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宜興市恒固碳纖維制品有限公司
主營(yíng)產(chǎn)品: 特種建材
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益陽(yáng)碳纖維布批發(fā)
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商品參數(shù)
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商品介紹
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產(chǎn)地 江蘇
功能 加固
規(guī)格 一級(jí)300g200克
品牌 恒固
材質(zhì) 碳纖維
商品介紹
我們知道碳纖維布分為單向布和雙向布,用在建筑加固上的為單向布,那么,單向碳纖維布是如何成型的?
將大量的破纖維長(zhǎng)絲沿一個(gè)主方向(通常是經(jīng)向)均勻平鋪,用較少的破纖維絲將主方向上的碳纖維絲編織在一起,形成較薄的、以主方向上纖維受力的碳纖維織物。碳纖維單向織物的織造方法有多種,常見的有3種,即機(jī)織單向織物、無(wú)緯單向織物和整編單向織物。
機(jī)織單向織物是用徳國(guó)織機(jī)織造的,一般為徑向單向織物。無(wú)緯單向織物,即一般認(rèn)為的單向織物,例如UD織物實(shí)際是一種預(yù)浸片材,是用特殊設(shè)備將碳纖維垂直交又鋪放為西層或多層,再用樹脂粘合,或者復(fù)合成一層薄膜、離型紙、纖維網(wǎng)格等。縫編單向織物是用徳國(guó)的縫編設(shè)備將纖維紗線按一個(gè)方向排列,用聚酯紗線縫編而成的織物。
單向碳纖維布經(jīng)常被用來(lái)對(duì)混凝土、鋼或其它材料構(gòu)件進(jìn)行修復(fù)、加固和翻新。其抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到3500MPa以上,為普通建筑用鋼材的十幾倍,而比重為1.8kg/m3,僅為鋼材比重的四分之一。
簡(jiǎn)單一句話概括就是,碳纖維材料是一種高強(qiáng)輕質(zhì)的高性能材料。
在加固鋼筋混凝土技術(shù)所涉及的材料主要有兩種:一是碳纖維布,二是粘貼材料,如悍馬碳纖維布,悍馬碳纖維膠。這門技術(shù)是將碳纖維布粘貼在鋼筋混凝土構(gòu)件受拉表面,使強(qiáng)度非常高的破纖維布和結(jié)構(gòu)構(gòu)件有機(jī)結(jié)合形成整體,共同受力,從而達(dá)到修補(bǔ)裂縫或提高構(gòu)件承裁力的目的。常用規(guī)格是12k 200g/m2和12k 300g/m2。
據(jù)了解碳纖維布加固技術(shù)在90年代在我國(guó)建筑工程和橋梁隧道工程領(lǐng)域中開始被應(yīng)用,在早期其加固費(fèi)用昂貴,碳纖維布加固技術(shù)的發(fā)展被限制,隨著我國(guó)科技實(shí)力的不斷發(fā)展,碳纖維布加固的造價(jià)不斷降低,使的碳纖維布加固技術(shù)日益成熟,其應(yīng)用領(lǐng)域不斷增大,讓碳纖維材料在工程應(yīng)用領(lǐng)域中得到了全面推廣。
碳纖維布加固混凝土柱:
采用碳纖維布對(duì)混凝土進(jìn)行加固,其原理是利用了碳纖維的高抗拉強(qiáng)度和對(duì)混凝土的約束作用,使得混凝土處于三向受壓狀態(tài),從而提高混凝土柱的極限承載力和壓縮能力。
碳纖維布加固混凝土梁:
根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究成果,碳纖維布加固梁的破壞形式有以下幾種:
1、界限破壞,當(dāng)碳纖維和鋼筋的配置率適當(dāng),在受壓混凝土達(dá)到極限應(yīng)變的時(shí)候,受拉區(qū)纖維剛好達(dá)到極限強(qiáng)度,此時(shí)材料的強(qiáng)度得到充分發(fā)揮,截面的延性也達(dá)值;
2、適筋破壞,鋼筋受拉屈服,受壓區(qū)混凝土被壓壞,碳纖維未達(dá)到極限應(yīng)變;
3、少筋破壞,受拉鋼筋先達(dá)到屈服,然后碳纖維片材超過(guò)極限拉應(yīng)變,并達(dá)到極限狀態(tài)而被拉壞,而此時(shí)受壓區(qū)混凝土尚未破壞;
4、超筋破壞,加固量過(guò)大,受拉鋼筋屈服前,受壓區(qū)混凝土被壓壞;
5、粘接破壞,在達(dá)到正截面極限承載力前,碳纖維片材與混凝土產(chǎn)生剝離破壞。
與此同時(shí),碳纖維布加固在工程中已經(jīng)有了很多的應(yīng)用,卡本碳纖維布在上海證券交易所加固工程以及清華附屬中學(xué)等加固改造工程中得到了大范圍使用。在這些工程中它們所有的一個(gè)共同病害就是混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫,為了防止裂縫處鋼筋與空氣接觸產(chǎn)生氧化,從而導(dǎo)致銹蝕,應(yīng)對(duì)裂縫進(jìn)行修補(bǔ)。對(duì)裂縫進(jìn)行修補(bǔ)過(guò)后,在采用碳纖維布進(jìn)行加固,大致過(guò)程如下:
1、首先按照?qǐng)D紙要求進(jìn)行定位放線;
2、采用硬毛刷對(duì)混凝土表面進(jìn)行清理并將轉(zhuǎn)角處打磨成圓弧狀;
3、按設(shè)計(jì)要求裁剪碳纖維布;
4、涂抹底膠,粘貼碳纖維布,并沿著單向多次刮壓,涂刷面膠,并對(duì)碳纖維布進(jìn)行防護(hù);
5、待膠固化后,對(duì)粘貼碳纖維布進(jìn)行驗(yàn)收。
總而言之,碳纖維布加固技術(shù)與傳統(tǒng)的增大截面加固法、粘鋼加固法等相比,碳纖維布加固法具有抗拉強(qiáng)度高,耐腐蝕性好、自重輕、施工便捷等優(yōu)點(diǎn),為結(jié)構(gòu)安全保駕護(hù)航。與此同時(shí),碳纖維布加固除了對(duì)開裂的梁板進(jìn)行加固處理之外,還可在戶型改造工程、房屋加層工程、地下室改造工程以及古建筑的修復(fù)工程中應(yīng)用。
碳纖維布等加固材料在有水環(huán)境下測(cè)試加固效果
我國(guó)擁有內(nèi)海和領(lǐng)海面積達(dá)38萬(wàn)平方公里,內(nèi)河也有七大水系。如此龐雜的水域系統(tǒng),必然擁有數(shù)量巨大的橋梁、碼頭等相關(guān)設(shè)施但是隨著時(shí)間的推移,加之潮濕環(huán)境的作用,這些設(shè)施會(huì)比普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)更易產(chǎn)生病害。對(duì)它們的加固必不可少也關(guān)系重大!
