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工业建筑维护中碳纤维材料的应用

近年来,项目方面已普遍引用纤维增强复合材料(简称FRP)对水泥、钢或者其他材料拉杆开展加固整修和翻新,该加固技能是将碳素纤维这种高机能纤维应用于土木项目,利用松脂类黏结材料把碳纤维粘帖于结构或者拉杆表层,构成复合材料体FRP,经过与结构或者拉杆的偕同工作,达到对结构拉杆补横加固及改善受力机能的目标。该技能拥有精彩的机器机能、优质的耐战机能和良好的工艺机能。而今碳纤维材料已被深入应用于钢筋水泥结构补强上,在金属材料补强以及对砌体气温裂痕的操纵方面也取罢了良好的成效。

1 碳纤维复合材料和黏结材料

1.1 碳纤维复合材料
  碳纤维复合材料是以碳纤维为增强材料,以合成松脂为根本复合而成的一种项目材料。用于土木项目结构的碳纤维以聚丙烯腈(PAN)纤维为原料经高温碳化而成,碳纤维原丝纤维风向的抗拉烈度是常规碳素钢的十多倍,高弹摸碳纤维的弹性摸量为钢板的2、3倍。用于加固水泥及砖混结构的碳纤维商品重要有碳纤维布和碳纤维板。结构补横加固普通多用碳纤维布,按碳纤维归置风向又可分为单轴向碳纤维布和双轴向碳纤维布,可用于不一样受力静态的水泥拉杆的补横加固,如弯曲、剪切、扭转等受力拉杆。
1.2 黏结材料
  项目上惯用的碳纤维布黏结剂重要是环氧松脂类,拥有非常非常高的黏结烈度,缩小率非常非常低(普通低于0.2%),是惯用的松脂中最小的。碳纤维布黏结松脂包含有基底胶、整平(弥补)胶和浸渍胶。(1)基底胶:拥有渗入性,将其刷在待粘帖碳纤维布的结构表层,可渗入入结构表层,为碳纤维布提供一个平整的基面,又有利于调动碳纤维布的黏结能力。(2)整平(弥补)胶:其效用是将结构表层凹凸不安处开展弥补、整平。为粘帖碳纤维布提供一个平整的基面,有利于确保碳纤维布的粘帖质量和良好的受力静态。(3)浸渍胶:是碳纤维布主要黏结材料,它将碳纤维布坚定地粘帖在结构表层,而且使胶液浸渍充溢碳纤维其间空子,将碳纤维黏结在一例,有利于施展碳纤维复合材料的优秀机能,同时有利于调动碳纤维布与结构的黏结能力。

