新曼联(北京)工程材料技术研究院是从事新型建筑材料和工程材料的研究开发、生产销售及施工服务于一体的。主营业务为灌浆材料、特性砂浆、结构加固材料、砼外加剂、防水防腐材料等。
碳纤维布在桥梁加固中的探讨:
我国乃桥梁大国,尤其自以来,在桥梁建设方面我国取得了巨大的成就。然而伴随着桥梁总数量的不断上升,大部分桥梁正面临技术标准低、通行能力差的问题,以至于无法满足当今日益增长的交通需求,甚至已经威胁到桥梁的行驶安全。
碳纤维布在结构加固的运用
随着工程结构老龄化现象的不断加剧,以及复杂环境、灾害的侵蚀与破坏,越来越多的结构因强度与耐久性下降,而急需加固处理。传统的加固方法,无论是减小使用空间、影响结构外观,还是自重较大、增加结构负担,都会为结构加固带来一定的局限性,而碳纤维布加固,能有效避免常规加固方法存在的端,正逐渐成为结构加固中热门的方法。
碳纤维布施工对基材有何要求?
随着既有建筑服役年限的不断增长,越来越多的建筑出现了耐久性下降、承载力不足的情况。而结构加固,能够有效改善结构受力,结构使用寿命,逐渐受到越来越广泛的关注。在加固施工中,混凝土基材是影响加固效果的重要因素之一,在碳纤维布施工中,应当引起注意。
碳纤维布加固的特点
1、碳纤维布加固法是一种新型的结构加固技术,它是利用树脂类胶结材料将碳纤维布粘贴于混凝土表面,并与结构形成整体受力体系,增强被加固结构的抗弯或抗剪能力,从而达到对结构补强加固及改善结构受力性能的目的。
碳纤维布加固补强法,始于二十世纪八十年代美、日等国家,目前是国际土木工程领域开发研究的一个热点。我国是在1997年才正式开始对碳纤维类加固技术进行研究的,并在1998年开始了实际的工程应用。
2、碳纤维加固特点
强度高,与传统的混凝土结构加固技术相比,碳纤维布加固法具有很明显的优越性:碳纤维材料具有优异的物理力学性能,其抗拉强度**普通钢材的10倍,较适合于钢筋混凝土结构的加固补强;其轻质柔软,适用面广,施工便捷,尤其是可在不中断交通时进行加固施工;加固厚度小,可不增加原结构的恒载,特别适用于建筑高度受限制情况下加固补强;同时还具有良好的耐久性及耐腐蚀性等。
不增加恒载及断面尺寸碳纤维布的自重仅为200~300克/平方米,设计厚度为0.111—0.167,加上环氧树脂系列的粘结材料的自重也很轻,对整个结构重量及桥下净空的影响微乎甚微,可忽略不计。同时,碳纤维布可以多层粘贴。根据补强的要求,碳纤维布可以在一个部位重叠粘贴,充分满足补强的要求。这一优点更是传统补强方式所难以比拟的。
施工简便
碳纤维布柔软,对被补强物没有形状要求,*预制材料、大型施工机械和现场固定设施,并且工期短。采用碳纤维布加固补强,对原结构不产生新的损伤碳纤维布加固补强系采用碳纤维胶粘结材料进行粘贴,不需要设置锚固及开凿混凝土等,因而不会对已经损伤的结构产生新的破坏,更可避免钻孔时与结构内原有钢筋和预应力素发生冲突而引起新的问题。能有效地封闭混凝土的裂缝
碳纤维布(片)粘贴在混凝土的表面,不仅封闭了混凝土的裂缝,其高强高模量的特性还约束了混凝土结构裂缝的生成与扩展,改变了裂缝的形态,使宽而深的裂缝变成分散的细微裂缝,从而提高了混凝土构件的整体刚度。
碳纤维布具有优良的耐化学腐蚀性碳纤维布是一种复合材料,几乎无腐蚀性和磁性以及具有较好的耐热性,不仅能经得起水泥碱性的侵蚀,而且当应用于经常受盐害侵蚀等腐蚀性环境时,其寿命也较长(200年)。因而碳纤维布加固法,在不利环境下较其它方法更显出其优。
不影响结构的外观碳纤维布的厚度很薄,粘贴固化后其表面还可以涂刷一层与原有结构外观颜色一致的涂料,而不影响结构的外观。
双向碳纤维布按照径向和纬向不同的编制形式可以分为平纹、斜纹、缎纹、纹以及其它形式。