本文以橋梁的水中橋墩為例,簡(jiǎn)要介紹幾種不同情況下,對(duì)已腐蝕橋墩的加固保護(hù)方法
一、水中橋墩混凝土腐蝕用碳纖維布加固
①基面處理
根據(jù)要求確定需要修補(bǔ)混凝土的位置,后用高壓水沖洗青苔及污泥再用氣動(dòng)打磨機(jī)磨掉混凝土表面酥松層,直至露出堅(jiān)實(shí)基層。
②基面找平
將水下找平膠按照A組份:B組份=2:1的重量比攪拌至完全均勻,將找平膠用劈刀刮抹到混凝土表面即可,每次修補(bǔ)厚度不宜超過(guò)10毫米,如需修補(bǔ)較厚層可分批涂抹找平膠,待24小時(shí)后再涂抹下一層。
③下料
根據(jù)圖紙要求把所需粘貼的碳布按尺寸裁好,平鋪到雙層塑料薄膜上,薄膜厚度約10絲。
④混合
將水下碳纖維浸漬膠按A:B=2:1的重量比稱量A/B組份到開口容器里,以不超過(guò)300轉(zhuǎn)的低速攪拌,直至色澤、形態(tài)完全均勻?yàn)橹?,在攪拌過(guò)程中確保所有部位接觸到,以便得到混合效果。
⑤預(yù)浸碳布
把調(diào)好的浸漬膠用刮板沿纖維方向反復(fù)碾壓至浸透到碳布里,需保證碳布其中一面的保障膠層稍厚,把雙層薄膜的另一層鋪展到碳布上,再把碳布按碳絲走向裹成小卷備用.
⑥粘貼碳纖維布
施工人員潛水到粘貼位置把卷好的碳布展開,撕開膠層稍厚的那面薄膜,將碳布從一端到另一端的粘貼方式粘貼到加固基面上,邊貼邊用刮板按照碳絲方向反復(fù)刮壓,促使碳纖維布平直、延展、無(wú)水泡,浸漬膠充分滲透到混凝土表層。貼完布后24小時(shí)再撕下另一面薄膜即可。
B、水上高濕施工
①基面處理
基材表面應(yīng)全面打磨,無(wú)任何附著物,粘貼部位有尖銳棱角的需要打磨成圓角,小內(nèi)徑為20㎜。
②基面找平
將水下找平膠按照A組份:B組份=2:1的重量比攪拌均勻,將找平膠用劈刀刮抹到混凝土表面即可,每次修補(bǔ)厚度不宜超過(guò)10毫米,如需修補(bǔ)較厚層可分批涂抹找平膠,待12小時(shí)后再涂抹下一層。
③下料
根據(jù)圖紙要求把所需粘貼的碳布按尺寸裁好,再把碳布按碳絲走向裹成小卷備用。
④混合浸漬膠
按A:B=3:1的重量比稱量A/B組份到開口容器里,以不超過(guò)300轉(zhuǎn)的低速攪拌,直至色澤、形態(tài)完全均勻?yàn)橹?,在攪拌過(guò)程中確保所有部位接觸到,以便得到混合效果。
⑤上膠
用塑料刮板將浸漬膠涂抹到需貼碳纖維的基面上。
⑥貼布
將裁剪好的碳纖維布貼于混凝土涂膠面,碳纖維布要平直、延展。(碳纖維布如有接頭,搭接長(zhǎng)度應(yīng)為20mm,且接頭應(yīng)在基材全長(zhǎng)的1/3處,不得在基材的中間),再用刮板反復(fù)刮刷碳纖維表面,確保浸漬膠浸透到混凝土與碳纖維布中并脫泡;后用刮板在布的外表面刮涂一層浸漬膠,反復(fù)刮壓使之充分浸透到碳纖維布的纖維中,促使碳纖維布平直、延展、無(wú)氣泡,浸漬膠充分滲透。
⑦噴砂
后用3~6mm的沙石(石英砂)灑在涂有膠的施工面上,確保粉刷層的粘結(jié)性。
二、水中橋墩混凝土腐蝕用鋼板加固
A、粘貼面處理
①混凝土粘貼面應(yīng)鑿除苔蘚,油垢、污物,然后用角磨機(jī)打磨除去混凝土面1-2mm厚表層,打磨完畢用高壓水沖洗干凈。
②鋼板粘貼面應(yīng)首先除銹除油,然后用角磨機(jī)進(jìn)行粗糙處理,直至打磨出現(xiàn)金屬光澤,備用。
B、加壓固定系統(tǒng)準(zhǔn)備
加壓固定可采用螺栓、角鋼、墊板所組成的系統(tǒng),該系統(tǒng)在被粘貼的環(huán)形鋼板兩端合適位置鉆孔臨時(shí)固定螺栓、角鋼,供壓緊鋼板使用。
C、配制水下粘鋼膠
①粘鋼膠為A、B兩組份,配比為A:B=2:1。配膠宜用機(jī)械攪拌,攪拌器可由電錘和攪拌齒組成,攪拌齒可用電錘鉆頭端部焊接十字形Φ14鋼筋制成。少量(指0.5公斤以內(nèi))也可用Φ6、Φ8細(xì)鋼筋棍人工攪拌。(注意:僅用膩刀拌和,不能保證攪拌均勻)。
②取潔凈容器(塑料或金屬盆,不得有油污、雜質(zhì))和稱重衡器按配合比混合,并用攪拌器攪拌5分鐘左右至A、B組份混合均勻?yàn)橹?。攪拌時(shí)沿同一方向攪拌,盡量避免混入空氣形成氣泡。每次配膠量不宜過(guò)多,現(xiàn)配現(xiàn)用。
D、涂膠和粘貼
膠粘劑配制好后,用膩刀涂抹在已處理好的鋼板表面上(或混凝土表面),膠斷面宜略成三角形,中間厚3毫米左右,邊緣厚1毫米左右,然后將鋼板粘貼在構(gòu)件上,用準(zhǔn)備好的固定加壓系統(tǒng)固定,并適當(dāng)擰緊螺栓加壓,以膠液剛從鋼板邊擠出為度。
E、維護(hù)
粘貼后,鋼板涂水下防銹漆3道。
三、水下植筋加固
①打孔
按照設(shè)計(jì)圖紙要求的尺寸鉆孔。
②清孔
三吹三刷,打好孔后用高壓水吹掉孔內(nèi)泥灰,再用毛刷刷掉孔壁表面松動(dòng)的混凝土,后用高壓水清孔干凈,保持待用。
③注膠
將混合器裝上,檢查混合器必須有螺旋管否則不可以用,嚴(yán)禁現(xiàn)場(chǎng)拔去注膠嘴里的螺旋管;將膠裝上膠,勻速擠出膠液,前三的膠液應(yīng)舍去,把注膠嘴插入孔底,邊打膠邊緩慢外提式注膠,正常注膠量為孔體積的2/3,膠打完后換新的膠瓶注膠嘴也應(yīng)更換新的,沒有打完的膠液把注膠嘴去除,出膠口擦干凈,螺帽擰緊可下次再用。
④植筋
注完膠后將螺紋鋼或帶肋鋼筋按順時(shí)針方向緩慢旋轉(zhuǎn)插入孔底,有少許膠液溢出為好,擦掉溢出的多余膠液。
⑤養(yǎng)護(hù)
靜置讓錨固膠自然固化,養(yǎng)護(hù)時(shí)間根據(jù)溫度而定,養(yǎng)護(hù)期間不得旋轉(zhuǎn)、敲擊螺桿。
碳纖維布加固技術(shù)在建筑上的應(yīng)用
目前,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)己成為現(xiàn)代建筑、構(gòu)筑物常用的結(jié)構(gòu)形式,成為我國(guó)乃至世界各國(guó)占主導(dǎo)地位的建筑結(jié)構(gòu),在我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮著不可代替的作用。因此,確保鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的安全使用具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。但是由于自然災(zāi)害、年久失修以及人為因素、荷載等級(jí)提高和設(shè)計(jì)規(guī)范修訂等原因?qū)е陆ㄖY(jié)構(gòu)承載力不足,影響正常使用和安全運(yùn)行,須對(duì)其進(jìn)行加固處理;加之一些結(jié)構(gòu)工程中混凝土的質(zhì)量不盡理想,致使加固維修問(wèn)題更為突出,己成為經(jīng)濟(jì)建設(shè)的沉重負(fù)擔(dān)并制約了進(jìn)一步的發(fā)展。
