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碳纤维布加固现浇楼板工程实例研讨

文章出处:人气:-发表时间:2016-05-14 17:58【

碳纤维布

一、工程概况
湖北省武汉市某新建住宅小区由于施工不当——少放、漏放钢筋,浇筑混凝土时随意浇水,振捣、养护不周或使用假冒伪劣产品等,致使工程竣工后不久,发现多栋、部分楼层现浇板出现细微裂缝,局部较为严重;经政府质量监督检测部门抽芯、取样、试压、回弹和超声波检测发现:部分钢筋混凝土现浇板强度远没有达到设计要求,而且存在少筋现象,特别是缺少楼板阳角处的放射钢筋。为了满足使用功能和结构安全上的要求,必须对其进行加固处理。
二、加固方案
2.1 方案选定结构加固与新建不同,设计、施工均有其特殊性。加固设计不仅包括原结构的验算和加固设计计算,还要求考虑新旧结构材料的粘结能力、结构强度、刚度和使用寿命的均衡性以及新旧结构的协调工作等问题;而且,加固施工一般是在建筑物使用过程中进行,或只能短期停业施工,要求施工速度快,现场浇筑湿作业少,同时受施工场地、相邻构件、设备等空间环境的制约,所以选择合理的加固方法、提高加固效益显得至关重要。
当前,国内外工程应用中,常用的加固改造技术主要有以下几种:(1)加大截面法;(2)外包钢加固法;(3) 外贴钢板加固法; (4) 改变结构传力法; (5)预应力加固法; (6)碳纤维布加固法等。其相关加固效益和性能参数的比较结果综合上表比较结果可知:碳纤维加固法具有耐腐蚀,抗疲劳,自重轻,施工方便、快捷,节约空间和成本等优点;另外,实践证明它还具有高强度、高模量等良好的力学性能。为此,经过市质监站、设计院和施工单位等各方多方面研究、讨论和反复的计算、验证,后一致决定运用粘贴碳纤维布法对其进行加固补强。
2.2 方案设计根据《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》[2]的具体规定和其它强制性文件的相应条款进行加固补强设计:加固楼板底部双向单层粘贴宽的CF-HS-200R 索奇牌高性能碳纤维布,同时四边端头压条50mm;碳纤维配套粘贴树脂采用JGN-P 和JGN-C系列建筑结构专用树脂。
三、工程施工
3.1 施工准备粘贴施工前应认真阅读相关设计文件,严格按照设计要求做好计划安排;并对所要使用的碳纤维布、配套树脂、仪器机具等逐一检验、测试,以确保工期进度、施工材料和配套设施符合加固要求。
3.2 板面处理

1)敲掉结构板面风化、剥落、疏松、蜂窝或露筋部位的劣质混凝土层,并用高压水流清洗,充分干燥。
2)细微裂缝处,直接灌浆处理,当裂缝较大时,先封缝,后用注射器进行压力灌浆;对于蜂窝麻面、凹凸空洞,需采用高强水泥砂浆填充,而当大面积混凝土缺损时,则用无收缩膨胀水泥砂浆修补;对于转角处,还要进行倒角处理,以便贴片。
3)按照设计要求进行合理的打磨放线。
4)待填补砂浆强度达标后,混凝土板面用角向磨光机、砂轮或钢丝刷打磨,去掉1~2mm 的表面粉刷层或杂质层,直至完全露出新面;后用毛刷或高压气枪将碎屑及粉尘去掉,并用丙酮清理、晾干,保证混凝土板面清洁、平整、干燥。
3.3 底涂施工

1)按照3:1 准确称取专用配套树脂JGN-P 胶AB 两组分,在干净容器中充分搅拌5 分钟,混合均匀。
2)在40min 内,用滚筒或毛刷把树脂胶均匀的涂于混凝土板面,厚度不超过0.4 mm,且不能出现漏刷、气泡和流淌等不良现象(如图1-2 所示)。
3)树脂干燥后,板面凹陷处用修补胶(JGN-C 胶 +2 倍的粉料制作)重新找平,找平时要尽量减少高差,且不宜出现棱角;树脂胶初期固化后,才能进行下一道工序(粘贴碳纤维布)。
3.4 粘贴施工

