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碳纖維復(fù)合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastic)加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)是近年來興起的一項(xiàng)新型加固技術(shù),該項(xiàng)技術(shù)是將碳素纖維這種高性能纖維應(yīng)用于土木工程,利用樹指類材料把碳纖維粘貼于結(jié)構(gòu)或構(gòu)件表面,形成復(fù)合材料體(CFRP),通過其與結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的協(xié)同工作,達(dá)到對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)件補(bǔ)強(qiáng)加固及改善受力性能的目的。 123,123
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3、加固工程概況 123456
某110kV變電所建于2000年,因電容器室爆炸燃燒,第二榀框架梁遭到破壞,保護(hù)層混凝土開裂、酥松、剝落,下弦鋼筋變形較嚴(yán)重,鋼筋受力截面削弱,危及結(jié)構(gòu)安全,影響電力的安全生產(chǎn)。經(jīng)基建部門、設(shè)計(jì)部門、加固公司等單位專家一起進(jìn)行分析比較,選擇粘貼碳纖維布進(jìn)行加固,防止大梁的過度變形,延長(zhǎng)梁的使用壽命。
4、碳纖維布加固框架梁設(shè)計(jì)
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4.1碳纖維布加固的前提
首先,利用回彈法對(duì)框架梁混凝土進(jìn)行檢測(cè),以供加固參考。經(jīng)檢測(cè),混凝土的實(shí)際強(qiáng)度為C30。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙,及現(xiàn)場(chǎng)混凝土、鋼筋的受損情況,考慮提高框架梁的抗拉強(qiáng)度等級(jí),為此,將610mm寬的碳纖維布裁成兩半,分兩層粘貼在框架梁的底面及兩側(cè),加固后,增加了原受拉鋼筋面積,彌補(bǔ)了由于原鋼筋變形而造成的截面削減,構(gòu)件的承載力得到加強(qiáng),而且,總體配筋率ρmin≤ρ≤ρmax ,可以滿足使用要求。
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4.2碳纖維布的設(shè)計(jì) 123456
在受彎加固時(shí),應(yīng)使碳纖維片材的纖維方向與受拉區(qū)的拉應(yīng)力方向一致。因梁底寬度為350mm,而碳纖維布的寬度為610mm,兼顧加固時(shí)碳纖維布的幅寬效應(yīng)及框架梁下的受拉范圍,考慮將碳纖維布裁為兩半,一層為300mm寬,一層為310mm寬,分兩層粘貼在梁的下側(cè);再粘貼100mm寬的碳纖維布“U”形箍;框架梁兩側(cè)面上邊緣各粘貼四根100mm寬的碳纖維布條固定碳纖維布“U”形箍。
本文來自123
4.3配套樹脂粘結(jié)材料的設(shè)計(jì) 123456
配套樹脂分別由主劑和固化劑配制而成,分為適合于冬天及夏天使用的冬用型和夏用型。主劑和固化劑分別包裝,在現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí),應(yīng)按工藝要求、按照規(guī)定的比例混合均勻,以形成所需要的底層樹脂、找平樹脂、粘結(jié)樹脂。 copyright 123456
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?、壅辰Y(jié)樹脂
配套樹脂粘結(jié)材料的主要力學(xué)性能指標(biāo):
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內(nèi)容來自123456
?。?)、主要材料:底膠、粘著膠、碳纖維布。 123456
?。?)、輔助材料:低速攪拌器、專用滾筒、角向磨光機(jī)、剪刀、鑿子、刮板、吹風(fēng)機(jī)、榔頭、量具等。 本文來自123
?。?)、搭設(shè)腳手架: 123456
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?。?)、表面處理:清理粘貼部位混凝土表層,打磨平整,并用MA砂漿修補(bǔ),平整度應(yīng)達(dá)到5mm/m;框架梁、柱節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)角粘貼處須打磨成圓弧狀,圓弧半徑不小于20mm。表面打磨后用吹風(fēng)機(jī)吹凈,并用PT劑清洗干凈。 本文來自123
?。?)、修補(bǔ)找平:被加固的框架梁混凝土保護(hù)層部分疏松,應(yīng)清除直至露出結(jié)構(gòu)層;局部裂紋、蜂窩用MA砂漿修補(bǔ)表層修復(fù)平整。
?。?)、膠料配制:按稱量比例調(diào)制粘結(jié)膠,調(diào)制前對(duì)A、B兩組按規(guī)定比例分別攪拌,混入后再充分?jǐn)嚢琛?/font>