加固改造具有三個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn):投資少、工期短、省空間,這些都會(huì)帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益,特別是時(shí)間和空間的節(jié)省,對(duì)工業(yè)生產(chǎn)和商業(yè)活動(dòng)來(lái)講,在效益方面往往起著決定性的作用。對(duì)承載力不足的工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)加固,不僅可以使的生命及財(cái)產(chǎn)得到保障,還可以盡可能地發(fā)揮既有結(jié)構(gòu)的作用,緩解人力、物力、資金緊張的情況,使資金投到需要的地方。
現(xiàn)有的加固方法
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的加固技術(shù)越來(lái)越受到人們的重視,人們?cè)陂L(zhǎng)期地研究與實(shí)踐過(guò)程中,形成了多種加固方法,傳統(tǒng)的加固方法有以下幾種①:
1)增大截面法
通過(guò)使用同質(zhì)材料增大原結(jié)構(gòu)的截面面積,來(lái)提高構(gòu)件承載力,同時(shí)加大截面剛度,增強(qiáng)抗震能力,工藝簡(jiǎn)單,適用面廣。缺點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)多,施工周期長(zhǎng),對(duì)原結(jié)構(gòu)影響較大,如:減小使用空間,增加結(jié)構(gòu)自重等。
2)外包鋼法
以型鋼包裹于結(jié)構(gòu)的四角或兩角,對(duì)構(gòu)件的截面和外觀影響較小,較大幅度地提高承載力,施工簡(jiǎn)單,工作量小,增大延性,適用于加固混凝土柱、梁等結(jié)構(gòu);缺點(diǎn)是用鋼量較大,抗腐蝕性和耐久性差,費(fèi)用高。
3)預(yù)應(yīng)力加固法
采用外加預(yù)應(yīng)力拉桿或型鋼撐桿進(jìn)行加固,降低應(yīng)力水平,提高承載力,幾乎不改變使用空間。缺點(diǎn)是耐火性、耐腐蝕性較差,且對(duì)施工設(shè)備、工序及施工人員的素質(zhì)要求較高。
4)增設(shè)支點(diǎn)法
增設(shè)支點(diǎn)是用減少構(gòu)件計(jì)算跨度,從而減小結(jié)構(gòu)內(nèi)力,提高承載力,并且縮小裂縫寬度效果明顯。缺點(diǎn)是影響原結(jié)構(gòu)布局,使用功能受到限制。
5)托梁拔柱法
是一種托屋架拔柱、托墻拔柱及托梁拔柱的加固方法,改造時(shí)間短、費(fèi)用低,缺點(diǎn)是技術(shù)要求高、安全隱患大。適用于工業(yè)廠房的改造。
6)粘鋼加固法
粘鋼加固法是將鋼板粘貼在構(gòu)件外部來(lái)提高結(jié)構(gòu)承載能力的一種方法。該方法幾乎不改變構(gòu)件外形和使用空間,施工簡(jiǎn)單快速,濕作業(yè)量小,但對(duì)構(gòu)件工作環(huán)境有要求,環(huán)境溫度不高于60℃,相對(duì)濕度不大于70%,無(wú)化學(xué)腐蝕。
傳統(tǒng)加固方法雖然種類較多,且每種加固方法都有各自的優(yōu)點(diǎn),但每種方法加固的綜合效果都不能完全滿足使用者的要求。隨著碳纖維增強(qiáng)塑料的出現(xiàn)及對(duì)其增強(qiáng)加固混凝土結(jié)構(gòu)效果研究的深入,這種加固技術(shù)越來(lái)越受到建筑行業(yè)的青睞,其應(yīng)用越來(lái)越廣泛。
碳纖維加固技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
碳纖維增強(qiáng)塑料(Carbo<em></em>nFiber Reinforced Plastics,下稱CFRP,常以碳纖維布的形式出現(xiàn)),具有優(yōu)異的物理力學(xué)性能、耐久性及抗腐蝕性等特點(diǎn)。該材料是在日本發(fā)明的,早應(yīng)用于航空航天,國(guó)外早對(duì)纖維加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)進(jìn)行研究的是德國(guó)IBMB研究院和瑞士的EMPA實(shí)驗(yàn)室,日本、韓國(guó)和美國(guó)緊隨其后,碳纖維塑料對(duì)鋼筋混凝土進(jìn)行修復(fù)加固在發(fā)達(dá)國(guó)家已成為一項(xiàng)成熟技術(shù)②。
與傳統(tǒng)加固方法比較,碳纖維增強(qiáng)塑料具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì),主要體現(xiàn)在③:
1)強(qiáng)度高、延性好
碳纖維布具有優(yōu)異的物理力學(xué)性質(zhì),抗拉強(qiáng)度2500-4500MPa(是普通鋼材的10倍左右),彈性模量是普通鋼材的1-2倍。以其強(qiáng)度來(lái)提高承載力,以其高彈性模量來(lái)改善結(jié)構(gòu)的延展性,從而達(dá)到加固的目的。
2)耐久性和耐腐蝕性好
由于其固有的化學(xué)特性,致使碳纖維布能夠抵抗一般酸堿鹽的腐蝕,有良好的耐腐蝕性和耐久性,而且其本身還可以起到對(duì)內(nèi)部混凝土結(jié)構(gòu)的保護(hù)作用,間接增加了混凝土保護(hù)層,從而達(dá)到雙重效果。
3)不增加構(gòu)件的自重及體積
碳纖維布質(zhì)量輕,厚度薄,粘貼后基本不增加結(jié)構(gòu)自重和尺寸,不影響建筑物的有效使用空間和外觀。
4)適用面廣
碳纖維布是一種柔性材料,可以方便地裁剪,所以這種加固技術(shù)可以廣泛適用于各種結(jié)構(gòu)類型(如橋梁、隧道、涵洞、煙囪等)、各種結(jié)構(gòu)形狀(如矩形、圓形、曲面結(jié)構(gòu)等)、各種結(jié)構(gòu)部位(梁、板、柱、節(jié)點(diǎn)、拱、殼等),且不改變結(jié)構(gòu)形狀及不影響結(jié)構(gòu)外觀,這是傳統(tǒng)加固方法所不具有的。
5)施工便捷高效
碳纖維布加固,無(wú)大型機(jī)具,沒有濕作業(yè),占用場(chǎng)地少。施工工效高,粘貼碳纖維法是粘貼鋼板施工工效的4-5倍。施工質(zhì)量易保證,碳纖維預(yù)浸料輕質(zhì)柔軟,易貼附,即使被加固的結(jié)構(gòu)表面不是非常平整,也可以保證很高的粘貼率。
碳纖維布的這些特點(diǎn),為建筑結(jié)構(gòu)的加固提供了技術(shù)支持,決定了碳纖維加固技術(shù)具有很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益。
碳纖維加固材料發(fā)展及其缺點(diǎn)
然而,隨著碳纖維材料在加固領(lǐng)域發(fā)揮重要作用的同時(shí),也存在著不足:
1)拉伸彈性模量相對(duì)于其強(qiáng)度過(guò)低
應(yīng)用于結(jié)構(gòu)加固的碳纖維拉伸強(qiáng)度一般在3000MPa以上,而其彈性模量只有230GPa左右,高彈性模量的也不過(guò)380-640GPa 左右。要發(fā)揮較大的強(qiáng)度,碳纖維布需相當(dāng)大的變形,當(dāng)與鋼筋共同工作時(shí),鋼筋達(dá)到屈服強(qiáng)度時(shí)CFRP并未發(fā)揮出全部強(qiáng)度,從而無(wú)法充分利用碳纖維的強(qiáng)度,且難以有效地抑止結(jié)構(gòu)的變形與裂縫的發(fā)展。