1)按照设计要求的尺寸(长、宽)裁剪碳纤维布。
2)按照3:1 准确称取专用配套树脂JGN-C 胶AB 两组分,在干净容器中充分搅拌5 分钟,混合均匀。及时将树脂胶均匀地涂刷在需粘贴碳纤维布的底胶上,然后把已裁剪好的碳纤维布粘贴在放线确定的相应部位,随即在贴上的碳纤维布表面再涂抹一层2~3mm 厚的浸渍树脂(JGN-C 胶);再用专用滚筒沿碳纤维布的受力方向滚压,挤出气泡,并使树脂充分渗透碳纤维布(如图2-1 所示)。
3)初期固化后,才可继续进行垂直方向上碳纤维布的粘贴,方法同第一道。此外,碳纤维布的搭接长度为100mm,四边端头用横向碳纤维布压条50mm(如图2-2 所示)。
4)施工结束,四周要适当进行围护,并用塑胶布覆盖24h 以上,防止碳纤维材料受到扰动、污染。
5)加固碳纤维完全固化后,才可进行外保护层施工或涂刷防护、装饰外漆。
3.5 注意要点

1)用滚筒滚压碳纤维布时,应始终由一边向另一边单向滚压或由中间向两边分别单向滚压,切不可双向来回滚压,以免损伤碳纤维布。
2)施工温度在5℃~30℃范围内,相对湿度不大于70%。
3)环境平均温度在10℃以下时,初期固化时间为2d,10℃~20℃时为1~2d,20℃以上时为1d,若迫于工期,则应静置2~3h 或指触干燥为止;完全固化时间一般在环境温度20℃左右时为7d,10℃左右时为14d。
4)加固工作室内要保持良好的通风,禁烟、隔火,并配备相应的防护设施;施工人员要穿特制的工作服,佩戴护目镜、口罩及手套等。
四、加固检测
4.1 材料检验

1)碳纤维布材料按照《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》[2]中 3.2.2 和3.2.3条的规定检验合格。
2)专用配套树脂按照《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》[2]中3.3.2 和3.3.3条的规定检验合格。
3)表面防护材料按照《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》[2]中3.4.1 和3.4.2条的规定检验合格。
4.2 楼板检验
1)大试验荷载综合活荷载和扣除楼板自重,并加上后期装修荷载和其它荷载后的恒荷载,计算取为3.5kN/m2。
2)在随机抽检的楼板上表面进行均布、分级堆载,直至3.5kN/m2 且每级加载完成后,均停留30min 以上;加载完毕,对应变片、位移传感器、数据采集仪等设备收集的相关数据整理、分析发现:楼板的大挠度在3mm 左右,远小于《混凝土结构设计规范》[3]中规定的挠度限值L/200;钢筋应力均小于设计强度210MPa,满足承载力要求;碳纤维布大应力只有几十兆帕,远小于其设计强度3000MPa 以上。另外,在加载过程中混凝土楼板没有出现新裂纹;碳纤维布与混凝土粘结面之间也没有出现剥离现象,两者协同受力效果良好。
为此,加固检测合格,验收通过,可以交付使用!
五、结束语
工程实践表明:楼板表面粘贴碳纤维布能有效的提高其抗弯曲、抗剪切或冲切能力,加大结构的整体强度和刚度,对结构的抗裂性和延性也有很好的改善;而且无须打孔穿洞(与传统的加大截面法、外包钢板法、缠绕钢丝法相比),不会造成结构的加固损伤,施工质量易于保证,在后期使用过程中也不需要定期维护;同时具有轻巧美观、操作简单、方便快捷等优点,综合经济效益良好。
随着碳纤维加固技术的快速发展和广泛应用,其试验及理论研究亦俯拾皆是;但由于试验难度大,安全保障措施复杂等原因,对于混凝土板特别是现浇钢筋混凝土楼板的相关研究仍然有限。今后,还需要我们进一步开展的工作主要有:
1)检验加固效果的均布加载方式还不完善,迫切需要寻找一种方便快捷、节省成本、容易控制、安全稳定的加、卸载测试方法;
2)碳纤维布与加固楼板之间粘结、剥离破坏的计算理论尚不成熟,在今后的相关研究中有待进一步的完善;
3)碳纤维布加固楼板在长期或反复荷载作用下的徐变、疲劳以及不同卸载情况下,混凝土、钢筋和碳纤维布的各自受力性能仍需着力探讨。

此文关键字:碳纤维 加固 现浇 楼板