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正文內(nèi)容

碳纖維加固技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用(論文)(編輯修改稿)

2025-01-22 00:27 本頁(yè)面
 

【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 建筑物的原貌和使用功能,并可能減小使用空間;適用于具體條件許可的混凝土結(jié)構(gòu)加固。 與混凝土結(jié)構(gòu)加固改造配套使用的技術(shù) 托換技術(shù) 系托梁(或桁架,以下同)拆柱(或墻,以下同)、托梁接柱和托梁換柱等技術(shù)的概稱;屬于一種綜合性技術(shù),由相關(guān)結(jié)構(gòu)加固、上部結(jié)構(gòu)頂升與復(fù)位以及廢棄構(gòu)件拆除等技術(shù)組成;適用于已有建筑物的加固改造工程;此項(xiàng)技術(shù)具有施工時(shí)間短、費(fèi)用低、對(duì)生活和生產(chǎn)影響小等優(yōu)點(diǎn),但對(duì)技術(shù)要求較高,需由熟練工人來完成,才能確 保安全。 植筋技術(shù) 系一項(xiàng)對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)捷、有效的連接與錨固技術(shù);可植入普通鋼筋,也可植入螺栓式錨筋;已廣泛應(yīng)用于已有建筑物的加固改造工程,如:施工中漏埋鋼筋或鋼筋偏離設(shè)計(jì)位置的補(bǔ)救,構(gòu)件加大截面加固的補(bǔ)筋,上部結(jié)構(gòu)擴(kuò)跨、頂升對(duì)梁、柱的接長(zhǎng),房屋加層接柱和高層建筑增設(shè)剪力墻的植筋等。 碳化混凝土修復(fù)技術(shù)(還不成熟) 系指通過恢復(fù)混凝土的堿性(鈍化作用)或增加其阻抗而使碳化造成的鋼筋腐蝕得到遏制的技術(shù)。 混凝土表層密封技術(shù) 系指采用柔性密封劑充填、聚合物灌漿、涂膜等方法對(duì)混凝土進(jìn) 行防水、防潮和防裂、加固處理的技術(shù)。 南通職業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 碳纖維加固技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用 6 除混凝土結(jié)構(gòu)之外還有不少建筑物、構(gòu)筑物為砌體結(jié)構(gòu),砌體結(jié)構(gòu)同樣有屬于自己的加固方法。 砌體結(jié)構(gòu)的加固同樣也分為直接加固與間接加固兩大類,設(shè)計(jì)時(shí),可根據(jù)實(shí)際條件和使用要求選擇適宜的方法。 適用于砌體結(jié)構(gòu)的直接加固方法 鋼筋混凝土外加層加固法 該種方法屬于復(fù)合截面加固法的一種。其優(yōu)點(diǎn)是施工工藝簡(jiǎn)單、適應(yīng)性強(qiáng),砌體加固后其承載力明顯有較大的提高,并具有成熟的設(shè)計(jì)和施工經(jīng)驗(yàn);適用于柱、帶壁墻的加固;其缺點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)施工的濕作業(yè)時(shí)間長(zhǎng),對(duì)生產(chǎn)和生 活有一定的影響,且加固后的建筑物凈空有一定的減小。 鋼筋水泥砂漿外加層加固法 該法同樣是屬于復(fù)合截面加固法的一種。其優(yōu)點(diǎn)與鋼筋混凝土外加層加固法相近,但提高承載力不如前者;適用于砌體墻的加固,有時(shí)也用于鋼筋混凝土外加層加固帶壁柱墻時(shí)兩側(cè)穿墻箍筋的封閉。 增設(shè)扶壁柱加固法 該法屬于加大截面加固法的一種。其優(yōu)點(diǎn)亦與鋼筋混凝土外加層加固法相近,但承載力提高有限,且較難滿足抗震要求,一般僅在非地震區(qū)應(yīng)用。 