2)混凝土與碳纖維間的粘結(jié)層易破壞
環(huán)氧樹脂粘結(jié)層的剪切強(qiáng)度與剪切變形是一定的,超過(guò)極限應(yīng)變后,粘結(jié)層將產(chǎn)生界面微裂縫,隨著微裂縫的不斷擴(kuò)展,后發(fā)生剝離破壞,所以粘貼CFRP片材加固有其限度,過(guò)量粘貼會(huì)導(dǎo)致界面無(wú)法傳遞足夠的剪應(yīng)力使得CFRP的強(qiáng)度無(wú)法得到充分利用,并且在構(gòu)件承受較大荷載時(shí)容易出現(xiàn)粘結(jié)破壞。
現(xiàn)有的加固手段是將CFRP非常緊密地粘貼到試件的表面,當(dāng)試件的表面有一定的曲率時(shí),CFRP在受拉的同時(shí)還會(huì)承受一個(gè)由曲率帶來(lái)的剝離應(yīng)力,這也會(huì)加快構(gòu)件的粘結(jié)破壞。
3)無(wú)屈服點(diǎn),為脆性破壞
碳纖維布是一種線性材料,沒有像鋼筋那樣的屈服點(diǎn),結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞前沒有先兆,為脆性破壞。
粘貼碳纖維布和粘鋼的適用性對(duì)比
現(xiàn)代建筑中,粘鋼加固和碳纖維加固應(yīng)用較多,此處將兩種加固方法進(jìn)行對(duì)比:
碳纖維布輕質(zhì)高強(qiáng),厚度為0.111-0.167mm,抗拉強(qiáng)度高,為普通鋼材的8-10倍,但各向異性,即抗拉強(qiáng)度高但抗剪強(qiáng)度低;施工更為簡(jiǎn)便,施工速度為粘鋼的2-3倍。
鋼板的物理力學(xué)性能為各項(xiàng)同性,受力性能好;施工時(shí)需夾具和施工機(jī)具,施工工序和施工操作性較碳纖維布復(fù)雜。
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)地迅猛發(fā)展,各類建筑結(jié)構(gòu)的適用性和安全性被廣泛關(guān)注,如何在確保安全的前提下,低投資帶來(lái)高回報(bào),成為新時(shí)代的焦點(diǎn)。以醫(yī)院等公共建筑為例,新的醫(yī)療設(shè)備或者結(jié)構(gòu)功能調(diào)整,對(duì)原有結(jié)構(gòu)提出了需求,如何在短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到要求,盡可能減少對(duì)社會(huì)的損失,都值得我們認(rèn)真思考。
碳纖維布具有強(qiáng)度高、延性好、耐腐蝕和耐久性好、適用面廣、施工便捷等優(yōu)點(diǎn),在建筑加固中具有廣闊的前景。隨著科技的不斷進(jìn)步,新的加固材料、新的加固技術(shù),必將為建設(shè)注入新的色彩。
碳纖維布一般都有多厚呢?可能很多朋友并不了解或者沒有見過(guò)這種材料。碳纖維布從早的航空、宇宙關(guān)聯(lián)器材的應(yīng)用開始,到體育用品和機(jī)械產(chǎn)品,近年,作為混凝土構(gòu)造物補(bǔ)強(qiáng)材料的替代品,被廣泛應(yīng)用在高速公路、鐵路橋和橋的橋墩、隧道、建筑物的抗震補(bǔ)強(qiáng)工程中。
近這幾年,碳纖維布行業(yè)的發(fā)展勢(shì)頭是非常強(qiáng)烈的,尤其是用碳纖維制成的復(fù)合材料可以極大地增強(qiáng)復(fù)合材料的強(qiáng)度和韌性。而碳纖維本身厚度有很大的不同,比如說(shuō)有的是0.111mm的厚度,還有的是0.167mm的厚度。當(dāng)然也有一些碳纖維是非常厚的,比如說(shuō)0.294mm或者0.333mm的厚度都有,關(guān)鍵就是看具體的工程的實(shí)際需要。
很多做加固的朋友對(duì)碳纖維布的厚度都有一個(gè)疑問(wèn),比如,為什么300g的碳纖維布是0.167mm?很簡(jiǎn)單,碳纖維的密度ρ=1.8g/cm3,厚度=克重/密度,所以300g的碳纖維布厚度:
300g/m2除以1.8g/cm3=0.167mm。
下面就來(lái)簡(jiǎn)單介紹一下有關(guān)碳纖維布的一些情況。
碳纖維布行業(yè)發(fā)展是非常的不錯(cuò)的,這種材料可以在各行各業(yè)都能夠使用的到,尤其是在工程加固行業(yè),屬于性能高強(qiáng)的新型的加固材料。比如說(shuō)在建筑結(jié)構(gòu)上面使用這種材料可以讓結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度得到極大的提升,同時(shí)還能夠增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗震能力。
但是,碳纖維布需要和碳纖維膠配套使用,才能起到加固補(bǔ)強(qiáng)的作用。一般的操作是,用碳纖維膠將碳纖維布和混凝土等基材粘結(jié)在一起,以此提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、抗震、抗老化等方面的能力。
另外,碳纖維布本身質(zhì)輕、有韌性,可以包裹不同外形的構(gòu)件,也可以在狹小的空間內(nèi)使用。比如在橋梁建造的時(shí)候,或者是在見到一些形狀比較復(fù)雜的需要加固的建筑工程的時(shí)候就能夠使用的到。
關(guān)于碳纖維布的一些話題就簡(jiǎn)要的為大家介紹到這里了,希望通過(guò)今天的介紹能夠讓大家對(duì)這種材料有更多的了解。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)碳纖維布的企業(yè)不少,但是,關(guān)于碳纖維布的品質(zhì)是參差不齊的,客戶在購(gòu)買時(shí)可以從多方面綜合考慮。
碳纖維布是一種優(yōu)質(zhì)的建筑加固材料,相對(duì)于常規(guī)加固方法,不僅強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、對(duì)原結(jié)構(gòu)空間占用小,同時(shí)質(zhì)軟能像布料一樣適用于復(fù)雜多變的建筑表面。碳纖維布加固技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展,如今已經(jīng)名副其實(shí)的成為加固行業(yè)中,采用多的加固方法之一。
碳纖維布在混凝土結(jié)構(gòu)中,主要對(duì)受彎構(gòu)件起到加強(qiáng)承載力的作用,就好比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中受拉區(qū)布置的鋼筋一樣。滿足安全性鑒定的碳纖維布具有高達(dá)3400MPa的強(qiáng)度,然而在實(shí)際的設(shè)計(jì)施工中,考慮到二次受力等因素的影響,會(huì)出現(xiàn)僅采用一層碳纖維布無(wú)法達(dá)到強(qiáng)度要求的情況,這時(shí)就需要采取多層碳纖維布進(jìn)行加固處理。
