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碳纖維加固在煤礦建筑物上的應用

2013-10-28

碳纖維布結構加固技術簡介

      粘貼碳纖維結構加固技術是指采用高性能粘結劑將碳纖維布粘貼在建筑結構構件表面,使兩者共同工作,提高結構構件的(抗彎、抗剪)承載能力,由此而達到對建筑物進行加固、補強的目的。

碳纖維增強聚合物是由環氧樹脂粘高抗拉強度的碳纖維束而成的。使用碳纖維布加固具有以下幾個優點:

a、強度高(強度約為普通鋼材的10倍),效果好;

b、加固后能大大提高結構的耐腐蝕性及耐久性;

c、自重輕(約200g/m2),基本不增加結構自重及截面尺寸;柔性好,易于裁剪,適用范圍廣;

d、施工簡便(不需大型施工機構及周轉材料),易于操作,經濟性好;

e、施工工期短(本工程實例僅用一月);因此,碳纖維結構加固技術在混凝土結構方面已產生較大的效應。

      碳纖維加固技術適用于各種結構類型、各種結構部位的加固修補,如梁、板、柱、屋架、橋墩、橋梁、筒體、殼體等結構,要求基層混凝土的強度等級不低于c15即可;另外,磚砌體的某些力學性能也可以用碳纖維進行加固。


碳纖維布加固的原理

      用于建筑結構加固的碳纖維材料具有優良的力學性能,其抗拉強度一般為建筑用鋼材的十幾倍;但是,碳纖維材料織成碳纖維布后,其中的各碳纖維絲很難完全共同工作,在承受較低的荷載時,一部分應力水平較高的碳纖維絲首先達到其抗拉強度并退出工作狀態,以此類推,各碳纖維絲逐漸斷裂,直至整體破壞。而使用粘結劑后,各碳纖維絲能很好地共同工作,大大提高碳纖維布的抗拉強度,故碳纖維加固首先必須使碳纖維布中的碳纖維絲能共同工作,因此粘結劑對碳纖維布的加固起著關鍵的作用,它既要確保各碳纖維絲共同工作,同時又確保碳纖維布與結構共同工作,從而達到加固的目的。

      銅川礦務局王石凹煤礦篩選廠與裝車倉建于1960年,1961年投產使用,在1980年,由于使用不當,造成部分構件損壞,進行過一次加固。根據現行規范,整個建筑物已經接近規范規定的50年使用期,但根據生產實際需要,為了充分利用建筑物的潛在能力,為生產繼續發揮作用,2008年5月,礦務局決定對該工程進行加固改造。首先,委托西安建筑科技大學建筑物檢測鑒定站對該工程進行了全面的檢測鑒定,工程現狀為:該工程為多層工業廠房,1-5層為框架結構,6層為磚混結構,經多年使用,柱、梁混凝土酥松,縱向開裂、剝落,邊角露筋腐蝕嚴重,鋼筋受力截面削弱,部分梁有斷裂現象,樓板腐蝕破壞也非常嚴重,危及結構安全,影響工人的生產情緒,根據《鑒定報告》,該建筑物為C級,屬可加固范圍;然后經設計人員分析比較,選擇粘貼碳纖維布進行加固,能防止腐蝕性氣體的侵蝕,延長梁的使用壽命。


碳纖維布加固的依據

1、王石凹煤礦篩選廠與裝車倉圖紙。

2、混凝土結構的腐蝕情況。

3、混凝土的實際檢測強度。

4、《混凝土結構加固技術規程》。

碳纖維布加固的施工

1、施工準備

(1)、施工材料的準備

碳纖維布采用英國SIGMATE碳纖維布,型號為300g/m2,配套碳纖維膠(及修補砂漿為金草田牌。

(2)、輔助材料的準備

專用滾筒,刮板,角向磨光機,剪刀,鑿子,榔頭,臺秤,丙酮。

(3)、搭設腳手架

按安全規程要求搭設好腳手架,高度以方便施工為前提。

2、施工工藝及操作要求

(1)、卸載:加固前應對所加固構件盡可能卸載。

(2)、表面處理;鑿去結合面酥松層、碳化銹裂層及嚴重油污層,直至完全露出堅實基層,并用修復材料將表面修復平整,如有裂縫要用環氧樹脂進行修補。被粘貼混凝土表面應打磨平整,轉角粘貼處要進行倒角處理并打磨成圓弧狀,圓弧半徑不應小于20mm。然后將混凝土表面清理干凈并保持干燥。

(3)、涂底膠:將膠甲、乙組分按比例稱好,放在潔凈的容器中調和均勻,用刮板將它均勻地涂在混凝土表面,待膠固化后(固化時間視現場氣溫而定,以指觸干燥為準)再進行下一工序施工。注意:調好的底膠須在規定的時間內用完,一般情況下40min內用完。

(4)、找平:混凝土表面凹陷部位用修補膠填平,模板接頭等出現高度差的部位應用修補膠填補,盡量減少高度差。

(5)、粘貼碳纖維布: 按設計要求的尺寸裁剪碳纖維布,如需接長時,搭接長度不應小于100mm,且各層搭接位置應相互錯開。將浸漬樹脂均勻涂抹于所要粘貼的部位,將已裁剪好的碳纖維布迅速粘貼在設計部位,然后用專用滾子沿碳纖維布的受力方向來回滾壓,擠出汽泡使浸漬樹脂浸透碳纖維布。滾壓時不得損傷碳纖維布。待指觸干燥后,即可以進行第二道碳纖維布的粘貼,方法同第一道。在最后一層的碳纖維布的表面均勻涂抹浸漬樹脂,上覆蓋塑料薄膜。注意:端部用橫向碳纖維布固定。

(6)、表面處理:待指壓干燥后,至少8小時后,去除塑料薄膜,在碳纖維布薄膜再刮涂一層面膠,來回滾壓,使膠充分滲入到碳纖維布中去。待面膠指觸干燥后,表面做一層水泥砂漿保護層。


結論

      根據加固原理可知,在施工前必須選擇合適的粘結劑,認真查看材料的質保書及使用說明,掌握材料的各有關參數,以確保它有足夠的強度,能保證碳纖維絲共同工作,同時又確保碳纖維布與結構共同工作;在施工過程中,參照使用說明,每道膠都必須處理好,特別是粘貼碳纖維布的粘貼膠,應盡可能讓膠充分地滲入到碳纖維絲之間(細部空鼓處,可用針筒注射膠),確保相互共同工作。

通過對銅川礦務局王石凹煤礦篩選廠與裝車倉工程實例的施工操作,深深體會到碳纖維布結構加固技術簡介中介紹的各項優點,該工程施工時,在確保安全的前提下,僅使用了簡單的腳手架,而且,碳纖維布裁剪非常方便,可以根據形狀及尺寸隨意裁剪,在各種支架的遮擋處可以隨意穿過,施工非常方便。


      由此可見,碳纖維布加固結構技術的優點很明顯,應用前景很光明。


      粘貼碳纖維結構加固技術是一種新型的加固技術,已經得到較為廣泛的應用,并已產生較大的經濟效益;在混凝土結構的加固中,碳纖維布主要是分擔鋼筋的受力,即碳纖維布的主要作用是提高結構構件的抗拉強度。

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