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郑州市二七区政通路62号

碳纤维粘贴加固法

碳纤维粘贴加固是指碳纤维材料通过胶粘剂(浸渍树脂)充分浸润、固化,完全粘接固定在构件表面,形成坚韧的复合层,从而对被加固构件起到补强作用。要求被加固构件的现场实测混凝土强度等级不低于C15,且混凝土表面的正拉粘接强度不低于1.5MPa

粘贴在混凝土构件表面的碳纤维,不得直接暴露于阳光或有害介质中,其表面应进行防护处理。被加固的混凝土结构长期使用的环境温度不应高于60℃,如果被加固结构处于特殊环境(如高温、高湿、介质侵蚀、放射等)中,除按国家现行有关标准要求采取相应防护措施外,还应采用耐环境因素作用的胶粘剂,并按专门的工艺要求进行粘贴。

一.材料与机具

1.材料

1)碳纤维

1)碳纤维必须为连续纤维,应选用聚丙烯腈基(PAN基)12K12K以下的小丝束纤维,严禁使用大丝束纤维。

2)碳纤维的安全性能指标应符合表1-1的要求。其抗拉强度标准值应根据置信水平c=0.99、保证率为95%的要求确定。

碳纤维符合材料安全性及适配性检验合格指标            表1-1 

类别

项目

单向织物(布)

条形板

高强度I

高强度II

高强度I

高强度II

抗拉强度标准值ƒf,kMPa

3400

≥3000

≥2400

≥2000

受拉弹性模量EfMPa

≥2.4×105

≥2.1×105

≥1.6×105

≥1.4×105

伸长率(%

≥1.7

≥1.5

≥1.7

≥1.5

弯曲强度(MPa

≥700

≥600

层间剪切强度(MPa

≥45

≥35

≥50

≥40

仰贴条件下纤维复合材料与混凝土正拉粘结强度(MPa

≥2.5,且为混凝土内聚破坏

纤维体积含量(%

≥65

≥55

单位面积质量(g/m2

300

300

注:L形板的安全性及适配性检验合格指标按高强度II级条形预成型板(条形板)采用。

3)承重结构的现场粘贴加固,严禁使用单位面积质量大于300g/m2的碳纤维物或预浸法生产的碳纤维织物。

2)胶粘剂

1)碳纤维配套用胶粘剂必须进行安全性能检验,其粘接抗剪强度标准值应根据置信水平c=0.99、保证率为95%的要求确定。

2)浸渍、粘结碳纤维的胶粘剂必须采用专门配套的改性环氧树脂胶粘剂,其安全性能指标应符合表1-2的规定。承重结构加固工程中不得使用不饱和聚酯树脂、醇酸树脂等作浸渍、粘结胶粘剂。

碳纤维浸渍/粘结用胶粘剂安全性能指标                 表1-2

性能项目

性能要求

试验方法标准

A级胶

B级胶

胶体性能

抗拉强度(MPa

40

30

GB/T2567

受拉弹性模量(MPa

2500

1500

伸长率(%

1.5

弯曲强度(MPa

50

40

且不得呈脆性(碎裂状)破坏

抗压强度(MPa

70

粘结强度

-钢拉伸抗剪强度标准(MPa

14

10

GB/T7124

-钢不均匀扯离强度(kN/m

20

15

GJB94

与混凝土的正拉粘结强度(MPa

2.5,且为混凝土内聚破坏

GB50367附录F

不挥发物含量(固体含量)(%

99

GB/T2793

注:1B级胶不用于粘贴预成型板;

2、表中的性能指标,除标有强度标准值外,均为平均值;

3、当预成型板为仰面或立面粘贴时,其所使用胶粘剂的下垂度(40℃)不应大于3mm

4、当按《胶粘剂拉伸剪切强度的测定(刚性材料对刚性材料)》(GB/T7124)制备试件时,其加压养护应在侧立状态下进行。

3)底胶和修补胶应与浸渍、粘结胶粘剂相适配,其安全性能应分别符合表1-3和表1-4的要求。

底胶的安全性能指标表                     表1-3

性能项目

性能要求

试验方法标准

-钢拉伸抗剪强度标准值(MPa

当与A级胶匹配:≥14

当与B级胶匹配:≥10

GB/T7124

与混凝土的正拉粘结强度(MPa

2.5,且为混凝土内聚破坏

GB50367附录F

不挥发物含量(固体含量)(%

99

GB/T2793

混合后初黏度(23℃时)(MPas

6000

GB/T22314

修补胶的安全性能指标表                       表1-4

性能项目

性能要求

试验方法标准

胶体抗拉强度(MPa

30

GB/T2567

胶体抗弯强度(MPa

40,且不得呈脆性破坏

GB/T2567

与混凝土的正拉粘结强度(MPa

2.5,且为混凝土内聚破坏

GB50367附录F

注:表中的性能指标为平均值。

4)碳纤维粘贴工艺有两种:一种是配套底胶、修补胶和浸渍、粘接胶组成;另一种为免底涂,且浸渍、粘结与修补兼用的单一胶粘剂;工艺应符合设计要求,当设计无要求是,可根据工程需要任选一种。当选用免底涂胶粘剂时,厂商应出具免底涂胶粘剂的证书,使用单位留档备查。