多層碳纖維布加固中應(yīng)用廣的是雙層碳纖維布加固。相對(duì)于單層纖維布的粘貼,雙層碳纖維布的施工工藝要復(fù)雜一些。雙層碳纖維布粘貼時(shí),應(yīng)在層碳布浸漬膠達(dá)到指干狀態(tài)前立即粘貼下一層,若延誤時(shí)間超過(guò)1小時(shí),則應(yīng)等待12小時(shí)后重新在層碳布上涂抹膠體進(jìn)行施工,同時(shí)在粘貼前需要注意將灰塵等對(duì)粘貼效果有影響的雜質(zhì)進(jìn)行清除。
將大量的破纖維長(zhǎng)絲沿一個(gè)主方向(通常是經(jīng)向)均勻平鋪,用較少的破纖維絲將主方向上的碳纖維絲編織在一起,形成較薄的、以主方向上纖維受力的碳纖維織物。碳纖維單向織物的織造方法有多種,常見的有3種,即機(jī)織單向織物、無(wú)緯單向織物和整編單向織物。
機(jī)織單向織物是用徳國(guó)織機(jī)織造的,一般為徑向單向織物。無(wú)緯單向織物,即一般認(rèn)為的單向織物,例如UD織物實(shí)際是一種預(yù)浸片材,是用特殊設(shè)備將碳纖維垂直交又鋪放為西層或多層,再用樹脂粘合,或者復(fù)合成一層薄膜、離型紙、纖維網(wǎng)格等。縫編單向織物是用徳國(guó)的縫編設(shè)備將纖維紗線按一個(gè)方向排列,用聚酯紗線縫編而成的織物。
單向碳纖維布經(jīng)常被用來(lái)對(duì)混凝土、鋼或其它材料構(gòu)件進(jìn)行修復(fù)、加固和翻新。其抗拉強(qiáng)度可以達(dá)到3500MPa以上,為普通建筑用鋼材的十幾倍,而比重為1.8kg/m3,僅為鋼材比重的四分之一。
簡(jiǎn)單一句話概括就是,碳纖維材料是一種高強(qiáng)輕質(zhì)的高性能材料。
在加固鋼筋混凝土技術(shù)所涉及的材料主要有兩種:一是碳纖維布,二是粘貼材料,如悍馬碳纖維布,悍馬碳纖維膠。這門技術(shù)是將碳纖維布粘貼在鋼筋混凝土構(gòu)件受拉表面,使強(qiáng)度非常高的破纖維布和結(jié)構(gòu)構(gòu)件有機(jī)結(jié)合形成整體,共同受力,從而達(dá)到修補(bǔ)裂縫或提高構(gòu)件承裁力的目的。常用規(guī)格是12k 200g/m2和12k 300g/m2。
據(jù)了解碳纖維布加固技術(shù)在90年代在我國(guó)建筑工程和橋梁隧道工程領(lǐng)域中開始被應(yīng)用,在早期其加固費(fèi)用昂貴,碳纖維布加固技術(shù)的發(fā)展被限制,隨著我國(guó)科技實(shí)力的不斷發(fā)展,碳纖維布加固的造價(jià)不斷降低,使的碳纖維布加固技術(shù)日益成熟,其應(yīng)用領(lǐng)域不斷增大,讓碳纖維材料在工程應(yīng)用領(lǐng)域中得到了全面推廣。
碳纖維布加固混凝土柱:
采用碳纖維布對(duì)混凝土進(jìn)行加固,其原理是利用了碳纖維的高抗拉強(qiáng)度和對(duì)混凝土的約束作用,使得混凝土處于三向受壓狀態(tài),從而提高混凝土柱的極限承載力和壓縮能力。
碳纖維布加固混凝土梁:
根據(jù)實(shí)驗(yàn)研究成果,碳纖維布加固梁的破壞形式有以下幾種:
1、界限破壞,當(dāng)碳纖維和鋼筋的配置率適當(dāng),在受壓混凝土達(dá)到極限應(yīng)變的時(shí)候,受拉區(qū)纖維剛好達(dá)到極限強(qiáng)度,此時(shí)材料的強(qiáng)度得到充分發(fā)揮,截面的延性也達(dá)值;
2、適筋破壞,鋼筋受拉屈服,受壓區(qū)混凝土被壓壞,碳纖維未達(dá)到極限應(yīng)變;
3、少筋破壞,受拉鋼筋先達(dá)到屈服,然后碳纖維片材超過(guò)極限拉應(yīng)變,并達(dá)到極限狀態(tài)而被拉壞,而此時(shí)受壓區(qū)混凝土尚未破壞;
4、超筋破壞,加固量過(guò)大,受拉鋼筋屈服前,受壓區(qū)混凝土被壓壞;
5、粘接破壞,在達(dá)到正截面極限承載力前,碳纖維片材與混凝土產(chǎn)生剝離破壞。
與此同時(shí),碳纖維布加固在工程中已經(jīng)有了很多的應(yīng)用,卡本碳纖維布在上海證券交易所加固工程以及清華附屬中學(xué)等加固改造工程中得到了大范圍使用。在這些工程中它們所有的一個(gè)共同病害就是混凝土結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫,為了防止裂縫處鋼筋與空氣接觸產(chǎn)生氧化,從而導(dǎo)致銹蝕,應(yīng)對(duì)裂縫進(jìn)行修補(bǔ)。對(duì)裂縫進(jìn)行修補(bǔ)過(guò)后,在采用碳纖維布進(jìn)行加固,大致過(guò)程如下:
1、首先按照?qǐng)D紙要求進(jìn)行定位放線;
2、采用硬毛刷對(duì)混凝土表面進(jìn)行清理并將轉(zhuǎn)角處打磨成圓弧狀;
3、按設(shè)計(jì)要求裁剪碳纖維布;
4、涂抹底膠,粘貼碳纖維布,并沿著單向多次刮壓,涂刷面膠,并對(duì)碳纖維布進(jìn)行防護(hù);
5、待膠固化后,對(duì)粘貼碳纖維布進(jìn)行驗(yàn)收。
總而言之,碳纖維布加固技術(shù)與傳統(tǒng)的增大截面加固法、粘鋼加固法等相比,碳纖維布加固法具有抗拉強(qiáng)度高,耐腐蝕性好、自重輕、施工便捷等優(yōu)點(diǎn),為結(jié)構(gòu)安全保駕護(hù)航。與此同時(shí),碳纖維布加固除了對(duì)開裂的梁板進(jìn)行加固處理之外,還可在戶型改造工程、房屋加層工程、地下室改造工程以及古建筑的修復(fù)工程中應(yīng)用。
碳纖維布等加固材料在有水環(huán)境下測(cè)試加固效果
我國(guó)擁有內(nèi)海和領(lǐng)海面積達(dá)38萬(wàn)平方公里,內(nèi)河也有七大水系。如此龐雜的水域系統(tǒng),必然擁有數(shù)量巨大的橋梁、碼頭等相關(guān)設(shè)施但是隨著時(shí)間的推移,加之潮濕環(huán)境的作用,這些設(shè)施會(huì)比普通鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)更易產(chǎn)生病害。對(duì)它們的加固必不可少也關(guān)系重大!
本文以橋梁的水中橋墩為例,簡(jiǎn)要介紹幾種不同情況下,對(duì)已腐蝕橋墩的加固保護(hù)方法
一、水中橋墩混凝土腐蝕用碳纖維布加固
①基面處理
根據(jù)要求確定需要修補(bǔ)混凝土的位置,后用高壓水沖洗青苔及污泥再用氣動(dòng)打磨機(jī)磨掉混凝土表面酥松層,直至露出堅(jiān)實(shí)基層。
②基面找平
將水下找平膠按照A組份:B組份=2:1的重量比攪拌至完全均勻,將找平膠用劈刀刮抹到混凝土表面即可,每次修補(bǔ)厚度不宜超過(guò)10毫米,如需修補(bǔ)較厚層可分批涂抹找平膠,待24小時(shí)后再涂抹下一層。
③下料
根據(jù)圖紙要求把所需粘貼的碳布按尺寸裁好,平鋪到雙層塑料薄膜上,薄膜厚度約10絲。
④混合
將水下碳纖維浸漬膠按A:B=2:1的重量比稱量A/B組份到開口容器里,以不超過(guò)300轉(zhuǎn)的低速攪拌,直至色澤、形態(tài)完全均勻?yàn)橹?,在攪拌過(guò)程中確保所有部位接觸到,以便得到混合效果。
⑤預(yù)浸碳布
把調(diào)好的浸漬膠用刮板沿纖維方向反復(fù)碾壓至浸透到碳布里,需保證碳布其中一面的保障膠層稍厚,把雙層薄膜的另一層鋪展到碳布上,再把碳布按碳絲走向裹成小卷備用.