平纹:经纱与纬纱以一上一下的交织形成的织物。
平纹布的特点:因经线纬线每隔一根交错一次 ,相同根数的经纬纱排列面,交织次数多,所以交织点多,纱线屈曲多,浮长线短。同样由于经纬纱交织次数较多,纱线靠的不太紧密,织物的可密性差、易拆散。碳纤维布采用这种编制工艺可以使碳布质地坚牢、平整度高、透气性好、硬挺且较为轻薄耐磨性好。
斜纹:经线和纬线的交织点在织物表面呈现一定角度的斜纹线的结构形式。 如图2(a)所示是斜纹织物结构示意图,分子表示经组织点的数目,分母则表示纬组织点的数目。一个完全组织中有三根经纬线,可以用分数的形式表示。
斜纹布的特点:斜纹布交织次数较少,织物较为柔软,密度相对较大且厚度较厚,光泽性、弹性以及抗皱性比较好,织物正外观不同,互为相反的纹路,如正面右斜纹路,则是左斜纹路。
斜纹织物与平纹织物相比,在组织循环内交织点较少,有浮长线,织物的可密性大,不易松散,但坚牢度不如平纹。
缎纹:经线(或纬线)浮线较长,交织点较少,它们虽形成斜线,但不是连续的,相互间隔距离有规律而均匀,此织物结构形式称为缎纹组织。
缎纹布的特点:每间隔四根以上纱线发生一次经纱与纬纱的交错,且这些交织点为单的、互不连续的、均匀分布在一个组织循环内。经纱或纬纱浮线长易摩擦起毛、勾丝。但是可构成光亮的表面,它更容易对光线产生反射,特别是采用光亮、捻度很小的长丝纱时,这种效果更为强烈。缎纹织物表面平整、富有光泽。正外观不同,各自呈现一种纱线。缎纹织物比平纹、斜纹厚实,质地柔软,悬垂性好,可织的密度。
一、材料选择采购
应按照设计院设计和规范要求选择质量符合要求的材料,并且材料的采购计划需经过技术负责人审核过后在进行采购;采购的时候采购人员必须严格按照图纸设计要求选择技术成熟,信誉良好且加固材料通过国检安全性的企业进行采购,并且在施工之前应选择具有的单位将所选材料进行抽样检测,保证材料的质量和品质符合设计要求。
二、混凝土结构基面打磨处理
首先清理掉疏松的混凝土,如露出钢筋,需要将钢筋表面受侵蚀的部位清理干净,用修补砂浆进行修补过后,在进行施工。须注意的是,在进行本过程的时候,需等修补砂浆干燥后方可进行下一步施工。
三、针对施工工艺不符合规范的时候,需由人员进行技术交底:
在施工现场技术人员应根据设计图纸要求,施工规范以及所选用材料的使用说明书针对结构胶的使用方法及碳纤维布的粘贴方法编织技术交底,并且对施工人员进行结构胶以及碳纤维布粘贴方法进行培训,在大面积粘贴之前先小面积进行粘贴试验,待施工人员都熟练掌握施工方法之后再进行大面积粘贴施工。
四、粘贴碳纤维布需注意的事项
1、粘贴碳纤维材料部位的混凝土应保持干燥,其表层含水率不宜大于4%,且不**过6%,对含水率**限的混凝土需进行人工干燥或者选用耐潮湿的结构胶进行粘贴;
2、在进行完粘贴碳纤维布的前期准备之后,粘贴碳纤维布时一定要用配套结构胶浸润,尽可能让结构胶充分渗入碳纤维单丝之间的空隙中,提高各单丝之间共同工作的性能。浸润后的碳纤维布用手轻压贴于加固部位,用橡皮滚筒顺纤维方向均匀平稳压实,使结构胶从两边溢出,保证碳纤维布与结构之间密实无空洞;
3、粘贴施工时所用结构胶自搅拌完成时应在说明书规定的时间内使用完,否则也会影响加固质量。
4、碳纤维为导电纤维,施工过程中应避免与电源接触,以免发生触电事故。
新曼联(北京)工程材料技术研究院拥有雄厚的科研实力,在建筑、环保、材料等领域,积累了多余项科研成果、配套技术;培养出众多工程技术、管理人才,获得多项国家及省部级设计和工程奖励。
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