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梁板粘碳纤维加固

2016-05-28 0人评论 862次浏览 分类:加固案例

 碳纤维加固包括碳纤维布加固和碳纤维板加固两种。碳纤维材料用于混凝土结构加固修补的研究始于80年代美、日等发达国家。我国的这项技术起步很晚,但随着我国经济建设和交通事业的飞速发展,现有建筑中有相当一部分由于当时设计荷载标准低造成历史遗留问题,一些建筑由于使用功能的改变,难以满足当前规范使用的需求,亟需进行维修、加固。目前常用的加固方法有很多,如:加大截面法、外包钢加固法、粘钢加固法、碳纤维加固法等。碳纤维加固修补结构技术是继加大混凝土截面、粘钢之后的又一种新型的结构加固技术。

碳纤维板加固法(又称CFRP加固法)是用粘结剂把碳纤维板粘贴在混凝土构件受力部位,和基体叠合为一体,从而达到加固目的的一种施工方法。该方法通常用在混凝土桥面板、桥墩、梁、柱、烟囱以及隧道衬砌等构件的抗弯补强、抗剪补强以及防止混凝土开裂、剥落等工程中。与钢板加固法和增厚加固法相比,碳纤维板加固法具有强度高、重量轻、易于施工、耐久性好等优良特性,可用于条件严酷、场地狭窄混凝土结构的维修、加固工程中。

    碳纤维板是将碳纤维浸渍树脂后在模具内固化并连续拉挤成型,厚度为1-1.6mm,宽度为50-100mm,长度不限。碳纤维板抗拉强度为2800 N/mm2,弹性模量为165000 N/mm2,与钢材相比,具有强度高、重量轻、耐腐蚀、施工简便等优点,在土木工程中具有极高的开发的应用价值。
1.碳纤维板加固法施工工艺流程

1主要施工步骤
    a、施工准备;
    b、混凝土表面处理;
    c、在安装碳纤维板张拉端和固定端构件的位置按照设计图纸要求钻孔种植高强度螺杆;
    d、螺杆固化达到设计强度后开始安装张拉端和固定端钢构件;
    e、碳纤维板粘贴面在粘贴前用丙酮擦洗干净;
    f、在碳纤维板和梁底接触面上涂抹粘结剂,锚具底板和梁底接触面上涂抹粘结剂;
    g、安装碳纤维板;
    h、张拉碳纤维板并对梁体挠度变化进行观测;
    i、张拉完毕后,在碳纤维板两侧(含碳纤维板)范围内粉5mm厚粘结剂作为碳板保护层;
    j、在固定锚具螺栓的螺帽处抹一层粘结剂,所有的金属件表面再抹一层防锈油脂,然后安装张拉端与固定端锚具盖帽;
    k、在被加固的梁底两侧范围包括盖帽均采用高强度、高粘结砂浆保护涂料涂刷保护。


2.碳纤维板加固法主要工艺要点
2.1  施工准备
    1、搭设施工支架、主要材料的采购及锚具钢构件的加工制造。
    根据现场条件搭设适于施工的施工支架。本项目使用的碳纤维板材料为桥梁加固专用材料,设计厚度2.4mm,极限抗拉强度为2800 MPa,弹性模量为1.65x105MPa,极限承载力为403.2KN,碳纤维板张拉控制力为220KN,为碳纤维板极限拉力的55%,该材料为进口的sika供应商提供。碳纤维板与梁体粘结采用SikaDur30粘结剂;锚具底板和梁底接触面上涂抹SikaDur31CFN粘结剂。
锚具钢构件采用厂制,锚具加工所用钢板采用15mm厚A3钢,锚固螺栓采用M8高强螺栓,张拉螺杆采用8.8级钢制M24螺杆。

    2、施工放样。在加固的T梁表面按照设计图纸放样,确定碳纤维板和两端锚具位置。放样采用钢尺定位,根据支座位置确定设计位置。


2.2  砼凿除及表面处理
    根据施工放样确定固定锚具和张拉端锚具的位置凿除梁体表面砼,厚度为1.5cm(即锚具钢板厚度),以保证粘贴锚具表面与梁体表面水平。在碳纤维板位置处采用角磨机对梁体砼表面进行打磨,再用干布拭擦,确保粘贴面平整且无粉尘。


2.3  植螺栓施工
    1、植螺栓方法:采用植筋法对螺栓进行安装,钻孔直径应与螺栓直径配套的钻头进行钻孔。
    2、植螺栓用胶和螺栓:植螺栓胶用瑞士喜利得植筋胶,螺栓采用高强锚栓。
    3、植螺栓定位、钻孔:在钻孔前先探明梁体钢筋位置并作记号,当钻孔与钢筋位置发生冲突时,适当调整孔位,钻孔时应垂直梁体,钻孔深度为15 cm。
    4、清洁孔壁及螺栓:
    (1)、将吹风机喷嘴深入成孔底部并吹入洁净无油的空气,向外拉出喷嘴,反复3次;
    (2)、将硬毛刷插入孔中,往返旋转清刷3次;
    (3)、再将吹风机喷嘴深入成孔底部吹气,反复3次;
    (4)、对要植入螺栓上的油污应进行清理;
    (5)、植螺栓前用丙酮擦拭孔壁、孔底和螺栓。
    5、植螺栓:植筋胶采用喜利得专用注射器进行灌注,灌注量为孔深的2/3,并保证在植入螺栓后有少许胶体溢出,注入胶体后应立即单向旋转插入螺栓,直至达到设计深度,确保螺杆顶端在同一平面上,并校正螺栓的垂直度。胶体完全固化前,不得触动或振动已植螺栓,以免影响其黏结性能。