⑥粘貼碳纖維布
施工人員潛水到粘貼位置把卷好的碳布展開,撕開膠層稍厚的那面薄膜,將碳布從一端到另一端的粘貼方式粘貼到加固基面上,邊貼邊用刮板按照碳絲方向反復(fù)刮壓,促使碳纖維布平直、延展、無(wú)水泡,浸漬膠充分滲透到混凝土表層。貼完布后24小時(shí)再撕下另一面薄膜即可。
B、水上高濕施工
①基面處理
基材表面應(yīng)全面打磨,無(wú)任何附著物,粘貼部位有尖銳棱角的需要打磨成圓角,小內(nèi)徑為20㎜。
②基面找平
將水下找平膠按照A組份:B組份=2:1的重量比攪拌均勻,將找平膠用劈刀刮抹到混凝土表面即可,每次修補(bǔ)厚度不宜超過(guò)10毫米,如需修補(bǔ)較厚層可分批涂抹找平膠,待12小時(shí)后再涂抹下一層。
③下料
根據(jù)圖紙要求把所需粘貼的碳布按尺寸裁好,再把碳布按碳絲走向裹成小卷備用。
④混合浸漬膠
按A:B=3:1的重量比稱量A/B組份到開口容器里,以不超過(guò)300轉(zhuǎn)的低速攪拌,直至色澤、形態(tài)完全均勻?yàn)橹?,在攪拌過(guò)程中確保所有部位接觸到,以便得到混合效果。
⑤上膠
用塑料刮板將浸漬膠涂抹到需貼碳纖維的基面上。
⑥貼布
將裁剪好的碳纖維布貼于混凝土涂膠面,碳纖維布要平直、延展。(碳纖維布如有接頭,搭接長(zhǎng)度應(yīng)為20mm,且接頭應(yīng)在基材全長(zhǎng)的1/3處,不得在基材的中間),再用刮板反復(fù)刮刷碳纖維表面,確保浸漬膠浸透到混凝土與碳纖維布中并脫泡;后用刮板在布的外表面刮涂一層浸漬膠,反復(fù)刮壓使之充分浸透到碳纖維布的纖維中,促使碳纖維布平直、延展、無(wú)氣泡,浸漬膠充分滲透。
⑦噴砂
后用3~6mm的沙石(石英砂)灑在涂有膠的施工面上,確保粉刷層的粘結(jié)性。
二、水中橋墩混凝土腐蝕用鋼板加固
A、粘貼面處理
①混凝土粘貼面應(yīng)鑿除苔蘚,油垢、污物,然后用角磨機(jī)打磨除去混凝土面1-2mm厚表層,打磨完畢用高壓水沖洗干凈。
②鋼板粘貼面應(yīng)首先除銹除油,然后用角磨機(jī)進(jìn)行粗糙處理,直至打磨出現(xiàn)金屬光澤,備用。
B、加壓固定系統(tǒng)準(zhǔn)備
加壓固定可采用螺栓、角鋼、墊板所組成的系統(tǒng),該系統(tǒng)在被粘貼的環(huán)形鋼板兩端合適位置鉆孔臨時(shí)固定螺栓、角鋼,供壓緊鋼板使用。
C、配制水下粘鋼膠
①粘鋼膠為A、B兩組份,配比為A:B=2:1。配膠宜用機(jī)械攪拌,攪拌器可由電錘和攪拌齒組成,攪拌齒可用電錘鉆頭端部焊接十字形Φ14鋼筋制成。少量(指0.5公斤以內(nèi))也可用Φ6、Φ8細(xì)鋼筋棍人工攪拌。(注意:僅用膩刀拌和,不能保證攪拌均勻)。
②取潔凈容器(塑料或金屬盆,不得有油污、雜質(zhì))和稱重衡器按配合比混合,并用攪拌器攪拌5分鐘左右至A、B組份混合均勻?yàn)橹?。攪拌時(shí)沿同一方向攪拌,盡量避免混入空氣形成氣泡。每次配膠量不宜過(guò)多,現(xiàn)配現(xiàn)用。
D、涂膠和粘貼
膠粘劑配制好后,用膩刀涂抹在已處理好的鋼板表面上(或混凝土表面),膠斷面宜略成三角形,中間厚3毫米左右,邊緣厚1毫米左右,然后將鋼板粘貼在構(gòu)件上,用準(zhǔn)備好的固定加壓系統(tǒng)固定,并適當(dāng)擰緊螺栓加壓,以膠液剛從鋼板邊擠出為度。
E、維護(hù)
粘貼后,鋼板涂水下防銹漆3道。
三、水下植筋加固
①打孔
按照設(shè)計(jì)圖紙要求的尺寸鉆孔。
②清孔
三吹三刷,打好孔后用高壓水吹掉孔內(nèi)泥灰,再用毛刷刷掉孔壁表面松動(dòng)的混凝土,后用高壓水清孔干凈,保持待用。
③注膠
將混合器裝上,檢查混合器必須有螺旋管否則不可以用,嚴(yán)禁現(xiàn)場(chǎng)拔去注膠嘴里的螺旋管;將膠裝上膠,勻速擠出膠液,前三的膠液應(yīng)舍去,把注膠嘴插入孔底,邊打膠邊緩慢外提式注膠,正常注膠量為孔體積的2/3,膠打完后換新的膠瓶注膠嘴也應(yīng)更換新的,沒有打完的膠液把注膠嘴去除,出膠口擦干凈,螺帽擰緊可下次再用。
④植筋
注完膠后將螺紋鋼或帶肋鋼筋按順時(shí)針方向緩慢旋轉(zhuǎn)插入孔底,有少許膠液溢出為好,擦掉溢出的多余膠液。
⑤養(yǎng)護(hù)
靜置讓錨固膠自然固化,養(yǎng)護(hù)時(shí)間根據(jù)溫度而定,養(yǎng)護(hù)期間不得旋轉(zhuǎn)、敲擊螺桿。
碳纖維布加固技術(shù)在建筑上的應(yīng)用
目前,鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)己成為現(xiàn)代建筑、構(gòu)筑物常用的結(jié)構(gòu)形式,成為我國(guó)乃至世界各國(guó)占主導(dǎo)地位的建筑結(jié)構(gòu),在我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)中發(fā)揮著不可代替的作用。因此,確保鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的安全使用具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。但是由于自然災(zāi)害、年久失修以及人為因素、荷載等級(jí)提高和設(shè)計(jì)規(guī)范修訂等原因?qū)е陆ㄖY(jié)構(gòu)承載力不足,影響正常使用和安全運(yùn)行,須對(duì)其進(jìn)行加固處理;加之一些結(jié)構(gòu)工程中混凝土的質(zhì)量不盡理想,致使加固維修問(wèn)題更為突出,己成為經(jīng)濟(jì)建設(shè)的沉重負(fù)擔(dān)并制約了進(jìn)一步的發(fā)展。
加固改造具有三個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn):投資少、工期短、省空間,這些都會(huì)帶來(lái)顯著的經(jīng)濟(jì)效益,特別是時(shí)間和空間的節(jié)省,對(duì)工業(yè)生產(chǎn)和商業(yè)活動(dòng)來(lái)講,在效益方面往往起著決定性的作用。對(duì)承載力不足的工程結(jié)構(gòu)進(jìn)行修復(fù)加固,不僅可以使的生命及財(cái)產(chǎn)得到保障,還可以盡可能地發(fā)揮既有結(jié)構(gòu)的作用,緩解人力、物力、資金緊張的情況,使資金投到需要的地方。
現(xiàn)有的加固方法
鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的加固技術(shù)越來(lái)越受到人們的重視,人們?cè)陂L(zhǎng)期地研究與實(shí)踐過(guò)程中,形成了多種加固方法,傳統(tǒng)的加固方法有以下幾種①:
1)增大截面法