適用于砌體結(jié)構(gòu)的間接加固方法 無粘結(jié)外包型鋼加固法 該法屬于傳統(tǒng)加固方法 ,其優(yōu)點(diǎn)是施工簡(jiǎn)便、現(xiàn)場(chǎng)工作量和濕作業(yè)少,受力較為可靠;適用于不允許增大原構(gòu)件截面尺寸,卻又要求大幅度提高截面承載力的砌體柱的加固;其缺點(diǎn)為加固費(fèi)用較高,并需采用類似鋼結(jié)構(gòu)的防護(hù)措施。 預(yù)應(yīng)力撐桿加固法 該方法能較大幅度地提高砌體柱的承載能力,且加固效果可靠;適用于加固處理高應(yīng)力、高應(yīng)變狀態(tài)的砌體結(jié)構(gòu)的加固;其缺點(diǎn)是不能用于溫度在 600℃以上的環(huán)境中 砌體結(jié)構(gòu)構(gòu)造性加固與修補(bǔ) 增設(shè)圈梁加固 當(dāng)圈梁設(shè)置不符合現(xiàn)行設(shè)計(jì)規(guī)范要求,或縱橫墻交接處咬搓有明顯缺陷,或房屋的整體性較 差時(shí),應(yīng)增設(shè)圈梁進(jìn)行加固。 增設(shè)梁墊加固 南通職業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 碳纖維加固技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用 7 當(dāng)大梁下磚砌體被局部壓碎或大梁下墻體出現(xiàn)局部豎直裂縫時(shí),應(yīng)增設(shè)梁墊進(jìn)行加固 [2][6]。 砌體局部拆砌 當(dāng)房屋局部破裂但在查清其破裂原因后尚未影響承重及安全時(shí),可將破裂墻體局部拆除,并按提高砂漿強(qiáng)度一級(jí)用整磚填砌。 碳纖維材料具有高強(qiáng)度、高彈性模量、重量輕及耐腐蝕性好等特點(diǎn),其抗拉強(qiáng)度是普通鋼筋的十倍左右,彈性模量略高于普通鋼筋的彈性模量。加固、修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)所有碳纖維材料主要為兩種:碳纖維材料與配套樹脂。其中碳纖 維的抗拉強(qiáng)度為建筑鋼材的十倍,而彈性模量與鋼材相當(dāng),某些(如高彈性)碳纖維的彈性模量甚至在鋼材的兩倍以上,且施工性能與耐久性良好,是一種很好的加固修復(fù)材料;配套樹脂則包括底層樹脂、找平樹脂及粘結(jié)樹脂,前兩者的作用是為了提高碳纖維的粘結(jié)質(zhì)量,而后者的作用則是使碳纖維與混凝土能夠形成一個(gè)復(fù)合性整體,并且共同工作,提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗彎、抗剪承載力,達(dá)到對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件進(jìn)行加固、補(bǔ)強(qiáng)的目的。 傳統(tǒng)加固方法很多種,但每種方法所加固、修復(fù)的對(duì)象十分有限,可是碳纖維材料卻適用于各種結(jié)構(gòu)類型、各種結(jié)構(gòu)部位的加固修補(bǔ),就憑這一點(diǎn),碳 纖維加固技術(shù)就已經(jīng)將傳統(tǒng)的加固技術(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)的拋在了后面。碳纖維對(duì)梁、板、柱、屋架、橋墩、橋梁、煙囪、筒體、殼體等結(jié)構(gòu)均能加固、修復(fù);另外,碳纖維同樣可以對(duì)磚砌體進(jìn)行加固。具體說來可以但不限制于:利用碳纖維加固公路橋敦結(jié)構(gòu)、對(duì)既有鋼筋混凝土煙囪的加固;構(gòu)件抗彎加固、梁柱構(gòu)件的抗剪加固、混凝土柱子牛腿斷裂加固、砌體的抗震加固、承載力不足加固、樓宇增層加固、框架柱軸壓比超限加固、樓板開裂加固、剪力墻開洞加固、樓面荷載增大加固、橋梁斷裂、舊橋大修加固和水塔加固等等, 另外,采用該工法,可大大提高建筑物的使用壽命,降低加固 成本 。 碳纖維根據(jù)原料及生產(chǎn)方式的不同,主要分為聚丙烯腈( PAN)基碳纖維及瀝青基碳纖維。