碳纖維加固
一、簡介
碳纖維一直是在航天、航空、體育用品等方面使用的高性能材料,近年來由于生產(chǎn)成本的降低,碳纖維也逐步用于市政、建筑等方面的補(bǔ)強(qiáng)加固。由于其具有高強(qiáng)度、重量輕、耐久性及優(yōu)良的施工性,在橋墩、樓板、梁柱、煙囪等補(bǔ)強(qiáng)加固方面得到了很高的評(píng)價(jià),特別是在抗震加固的領(lǐng)域作為人們期望的材料更加引人注目。 二、碳纖維的特性
在混凝土加固中用的碳纖維是將高強(qiáng)碳纖維按單一方向編織成布,再用環(huán)氧樹脂粘結(jié)在混凝土表面。由于施工簡單,所以可以簡化工程的施工并縮短工期。與粘鋼板等其它加固方法相比具有以下明顯特征:
1.重量輕:比重為鋼的1/5,基本不會(huì)增加被加固結(jié)構(gòu)的重量; 2.高強(qiáng)度:是鋼板的10倍左右;
3.高彈性:可以降低混凝土中鋼筋的應(yīng)力;
4.高耐久性:由于不會(huì)生銹,非常適合有鹽等腐蝕環(huán)境下使用; 5.施工性好:由于碳纖維布質(zhì)輕又可折可彎,因此施工時(shí)不需要大型設(shè)備,也不需要采用臨時(shí)固定;
6.其他特性:抗疲勞性能好,可以適合被加固結(jié)構(gòu)的各種形狀。 三、典型的加固效果
國外有關(guān)于用碳纖維補(bǔ)強(qiáng)的典型試驗(yàn),證明碳纖維加固的效果明顯。
1.梁的抗彎性能試驗(yàn) 試驗(yàn)結(jié)果表明:
(1)由于可以提高鋼筋的屈服荷載,因此可以減低鋼筋的應(yīng)力; (2)采用高彈性的碳纖維可以減少撓度的變化。 2.柱的抗彎性能加強(qiáng)
用于鋼筋混凝土柱的側(cè)向約束,其目的是提高柱的抗彎性能,進(jìn)而提高抗震等級(jí)。
試驗(yàn)結(jié)果表明:
在試驗(yàn)位置加最大的可承載的荷載并保持,柱根部的混凝土有破壞的征兆,但由于有碳纖維的約束,混凝土并沒有破壞。 四、耐久性試驗(yàn)
國外開展碳纖維在建筑物上應(yīng)用的研究較早,因此關(guān)于碳纖維耐久性有很多試驗(yàn)數(shù)據(jù)。
從試驗(yàn)結(jié)果看,經(jīng)相當(dāng)于30~50年自然老化的10000小時(shí)加速試驗(yàn)后,碳纖維的抗拉強(qiáng)度基本沒有降低。 五、粘碳纖維用樹脂性能
樹脂是將碳纖維粘結(jié)在混凝土表面的關(guān)鍵材料,而且碳纖維之間也是通過樹脂的粘結(jié)來達(dá)到整體作用的,因此樹脂的性能直接關(guān)系到加固效果。目前國內(nèi)外使用的粘結(jié)樹脂一般均為環(huán)氧類樹脂。 六、施工工藝
在施工中應(yīng)特別注意一些關(guān)鍵過程,以達(dá)到充分利用碳纖維強(qiáng)度的目的。施工順序如下:
1.用打磨機(jī)將需要加固的工作面打磨干凈,除去混凝土表面碳化層,清理粘結(jié)面的灰塵,并用丙酮或二甲苯等清洗粘結(jié)面; 2.用涂膠輥涂刷底膠(環(huán)氧樹脂類);
3.如粘結(jié)表面不夠平整,還需用環(huán)氧類膩?zhàn)樱ɑ驅(qū)S媚z)找平; 4.粘結(jié)表面用樹脂膠涂刷; 5.粘貼碳纖維布;
6.再涂樹脂膠使碳纖維內(nèi)部浸透樹脂膠; 7.重復(fù)5、6過程直至達(dá)到設(shè)計(jì)要求厚度(層數(shù)); 8.表面裝飾。