通過(guò)使用同質(zhì)材料增大原結(jié)構(gòu)的截面面積,來(lái)提高構(gòu)件承載力,同時(shí)加大截面剛度,增強(qiáng)抗震能力,工藝簡(jiǎn)單,適用面廣。缺點(diǎn)是現(xiàn)場(chǎng)濕作業(yè)多,施工周期長(zhǎng),對(duì)原結(jié)構(gòu)影響較大,如:減小使用空間,增加結(jié)構(gòu)自重等。
2)外包鋼法
以型鋼包裹于結(jié)構(gòu)的四角或兩角,對(duì)構(gòu)件的截面和外觀影響較小,較大幅度地提高承載力,施工簡(jiǎn)單,工作量小,增大延性,適用于加固混凝土柱、梁等結(jié)構(gòu);缺點(diǎn)是用鋼量較大,抗腐蝕性和耐久性差,費(fèi)用高。
3)預(yù)應(yīng)力加固法
采用外加預(yù)應(yīng)力拉桿或型鋼撐桿進(jìn)行加固,降低應(yīng)力水平,提高承載力,幾乎不改變使用空間。缺點(diǎn)是耐火性、耐腐蝕性較差,且對(duì)施工設(shè)備、工序及施工人員的素質(zhì)要求較高。
4)增設(shè)支點(diǎn)法
增設(shè)支點(diǎn)是用減少構(gòu)件計(jì)算跨度,從而減小結(jié)構(gòu)內(nèi)力,提高承載力,并且縮小裂縫寬度效果明顯。缺點(diǎn)是影響原結(jié)構(gòu)布局,使用功能受到限制。
5)托梁拔柱法
是一種托屋架拔柱、托墻拔柱及托梁拔柱的加固方法,改造時(shí)間短、費(fèi)用低,缺點(diǎn)是技術(shù)要求高、安全隱患大。適用于工業(yè)廠房的改造。
6)粘鋼加固法
粘鋼加固法是將鋼板粘貼在構(gòu)件外部來(lái)提高結(jié)構(gòu)承載能力的一種方法。該方法幾乎不改變構(gòu)件外形和使用空間,施工簡(jiǎn)單快速,濕作業(yè)量小,但對(duì)構(gòu)件工作環(huán)境有要求,環(huán)境溫度不高于60℃,相對(duì)濕度不大于70%,無(wú)化學(xué)腐蝕。
傳統(tǒng)加固方法雖然種類較多,且每種加固方法都有各自的優(yōu)點(diǎn),但每種方法加固的綜合效果都不能完全滿足使用者的要求。隨著碳纖維增強(qiáng)塑料的出現(xiàn)及對(duì)其增強(qiáng)加固混凝土結(jié)構(gòu)效果研究的深入,這種加固技術(shù)越來(lái)越受到建筑行業(yè)的青睞,其應(yīng)用越來(lái)越廣泛。
碳纖維加固技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)
碳纖維增強(qiáng)塑料(Carbo<em></em>nFiber Reinforced Plastics,下稱CFRP,常以碳纖維布的形式出現(xiàn)),具有優(yōu)異的物理力學(xué)性能、耐久性及抗腐蝕性等特點(diǎn)。該材料是在日本發(fā)明的,早應(yīng)用于航空航天,國(guó)外早對(duì)纖維加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)進(jìn)行研究的是德國(guó)IBMB研究院和瑞士的EMPA實(shí)驗(yàn)室,日本、韓國(guó)和美國(guó)緊隨其后,碳纖維塑料對(duì)鋼筋混凝土進(jìn)行修復(fù)加固在發(fā)達(dá)國(guó)家已成為一項(xiàng)成熟技術(shù)②。
與傳統(tǒng)加固方法比較,碳纖維增強(qiáng)塑料具有明顯的技術(shù)優(yōu)勢(shì),主要體現(xiàn)在③:
1)強(qiáng)度高、延性好
碳纖維布具有優(yōu)異的物理力學(xué)性質(zhì),抗拉強(qiáng)度2500-4500MPa(是普通鋼材的10倍左右),彈性模量是普通鋼材的1-2倍。以其強(qiáng)度來(lái)提高承載力,以其高彈性模量來(lái)改善結(jié)構(gòu)的延展性,從而達(dá)到加固的目的。
2)耐久性和耐腐蝕性好
由于其固有的化學(xué)特性,致使碳纖維布能夠抵抗一般酸堿鹽的腐蝕,有良好的耐腐蝕性和耐久性,而且其本身還可以起到對(duì)內(nèi)部混凝土結(jié)構(gòu)的保護(hù)作用,間接增加了混凝土保護(hù)層,從而達(dá)到雙重效果。
3)不增加構(gòu)件的自重及體積
碳纖維布質(zhì)量輕,厚度薄,粘貼后基本不增加結(jié)構(gòu)自重和尺寸,不影響建筑物的有效使用空間和外觀。
4)適用面廣
碳纖維布是一種柔性材料,可以方便地裁剪,所以這種加固技術(shù)可以廣泛適用于各種結(jié)構(gòu)類型(如橋梁、隧道、涵洞、煙囪等)、各種結(jié)構(gòu)形狀(如矩形、圓形、曲面結(jié)構(gòu)等)、各種結(jié)構(gòu)部位(梁、板、柱、節(jié)點(diǎn)、拱、殼等),且不改變結(jié)構(gòu)形狀及不影響結(jié)構(gòu)外觀,這是傳統(tǒng)加固方法所不具有的。
5)施工便捷高效
碳纖維布加固,無(wú)大型機(jī)具,沒有濕作業(yè),占用場(chǎng)地少。施工工效高,粘貼碳纖維法是粘貼鋼板施工工效的4-5倍。施工質(zhì)量易保證,碳纖維預(yù)浸料輕質(zhì)柔軟,易貼附,即使被加固的結(jié)構(gòu)表面不是非常平整,也可以保證很高的粘貼率。
碳纖維布的這些特點(diǎn),為建筑結(jié)構(gòu)的加固提供了技術(shù)支持,決定了碳纖維加固技術(shù)具有很大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和社會(huì)效益。
碳纖維加固材料發(fā)展及其缺點(diǎn)
然而,隨著碳纖維材料在加固領(lǐng)域發(fā)揮重要作用的同時(shí),也存在著不足:
1)拉伸彈性模量相對(duì)于其強(qiáng)度過(guò)低
應(yīng)用于結(jié)構(gòu)加固的碳纖維拉伸強(qiáng)度一般在3000MPa以上,而其彈性模量只有230GPa左右,高彈性模量的也不過(guò)380-640GPa 左右。要發(fā)揮較大的強(qiáng)度,碳纖維布需相當(dāng)大的變形,當(dāng)與鋼筋共同工作時(shí),鋼筋達(dá)到屈服強(qiáng)度時(shí)CFRP并未發(fā)揮出全部強(qiáng)度,從而無(wú)法充分利用碳纖維的強(qiáng)度,且難以有效地抑止結(jié)構(gòu)的變形與裂縫的發(fā)展。
2)混凝土與碳纖維間的粘結(jié)層易破壞
環(huán)氧樹脂粘結(jié)層的剪切強(qiáng)度與剪切變形是一定的,超過(guò)極限應(yīng)變后,粘結(jié)層將產(chǎn)生界面微裂縫,隨著微裂縫的不斷擴(kuò)展,后發(fā)生剝離破壞,所以粘貼CFRP片材加固有其限度,過(guò)量粘貼會(huì)導(dǎo)致界面無(wú)法傳遞足夠的剪應(yīng)力使得CFRP的強(qiáng)度無(wú)法得到充分利用,并且在構(gòu)件承受較大荷載時(shí)容易出現(xiàn)粘結(jié)破壞。