碳纖維產(chǎn)品包括 PAN 基碳纖維(高強(qiáng)度型)及瀝青基碳纖維(高彈性型)。 不同類型的樹脂還可以保證其對(duì)砼具有良好的滲透作用,例如底涂樹脂;以及對(duì)碳纖維片與砼結(jié)構(gòu)的粘接作用,例如環(huán)氧粘結(jié)樹脂等。 嚴(yán)格來說僅僅依靠碳纖維片本身并不能充分發(fā)揮其強(qiáng)大的力學(xué)特性及優(yōu)越的耐久性能,碳纖維片材中的各碳纖維絲很難完全共同工作,在承受較低的荷載時(shí),一部分應(yīng)力水平較高的碳纖維絲首先達(dá)到其抗拉強(qiáng)度并退出工作狀態(tài),以此類推,各碳纖維絲 逐漸斷裂,直至整體破壞。而使用粘結(jié)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(qiáng)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 南通職業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 碳纖維加固技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用 8 粘結(jié)劑對(duì)碳纖維布的加固起著關(guān)鍵的作用,它既要確保各碳纖維絲共同工作,同時(shí)又確保碳纖維布與結(jié)構(gòu)共同工作,從而達(dá)到加固補(bǔ)強(qiáng)的目的。而此處所說的粘結(jié)劑則是指環(huán)氧樹脂, 因此,環(huán)氧樹脂的性能是重要的關(guān)鍵之一。環(huán)氧樹脂因類型不同而有不同的性能,適應(yīng)于各個(gè)部位的不同要求。例如底涂樹脂對(duì)混凝土具有良好的滲透作用,能滲入到混凝土內(nèi)一定深度;粘貼碳纖維片的環(huán)氧樹脂易于“透” 過碳纖維片,有很強(qiáng)的粘結(jié)力。依使用溫度的不同,樹脂還分為夏用及冬用類樹脂。 碳纖維片工法中使用了底涂、膩?zhàn)印⒔B粘著樹脂等三種環(huán)氧樹脂。上述三種環(huán)氧樹脂的使用目的各不相同,其物性標(biāo)準(zhǔn)也不相同。其有關(guān)介紹如下: 底涂 底涂必須確實(shí)具有把作用在混凝土表面上的荷載傳遞到碳纖維片上的力學(xué)性能。因此粘著強(qiáng)度成為制定其物性標(biāo)準(zhǔn)的重要依據(jù)。 膩?zhàn)? 膩?zhàn)佑糜谔畛浠炷辽系奈⑿∪睋p部分。因此,要求必須具有與混凝土同等以上的壓縮強(qiáng)度。此外,還要求具有較高的壓縮彈性模量。根據(jù)以上理由,制定膩?zhàn)?的物性標(biāo)準(zhǔn)時(shí)主要根據(jù)其壓縮強(qiáng)度及壓縮彈性模量。 膩?zhàn)优c底涂一樣必須具有把因荷載作用等在混凝土表面上發(fā)生的應(yīng)變確實(shí)傳遞到碳纖維片上的力學(xué)性能。因此剪切強(qiáng)度及粘著強(qiáng)度便成為制定其物性標(biāo)準(zhǔn)的重要依據(jù)。 粘著樹脂 碳纖維片工法系通過向碳纖維片內(nèi)滲透浸滲粘著樹脂、通過固化形成 CFRP。重要 的是固化后的 CFRP 的物性,而浸滲粘著樹脂本身的物性并非重要。但要想獲得良好的CFRP 物性,浸滲粘著樹脂本身的物性確實(shí)也有影響。因此制定了最小限度的張拉強(qiáng)度及彎曲強(qiáng)度的物性標(biāo)準(zhǔn) [7]。 浸滲粘著樹脂除 滲透到碳纖維片內(nèi)、通過固化形成 CFRP 之外,還具有粘著劑的功能。與膩?zhàn)?、底涂同樣,必須具有把因載荷作用等在混凝土表面上發(fā)生的應(yīng)變確實(shí)傳遞到碳纖維片上的力學(xué)性能。因此剪切強(qiáng)度及粘著強(qiáng)度便成為制定其物性標(biāo)準(zhǔn)的重要依據(jù)。 