?。?)、粘貼碳纖維布:按設(shè)計(jì)要求的尺寸裁剪碳纖維布,將配制好的粘結(jié)膠均勻涂抹在粘貼部份的混凝土面層上;鋪貼碳纖維布,并用滾筒沿碳纖維布纖維方向多次滾壓,使粘結(jié)膠充分浸透纖維中。
(5)、表面防護(hù):在粘貼好的碳纖維布最后一層均勻涂抹一道粘結(jié)膠。
?。?)、檢驗(yàn):粘貼完工后,按規(guī)程進(jìn)行檢驗(yàn)。
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?。?)、表面處理:混凝土表面應(yīng)露出結(jié)構(gòu),本體潔凈。構(gòu)件轉(zhuǎn)角應(yīng)成圓弧狀,半徑不小于20mm。 內(nèi)容來自123456
?。?)、修補(bǔ)找平:經(jīng)表面處理后的粘貼面平整度應(yīng)達(dá)到5mm/m,有段差轉(zhuǎn)角部位、凹凸部位應(yīng)用MA砂漿找平,抹成平滑曲面。 123,123
(3)、膠料配制:膠料應(yīng)嚴(yán)格按比例配制,調(diào)膠使用的工具應(yīng)為低速攪拌器,攪拌應(yīng)充分均勻,配制攪拌后的膠料應(yīng)無沉淀、色差氣泡,并應(yīng)防止灰塵雜質(zhì)混入膠料。 本文來自123
(4)、粘貼碳纖維布:應(yīng)按設(shè)計(jì)要求裁剪碳纖維布,不得損傷橫向織物面,涂抹粘結(jié)膠應(yīng)均勻,鋪貼應(yīng)平整無氣泡。
?。?)、表面防護(hù):在粘貼好的碳纖維布上應(yīng)涂抹粘結(jié)膠一道,進(jìn)行防護(hù),涂抹應(yīng)均勻充分,不應(yīng)漏涂。 123456
?。?)、檢驗(yàn):粘貼完工經(jīng)固化后,進(jìn)行檢驗(yàn)。密實(shí)度可用小錘敲擊構(gòu)件粘貼表面,通過不同聲音判別密實(shí)情況。密實(shí)度應(yīng)達(dá)到相關(guān)規(guī)定,否則應(yīng)重新修補(bǔ)后再檢驗(yàn)。
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?。?)、纖維產(chǎn)品應(yīng)按設(shè)計(jì)圖紙要求選用,技術(shù)指標(biāo)必須符合有關(guān)規(guī)定,所用纖維產(chǎn)品應(yīng)有產(chǎn)品質(zhì)保書。
?。?)、粘結(jié)膠料應(yīng)按設(shè)計(jì)要求選用,符合基本性能要求,所用膠料產(chǎn)品應(yīng)有產(chǎn)品質(zhì)保書。
?。?)、施工質(zhì)量檢驗(yàn)及驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。
7、結(jié)論
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根據(jù)加固原理可知,在施工前必須選擇合適的粘結(jié)劑,認(rèn)真查看材料的質(zhì)保書及使用說明,掌握材料的各有關(guān)參數(shù),以確保它有足夠的強(qiáng)度,能保證碳纖維絲共同工作,同時(shí)又確保碳纖維布與結(jié)構(gòu)共同工作;在施工過程中,參照使用說明,每道膠都必須處理好,特別是粘貼碳纖維布的膠,應(yīng)盡可能讓膠充分地滲入到碳纖維絲之間(細(xì)部空鼓處,可用針筒注射膠),確保相互共同工作。通過對(duì)某110kV變電所工程實(shí)例的施工操作,深深體會(huì)到碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)簡(jiǎn)介中介紹的各項(xiàng)優(yōu)點(diǎn),該工程施工時(shí),在確保安全的前提下,僅使用了簡(jiǎn)單的腳手架,而且,碳纖維布裁剪非常方便,可以根據(jù)形狀及尺寸隨意裁剪,在各種支架的遮擋處可以隨意穿過,施工非常方便;另外,從2005年4月28日加固后到現(xiàn)在,一切使用良好;該工程從開工到結(jié)束僅7天(包括搭、拆腳手),工程總費(fèi)用僅為16772.00元。 123456
由此可見,碳纖維材料加固結(jié)構(gòu)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)很明顯,應(yīng)用前景很光明。
8、探討
粘貼碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)是一種新型的加固技術(shù),已經(jīng)得到較為廣泛的應(yīng)用,并已產(chǎn)生較大的經(jīng)濟(jì)效益;在混凝土結(jié)構(gòu)的加固中,碳纖維布主要是分擔(dān)鋼筋的受力,即碳纖維布的主要作用是提高結(jié)構(gòu)構(gòu)件的抗拉強(qiáng)度和抗變形能力,減少裂縫的開展,那么在正常使用狀態(tài)中,碳纖維布與鋼筋混凝土一起各發(fā)揮了多少作用呢?它們的應(yīng)力狀態(tài)如何呢?在其它結(jié)構(gòu)構(gòu)中,碳纖維布能否也起到加強(qiáng)抗拉強(qiáng)度的作用呢?這些問題有待工程技術(shù)人員進(jìn)一步研究、開發(fā)。