現(xiàn)有的加固手段是將CFRP非常緊密地粘貼到試件的表面,當(dāng)試件的表面有一定的曲率時(shí),CFRP在受拉的同時(shí)還會(huì)承受一個(gè)由曲率帶來(lái)的剝離應(yīng)力,這也會(huì)加快構(gòu)件的粘結(jié)破壞。
3)無(wú)屈服點(diǎn),為脆性破壞
碳纖維布是一種線性材料,沒有像鋼筋那樣的屈服點(diǎn),結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞前沒有先兆,為脆性破壞。
粘貼碳纖維布和粘鋼的適用性對(duì)比
現(xiàn)代建筑中,粘鋼加固和碳纖維加固應(yīng)用較多,此處將兩種加固方法進(jìn)行對(duì)比:
碳纖維布輕質(zhì)高強(qiáng),厚度為0.111-0.167mm,抗拉強(qiáng)度高,為普通鋼材的8-10倍,但各向異性,即抗拉強(qiáng)度高但抗剪強(qiáng)度低;施工更為簡(jiǎn)便,施工速度為粘鋼的2-3倍。
鋼板的物理力學(xué)性能為各項(xiàng)同性,受力性能好;施工時(shí)需夾具和施工機(jī)具,施工工序和施工操作性較碳纖維布復(fù)雜。
隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)地迅猛發(fā)展,各類建筑結(jié)構(gòu)的適用性和安全性被廣泛關(guān)注,如何在確保安全的前提下,低投資帶來(lái)高回報(bào),成為新時(shí)代的焦點(diǎn)。以醫(yī)院等公共建筑為例,新的醫(yī)療設(shè)備或者結(jié)構(gòu)功能調(diào)整,對(duì)原有結(jié)構(gòu)提出了需求,如何在短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到要求,盡可能減少對(duì)社會(huì)的損失,都值得我們認(rèn)真思考。
碳纖維布具有強(qiáng)度高、延性好、耐腐蝕和耐久性好、適用面廣、施工便捷等優(yōu)點(diǎn),在建筑加固中具有廣闊的前景。隨著科技的不斷進(jìn)步,新的加固材料、新的加固技術(shù),必將為建設(shè)注入新的色彩。
碳纖維布一般都有多厚呢?可能很多朋友并不了解或者沒有見過(guò)這種材料。碳纖維布從早的航空、宇宙關(guān)聯(lián)器材的應(yīng)用開始,到體育用品和機(jī)械產(chǎn)品,近年,作為混凝土構(gòu)造物補(bǔ)強(qiáng)材料的替代品,被廣泛應(yīng)用在高速公路、鐵路橋和橋的橋墩、隧道、建筑物的抗震補(bǔ)強(qiáng)工程中。
近這幾年,碳纖維布行業(yè)的發(fā)展勢(shì)頭是非常強(qiáng)烈的,尤其是用碳纖維制成的復(fù)合材料可以極大地增強(qiáng)復(fù)合材料的強(qiáng)度和韌性。而碳纖維本身厚度有很大的不同,比如說(shuō)有的是0.111mm的厚度,還有的是0.167mm的厚度。當(dāng)然也有一些碳纖維是非常厚的,比如說(shuō)0.294mm或者0.333mm的厚度都有,關(guān)鍵就是看具體的工程的實(shí)際需要。
很多做加固的朋友對(duì)碳纖維布的厚度都有一個(gè)疑問(wèn),比如,為什么300g的碳纖維布是0.167mm?很簡(jiǎn)單,碳纖維的密度ρ=1.8g/cm3,厚度=克重/密度,所以300g的碳纖維布厚度:
300g/m2除以1.8g/cm3=0.167mm。
下面就來(lái)簡(jiǎn)單介紹一下有關(guān)碳纖維布的一些情況。
碳纖維布行業(yè)發(fā)展是非常的不錯(cuò)的,這種材料可以在各行各業(yè)都能夠使用的到,尤其是在工程加固行業(yè),屬于性能高強(qiáng)的新型的加固材料。比如說(shuō)在建筑結(jié)構(gòu)上面使用這種材料可以讓結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度得到極大的提升,同時(shí)還能夠增強(qiáng)結(jié)構(gòu)的抗震能力。
但是,碳纖維布需要和碳纖維膠配套使用,才能起到加固補(bǔ)強(qiáng)的作用。一般的操作是,用碳纖維膠將碳纖維布和混凝土等基材粘結(jié)在一起,以此提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、抗震、抗老化等方面的能力。
另外,碳纖維布本身質(zhì)輕、有韌性,可以包裹不同外形的構(gòu)件,也可以在狹小的空間內(nèi)使用。比如在橋梁建造的時(shí)候,或者是在見到一些形狀比較復(fù)雜的需要加固的建筑工程的時(shí)候就能夠使用的到。
關(guān)于碳纖維布的一些話題就簡(jiǎn)要的為大家介紹到這里了,希望通過(guò)今天的介紹能夠讓大家對(duì)這種材料有更多的了解。目前國(guó)內(nèi)生產(chǎn)碳纖維布的企業(yè)不少,但是,關(guān)于碳纖維布的品質(zhì)是參差不齊的,客戶在購(gòu)買時(shí)可以從多方面綜合考慮。
碳纖維布是一種優(yōu)質(zhì)的建筑加固材料,相對(duì)于常規(guī)加固方法,不僅強(qiáng)度高、質(zhì)量輕、對(duì)原結(jié)構(gòu)空間占用小,同時(shí)質(zhì)軟能像布料一樣適用于復(fù)雜多變的建筑表面。碳纖維布加固技術(shù)經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展,如今已經(jīng)名副其實(shí)的成為加固行業(yè)中,采用多的加固方法之一。
碳纖維布在混凝土結(jié)構(gòu)中,主要對(duì)受彎構(gòu)件起到加強(qiáng)承載力的作用,就好比鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)中受拉區(qū)布置的鋼筋一樣。滿足安全性鑒定的碳纖維布具有高達(dá)3400MPa的強(qiáng)度,然而在實(shí)際的設(shè)計(jì)施工中,考慮到二次受力等因素的影響,會(huì)出現(xiàn)僅采用一層碳纖維布無(wú)法達(dá)到強(qiáng)度要求的情況,這時(shí)就需要采取多層碳纖維布進(jìn)行加固處理。
多層碳纖維布加固中應(yīng)用廣的是雙層碳纖維布加固。相對(duì)于單層纖維布的粘貼,雙層碳纖維布的施工工藝要復(fù)雜一些。雙層碳纖維布粘貼時(shí),應(yīng)在層碳布浸漬膠達(dá)到指干狀態(tài)前立即粘貼下一層,若延誤時(shí)間超過(guò)1小時(shí),則應(yīng)等待12小時(shí)后重新在層碳布上涂抹膠體進(jìn)行施工,同時(shí)在粘貼前需要注意將灰塵等對(duì)粘貼效果有影響的雜質(zhì)進(jìn)行清除。
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