碳纖維加固的流程一般為: 構(gòu)件表面處理 — 粘貼面基層處理 — 涂底層涂料 — 構(gòu)件表面環(huán)氧膩?zhàn)有扪a(bǔ) — 貼碳纖維片材 — 氧化固話 — 涂裝 其中各步驟操作要點(diǎn)如下 [4,5,7,8]: 混凝土基底處理 ( 1)將混凝土構(gòu)件表面的殘缺、破損部分清除干凈并達(dá)到結(jié)構(gòu)密實(shí)部位 ,必要時(shí)再用高強(qiáng)水泥砂漿將表面修補(bǔ)完整。 南通職業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 碳纖維加固技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用 9 ( 2)裂縫修補(bǔ)??p寬小于 的裂縫,用環(huán)氧樹脂進(jìn)行表面涂抹密閉;大于或等于 的裂縫用環(huán)氧樹脂灌縫。 ( 3)對(duì)貼片范圍的定位、劃墨線、按修復(fù)、補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行。 ( 4)棱角的部位,用磨光機(jī)磨成圓角。圓角半徑宜 30mm,最小不得小于 20mm。 涂底層涂料 ( 1)把底層涂料的主劑和固化劑按規(guī)定比例稱量準(zhǔn)確后放人容器內(nèi),用攪拌器拌合均勻,一次調(diào)和量應(yīng)以在可使用時(shí)間內(nèi)用完為準(zhǔn),超過可使用時(shí)間不得再用。 ( 2)用滾筒刷均勻地涂抹底層涂料 (含有溶劑的毛刷或用溶劑弄濕了 的滾筒不得使用 )。 ( 3)指觸干燥時(shí)間因氣溫不同,一般在 3h 到 1d 之間變化。 ( 4)底層涂料固化后,在構(gòu)件表面有凝結(jié)凸起時(shí),要用砂紙磨光。磨光后若露出混凝土基面,應(yīng)再補(bǔ)涂底層涂料。 ( 5)根據(jù)施工部位的溫度,濕度選擇適當(dāng)?shù)牡讓油苛稀T跉鉁?5℃以下。相對(duì)濕度 RH> 85%、混凝土表面含水率在 8%以上,有結(jié)露可能而無有效措施時(shí),不得施工。 構(gòu)件表面的殘缺修補(bǔ)。 ( 1)構(gòu)件表面凹陷部位(蜂窩、麻面、小孔等)應(yīng)用環(huán)氧膩?zhàn)犹钇剑迯?fù)至表面平整。 ( 2)內(nèi)角(段差、起拱等)要用環(huán)氧膩?zhàn)犹钛a(bǔ), 使之平順。在殘缺修補(bǔ)中使用環(huán)氧膩?zhàn)訒r(shí),要在氣溫 5℃以上,相對(duì)濕度 RH< 85%的條件下施工。膩?zhàn)油抗魏?,表面仍存在的凹凸糙紋,應(yīng)再用砂紙打磨平整。 粘貼碳纖維片 ( 1)確認(rèn)粘貼表面干燥,氣溫在 5℃以下,相對(duì)濕度 RH> 85%時(shí),如無有效措施時(shí)不得施工。 ( 2)防止碳纖維片受損。碳纖維片在運(yùn)輸,儲(chǔ)存。裁切和粘貼過程中,嚴(yán)禁受到彎折。因此,貼片前應(yīng)用鋼直尺與壁紙刀按規(guī)定尺寸裁切碳纖維片,每段長(zhǎng)度一般以不超過 6m 為宜。要使用更長(zhǎng)的片材時(shí),除精心防止彎折外,對(duì)脫泡(即趕出氣泡)、滲浸過程必須加借謹(jǐn)慎操作 。為防止片材在保管過程中損壞,片材的裁切數(shù)量應(yīng)以當(dāng)大的用量為準(zhǔn)。 ( 3)纖維片縱向接頭必須搭接 10cm 以上。該部位應(yīng)多涂粘結(jié)樹脂。纖維片橫向不需要搭接。 ( 4)粘結(jié)樹脂的主劑和固化劑應(yīng)按規(guī)定的比例稱量準(zhǔn)確,裝入容器,用攪拌器攪拌均勻。一次調(diào)和量應(yīng)以在可使用時(shí)間內(nèi)用完為準(zhǔn)。 ( 5)貼片前用滾筒刷均勻地涂抹粘結(jié)樹脂,稱為下涂。下涂的涂量標(biāo)準(zhǔn)如下:200g/m2 的碳纖維片, 400~ 500g/m2; 300g/m2 的碳纖維片, 500~ 600g/m2:涂量是根 南通職業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)
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