2.4  固定端锚具和张拉端锚具的制作:
    1、固定端锚具和张拉端锚具采用工厂自动、半自动切割和焊接方法,切割边缘表面光滑,无毛刺、咬口等现象。
    2、锚具黏合面采用平砂轮打磨直至露出金属光泽,打磨纹路应与钢板受力方向垂直,锚具黏结面应有一定的粗糙度。
    3、锚具螺栓孔位确定与制作
    (1)将螺杆位置印到事先准备好的胶合板上。胶合板应与锚具底板大小相同,并在板上编号并标注方向。
    (2)根据印在胶合板上螺杆的位置,用开孔器钻Ø 22mm 的孔。
    (3)、将开好孔的胶合板套入螺杆上。若不行则不断修正孔,直至能顺畅地将板套入螺杆。
    (4)、复测胶合板的中线应于碳板轴线基本重合。
    (5)、将锚具送到铁件加工车间,依照胶合板上孔的位置在锚具底板上开孔。


2.5  固定端锚具和张拉端锚具的安装与锚固
    1、锚具与T梁混凝土间采用SikaDur 31 CFN粘贴,将配好的胶体正面涂抹在清洁的混凝土和锚具黏结面上,涂胶应自上而下进行。
    2、锚具黏结面上抹胶应中间厚两边薄,中间涂抹胶的厚度为5mm左右,将锚具预留孔平稳对准螺栓并迅速拧紧螺帽,使锚具与混凝土紧密黏合,清理挤出的多余胶体。


2.6  张拉碳纤维板
   1、把锚具与碳纤维板接触的部位范围内涂上油脂。
   2、用丙酮将碳纤维板接触混凝土构件的表面擦洗干净。
   3、在碳纤维板上抹2-3mm的Sikadur 30。
   4、先在固定端安装上碳纤维板,然后在张拉端安装上碳纤维板和转向板。
   5、在张拉端安装千斤顶,确保千斤顶中线与碳纤维板中线重合。千斤顶型号为FYRR-308,最大功率30T,行程210mm。
    6、先给碳纤维板施加10%的应力,使碳纤维板绷直,然后再将力归零。记录张拉端夹具的位置,并再次检查各部件的位置。
   7、再以20%和60%应力给碳纤维板施加预应力,每一级张拉结束后用扳手拧紧螺帽,每一级之间持荷5分钟,记录张拉端夹具的位置,比较实测值与计算值之间的偏差。
    8、当预应力施加到100%即张拉力为220kN时计算最终碳纤维板张拉伸长值,并持荷5分钟。
    9、张拉结束后用双螺帽固定死张拉螺杆。卸除千斤顶。
    10、切除过长的张拉螺杆,螺帽后端留3cm。


2.7 安装盖帽
    1、将锚具表面涂上一层防锈油脂。
    2、安装盖帽


2.8  成品保护
    1、用Sikadur 31 CFN填补锚具四周的缝隙。
    2、用Sikadur 31 CFN 在碳纤维板表面抹5mm厚,150mm宽的保护层。
    3、在梁外侧和金属盖帽表面滚涂丙烯酸弹性涂料Sikagard ElastoColor CW两度。


2.9  施工安全及注意事项
    1、施工中应严格遵守执行《公路桥涵施工技术规范》(JTJ041—2000)、《公路养护安全作业规程》(JTG H30-2004)、《公路工程施工安全技术规程》进行施工,做到专用设备,专职使用。
    2、为保证施工安全、结构安全及工作的顺利开展,在施工前必须对施工机具、临时设备及其它保障措施进行详细检查、核对,在确保万无一失后方可施工。
    3、 碳纤维板为导电材料,使用碳纤维板时应尽量远离电气设备及电源。 使用中应避免碳纤维板的弯折。碳纤维板配套树脂的原料应密封储存,远离火源,避免阳光直接照射, 树脂的配制和使用场所,应保持通风良好。现场施工人员应根据使用树脂材料采取相应的劳动保护措施。
    4、在碳纤维板张拉的过程中,要对梁体挠度的变化进行观测,如果挠度变化有异常情况,应停止张拉,并检查原因。
 
