等，使碳纤维片粘贴后能与混凝土表面紧密结合。②涂底层涂料。在处理好的混凝土构件表面涂刷能渗透到混凝土内的底层涂料，然后填平表面凹陷部位，达到表面平整，使碳纤维片与构件粘贴紧密并避免粘贴后起鼓。③粘贴碳纤维片。碳纤维片在运输、储存、裁切和粘贴过程中严禁受到弯折。确认粘贴表面干燥，严格掌握贴片的位置与搭接长度，防止碳纤维片受损。贴片前应按规定尺寸裁切碳纤维片，每段长度一般不超过6m。纤维片纵向接头必须搭接10cm以上。该部位应多涂粘结树脂。纤维片横向可不搭接。粘结树脂的主剂和固化剂应按规定的比例称量准确，装入容器，用搅拌器搅拌均匀。一次调和量应以在可使用时间内用完为准。贴片前用滚筒刷均匀地涂抹粘结树脂，涂量根据施工部位及施工面的粗糙程度变化。拱起部分、拐角部分、纤维片搭接部位以及残缺修补处要多涂一些。贴片时，在碳纤维片和树脂之间不得留有空气，可用专用工具沿着纤维方向在碳纤维片上滚压多次，使粘结树脂充分渗浸入碳纤维束中。根据干燥程度，纤维片施工一定时间后（1h左右），再均匀涂刷一层粘结树脂，亦用专用工具沿着纤维方向在碳纤维片上滚压多次，使纤维内部补充、渗浸粘结树脂。④进行粘贴质量检查，并进行处理。粘贴结束后需对粘贴质量进行检查，如有粘贴不牢或空鼓等现象时进行如下处理：Ⅰ.注入粘结树脂法。在碳纤维片上打开2个以上的孔，使用注射器注入粘结树脂（或低粘度型树脂）。Ⅱ.割刀切入填充树脂修补法。沿纤维方向切入2～3刀，用橡胶刮板。毛刷沾上适量粘结树脂，填进割开的缝内。Ⅲ.补丁补修法。当贴片完全固化后，无法用割刀切开或注入树脂，或纤维片表面出现褶皱或松弛时，应采用此方法割去不良部分。重新粘贴碳纤维片。⑤养护。粘贴碳纤维片后，需自然养护24h达到初期固化，并应保证固化期间不受干扰。在每道工序以后树脂固化之前，宜用塑料薄膜等遮挡以防止风沙或雨水侵袭。当树脂固化期间存在气温降低到5℃以下的可能时，可采用低温固化树脂，或采取有效的加温措施。碳纤维片粘贴后达到设计强度所需自然养护的时间和外界环境温度密切相关，正常环境下需要1～2周。在此期间应防止贴片部分受到硬性冲击。⑥涂装饰。加固部位需根据使用环境进行适当的涂饰,涂饰应在树脂初期固化后进行，并应遵守所用涂料的相关标准和施工规定。对新材料新工艺的涂装，事前要做好充分研究，必要时应进行试验，确认后方可正式使用。

3.质量检验

为了解碳纤维片材的施工质量，在工程不同部位进行了两组现场检验，检验结果如表3。

从表中可知，加固结构的破坏形式均为混凝土破坏，由此可见，采用上述工艺进行碳纤维片材施工，能保证其施工质量。