5)碳纤维粘贴用胶粘剂,应通过毒性检验,严禁使用乙二胺作改性环氧树脂固化剂,严禁掺加挥发性有害溶剂和非反应性稀释剂。

2.机具

碳纤维粘贴加固的机具设备主要有角磨机(金刚石碗磨)、吹风机、小台称、滚刷等,可根据现场情况及施工面积、工期要求合理配置。

二.施工方法

1.工艺流程

基面处理底涂胶配置、涂刷→找平胶配制、修补混凝土表面不平整处→粘贴胶配制、涂刷→粘贴第一层碳纤维布→粘贴第二层碳纤维布→表面防护。

2.操作要点

(1)基层处理

1)按设计图尺寸要求进行放线定位。

2)剔除混凝土表面疏松混凝土,修补混凝土内部的裂缝。

3)打磨平整被粘贴的混凝土表面,露出混凝土结构新面。转角处打磨成圆弧状,圆弧半径不小于25mm。

4)将混凝土表面清理干净,去除灰尘并保持混凝土表面干燥。若混凝土表面有油污,可用棉纱蘸丙酮擦拭混凝土表面。

(2)涂刷底涂胶

1)按配合比准确计量配制底涂胶,搅拌均匀。

2)用专用工具将底涂胶均匀抹在混凝土表面。待胶表面指触干燥时即可进行下一步工序施工。

(3)修补基面

1)按配合比准确计量配制找平胶,搅拌均匀。填充料根据施工情况进行适量添加。

2)用找平胶填补平整混凝土表面凹陷部位,且没有棱角。转角处用找平胶修整为光滑的圆弧。

3)待找平胶表面指触干燥时,即可进行下一步工序施工。

4)粘贴碳纤维布

1)按设计要求的尺寸裁剪碳纤维布。裁剪好的碳纤维布必须成卷状妥善摆放,不得展开铺在地上,防止污染。

裁剪及使用碳纤维片材时应尽量远离电源,与高压电线及输电线路要有可靠隔离措施。

2)配制粘接胶,严格按粘接胶配合比准确计算,搅拌均匀后涂抹于所要粘贴的混凝土表面,再将裁剪好的碳纤维布贴到涂好加固部位。

配制胶粘剂的原料应密封贮存。碳纤维片材的配套用胶及用丙酮时应远离火源,避免阳光直接照射。

3)用专用工具沿纤维方向多次涂刷,挤出气泡,使胶液充分浸透纤维布。涂刷时不得损伤碳纤维布。

4)多层粘贴时重复上述步骤,待纤维布表面指触干燥时,即可进行下一层的粘贴。

5)在最后一层的碳纤维布表面均匀涂抹粘结胶。

5)表面防护

在纤维布外表面粘贴洁净砂,增加碳纤维表面粗糙度,以保证防护材料与原有纤维布之间有可靠地粘结。

三、质量控制要点

1)碳纤维片材及其配套胶进场 ,必须有生产厂家提供的产品合格证及质量证明文件,各项性能指标应符合有关标准的规定。

2)每一道工序结束后,均按工艺要求进行检查,做好相关验收记录,如出现质量问题,应立即返工。

3)大面积粘贴前需做样板,待相关材料现场复试验证后,方可大面积施工。为了确保碳纤维片材与混凝土之间的粘结质量,基底处理首先检查需加固部位本身的质量情况,对不符合要求的部位应采取措施进行处理。

4)碳纤维与混凝土间的粘结质量,可用小锤轻轻敲击或手压碳纤维表面的方法检查,总有效粘结面积不应低于95%。当碳纤维的空鼓面积不大于10000mm2时,允许采用注射法充胶修复;当空鼓面积大于10000mm2时,应割除修补,重新粘贴等量的碳纤维。粘贴时,其受力方向(顺纹方向)每端的搭接藏毒不应小于200mm;若粘贴层数超过3层,该搭接长度不应小于300mm;对非受力方向(横纹方向)每边的搭接长度可取为100mm

5)严格控制施工现场的温度和湿度,冬期施工要有可靠的保证措施。

6)碳纤维片材和配套胶粘剂按规定进行现场取样复试。

碳纤维粘贴施工质量现场检验按规范要求进行拉拔试验,现场检验应在已完成碳纤维粘贴加固的结构表面上进行。取样原则:按实际粘贴碳纤维加固结构表面面积计,500m2以下取一组试样,500~1000m2取两组试样,1000m2以上工程每1000m2取两组试样。

7)施工质量应符合《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》(CECS146)的规定。更多加固方法请关注我们官网:http://www.hnqjjg.com