3 检查与
    由于张拉碳纤维板施工在公路施工是一项新工艺,没有成熟的工艺规范与规定,我们针对设计意图,参照相应标准制定了施工中的控制标准,在施工过程中严格执行。
1、锚具钢构件加工检查与验收
    锚具钢构件的加工的材质、厚度、螺孔位置、螺杆长度是确保锚具满足设计要求关键指标,根据设计要求及《机械加工手册》、《公路桥涵施工规范》的相关规定确定钢板采用A3钢、厚度采用15mm、螺孔位置±1mm、螺杆长度±0mm。经现场检查验收,均满足设计要求。
2、碳纤维板检查与验收
    碳纤维板采用sika成品,其主要指标为:设计厚度2.4mm,极限抗拉强度为2800 MPa,弹性模量为1.65x105MPa,极限承载力为403.2KN,碳纤维板张拉控制力为220KN,为碳纤维板极限拉力的55%,由sika直供商提供并确保其品质。现场的检查主要是成品的外观,经检查碳纤维板外观顺直、无毛刺、厚度均匀、与张拉固定头连接牢固,从张拉结果看sika碳纤维板质量平稳可靠,满足设计要求。
3、锚具安装检查与验收
    根据设计要求,结合《公路桥涵施工规范》的相关规定,锚具安装的容许误差为±10mm,经检查验收实际施工均满足设计要求。
4、碳纤维板张拉施工与验收
    根据设计要求,参照《预应力砼施工规范》的相关规定,碳纤维板张拉采用张拉力与伸长值双值控制,由于碳纤维板为多层碳纤维布粘结而成,其弹性模量差异系数相对较大,确定其张拉伸长量容许误差为10%,实际施工中经检查验收满足设计要求。

郑州梁板粘碳纤维加固

碳纤维布结构加固改造修复混凝土技术是一项目前在国际上正在普遍应用的技术,能广泛应用于各种建筑物结构加固上,同传统的加固的方法相比有很多优点。 
粘贴碳纤维结构加固技术是指采用高性能粘结剂将碳纤维布粘贴在建筑结构构件表面,使两者共同工作,提高结构构件的(抗弯、抗剪)承载能力,由此而达对建筑筑物进行加固、补强的目的。 
使用碳纤维布加固具有以下几个优点:a、强度高,效果好;b、加固后能大大提高结构的耐腐蚀性及耐久性;c、自重轻,基本不增加结构自重及截面尺寸;柔性好,易于裁剪,适应范围广;d、施工简便(不需大型施工机械及周转材料),易于操作,经济性好;e、施工工期短;因此,碳纤维结构加固技术在混凝土结构方面已产生较大的效应。 
碳纤维加固技术适用于各种结构类型、各种结构部位的加固修补,如梁、板、柱、屋架、桥墩、桥梁、筒体、壳体等结构,要求基层混凝土的强度等级不低于C1 5即可;另外,砖砌体的某些力学性能也可以用碳纤维进行加固。 



碳纤维布加固的施工: 

(一)施工准备   l、主要材料的准备: 
  碳纤维布及其配套用胶的进场报验。   2、辅助工具及材料的准备: 
  专用滚筒、刮板,磨光机,剪刀、凿子、榔头、台秤,灰刀,二甲苯、毛刷。   3、搭设脚手架: 
  按安全规程要求搭设脚手架,高度以方便施工为前提。 

  (二)施工工艺 
1、把被加固构件的粉刷层及表面剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化混凝土,用磨光机将需粘贴碳纤维布处横向磨平。直至完全露出混凝土结构新面。转角粘贴处应打磨层成圆孤状。 
2、用吹风机将表面浮灰清除干净并保持干燥。 
3、涂底胶,将粘结胶按比例在干净的容器中调和拌均匀后放置5分钟左右,待其熟化,均匀涂抹于粘贴部位。 
4、涂刷面胶,涂刷面胶前用指触底胶部位,以不粘手为宜,即可涂刷面胶。   5、粘贴碳纤维布,把按图纸尺寸裁好的碳纤维布用手轻压贴于需粘贴的部位,顺纤维方向多次滚压,挤除气泡,使树脂充分浸透碳纤维布,滚压时不得损伤碳纤维面。 
6.碳纤维布粘贴结束,刷一层碳纤维面胶,使胶充分渗入到碳纤维布中去。    7、多层粘贴碳纤维布时,应重复上述步聚,并宜在纤维表面的胶,指触干燥后尽快进行下一层粘贴。 
碳纤维布加固安全措施: 
l 、操作人员必须经过专业培训,懂得操作工序。 
2、操作人员必须根据工作环境佩带防护用品,如安全帽、安全带、绝缘手套、绝缘鞋、风镜口罩等,并集中精力操作。 
3、操作脚手架应牢固可靠,周围应有防护栏杆,在没有绝对可靠的防护措施下不得立体交叉作业。    ’ 
4、电器设备及架设应符合安全用电规定,应有接零或接地触电保护装置,严禁零线与相线搞混,避免相线与结构钢筋连接造成触电事故。 
5、结构胶、二甲苯等物应稳妥保管,并用防火、防爆措施,容器清洗后残余物不得随意倾倒,应按指定点集中处理。 
6、操作环境应通风,有足够的照明度。

具体梁板粘碳纤维加固施工方案可咨询:

郑州加固公司,河南加固公司-河南前景建筑加固工程有限公司 

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