2 碳纤维复合材料的应用

2.1 结构加固前调察
  (1)某炼钢厂混铁炉原建于20世记70年代初,跨度24m。主副跨的屋架重要为下承式钢筋水泥梯形屋架,1987年改建后,托架为上承式平行弦钢筋水泥托架,跨度为12m,托架上弦跨中节点招架屋架。部分钢筋水泥屋架、托架、曾经用钢筋、角钢加固过。1995年改扩建时,对原钢筋水泥柱子开展了改装,将原有水泥柱加固并将肩粱加高,上边加钢小柱。而今厂房结构存在的事情是出产载荷增大,吊车实际吊重和运行频烦程度都有所增长,混铁炉跨厂房结构有显著的摆动,部分结构拉杆出现不一样程度的损失。如部分水泥屋架、托架、存在水泥分裂、脱漏、露筋、钢筋锈蚀等缺点损失。
  (2)某砖混结构水枪房一层,建筑高度4.5m,建筑面积120m2,抗震设防裂度设计为6度。圈粱、构筑柱水泥烈度设计级别为C20,砌体为240mm厚实砖墙,用常规烧结大红机制黏土砖MU100及M5混合砂桨砌筑而成。屋面板为预应力水泥空心板,平屋面,无隔热举措。建于1986年,采用迄今。该水枪房西侧屋顶有一冷水塔,高度在3m,塔体加水毛重约10t。该泵房外墙墙体出现裂痕,裂痕与水平风向约成45°角,裂痕贯通墙体两角度。个别水泥圈粱有0.2mm宽的裂痕。裂痕坐标在窗下角处,裂痕最大宽度为1cm,宽度2.5m。屋面空心板在板缝处分裂,两端与墙体衔接处有显著搓动。淘汰墙体表层装修层,经对墙体砂桨烈度、砖烈度捡测,砌体砂桨烈度偏低,灰缝不丰满,局部有通缝。
2.2 碳纤维复合材料重要技能特性
  (1)高强、高效。因为碳纤维布拥有高烈度(抗拉烈度可观于普通钢板的10倍)、高弹摸、延伸率小、质轻等特性,可充分利以其优秀的力学机能调动水泥结构的承重力、展性、抗裂机能,达到高烈度 、高效加固整修水泥结构的目标。
  (2)施工简易、加固周期短。碳纤维布自重轻,普通引用放工功课,不需采用重型施工机具。施工空间户限小,施工窜扰少,在某些状况下实当前线施工。从将碳纤维布粘帖在结构拉杆表层,到黏结胶凝固投资采用,只需2~3天。
  (3)施工质量易于保证。碳纤维布加固拉杆的施工质量贵贱尺度重要反应在碳纤维布粘帖的细密程度,因为碳纤维布是柔性的,非常非常易于粘帖在结构表层上,使碳纤维布与水泥表层粘帖细密。普通状况下都可以保证碳纤维布的有效粘帖面积不小于95%,达到碳纤维布加固结构的质量要求。
  (4)超强的防水和防侵蚀成效。碳纤维布粘帖凝固在结构表层,环氧松脂吸附在结构表层,防水成效好,可堤防钢筋锈蚀。碳纤维材料拥有极佳的耐侵蚀机能,不必担忧建筑物常常遇到的各样酸、碱、盐对结构的侵蚀。
  (5)合用面广。碳纤维复合材料加固整修结构技能可以深入用于工业、民用建筑、水利、电力、桥粱等项目中各品种型结构和不一样受力静态的拉杆如粱、柱、板、壳、拱等。而并且不受结构形状的户限,如孔型、复杂曲面,都可以粘帖碳纤维布。
2.3 补横加固方案与设计
  施工方案为:抹灰层清通,基底打磨,刷底胶,整平处理,刷粘帖松脂,帖碳纤维布。
  (1)包角钢加固与屋架加固作法同样:裂痕封锁处理;大粱底部粘帖碳纤维布。碳纤维布的数目是按照调动大粱抗弯承重力30%确立的。
  (2)按照监测报告提供的捡验数据,经对多个方案的剖解比较,最后决定对裂痕的承载墙及裂痕宽度大于1.5mm的墙体采纳全面加固举措。
2.4 加固施工及技能举措
  水泥结构及墙体全面加固施工步骤为:基干处理→裂痕化工灌桨→墙体粘帖碳纤维布→保护层。
2.4.1 基干处理 因墙体和水泥材料的机能不一样,在墙体上粘帖碳纤维布不一样于在水泥基干上。所以在粘帖前,对需粘帖碳纤维布部位墙体做好基干处理,要淘汰松动的砖块,淘汰粘帖部位水平、竖向灰缝内的砌筑砂桨并用弥补砂桨填补,以保证碳纤维布复合层与墙体的一同受力。
2.4.2 裂痕化工灌桨 对墙体裂痕,引用建筑拉杆裂痕化工灌桨法对裂痕开展封锁补强。用钢丝刷、压缩氧气清除裂痕旁边的粉尘,使裂痕清楚外露,按设计间距骑裂痕粘帖桨嘴,引用封缝胶对裂痕开展封锁,待凝固后,从桨嘴用压缩氧气开展试气捡验,如漏气则对漏气处补封,不漏气时,沿裂痕由下向上逐一从桨嘴向裂痕内灌桨。
2.4.3 墙体局部粘帖碳纤维布加固 (1)清通装修层,淘汰墙体表层的装修层及饰面层、松动的砖块、砂桨块等。(2)在墙体上弹线画出需粘帖碳纤维布的坐标,并对碳纤维布截取监制。(3)基干处理。为调动黏结成效,调动基干的烈度,淘汰松动的碎砖块;沿灰缝剔排水平、竖向灰缝内原砌筑砂桨,厚度不小于50mm;用压缩氧气清通缝内粉尘,并用丙酮清洗干净;把底胶按必定比率将主剂与凝固剂在容器中混合璧搅动平均,在粘帖界面灰缝内涂刷底胶,厚实度平均一致,无气泡、无流淌;按比率配置弥补砂桨,待底胶干后,把配置好的弥补砂桨用专用工具补充到灰缝内并与墙体表层平整,要无气泡、无流淌。待弥补砂桨凝固后,用角磨机把需粘帖碳纤维布的表层磨平,磨去墙体表层5mm深,用压缩氧气及丙酮清洗干净。(4)抹底胶。把底胶按必定比率将主剂与凝固剂在容器中混合璧搅动平均,在粘帖界面涂刷底胶,厚实度应平均一致,无气泡、无流淌。(5)抹弥补胶。待底胶稍干后,用弥补胶弥补陷落部位,使表层平整。(6)抹黏结胶并粘帖碳纤维布。待底胶不粘手时涂刷现配的黏结胶,并粘帖碳纤维布(引用厚实0.117mm的单向纤维布),用滚筒滚压,使胶渗入碳纤维布。纤维布纤维风向与裂痕风向垂直粘帖。(7)抹面胶。碳纤维布粘帖后,待干燥必定时日,涂刷一层粘帖胶,并撒干燥砂养护。(8)抹砂桨。待胶彻底凝固后,抹面层20mm厚实的钢铁砂桨,作为保护层。
2.5 注意事项
  (1)砖墙体粘帖碳纤维布与水泥基材粘帖碳纤维布有所不一样,灰缝中的砂桨应掏出并用压缩氧气、丙酮清通干净,而后用弥补砂桨把灰缝填补平整,再开展粘帖碳纤维布工艺。(2)禁止粘帖好的碳纤维布有损失。(3)弥补砂桨凝固后,才气开展粘帖碳纤维布工艺施工。(4)配胶时应现场配置,随配随用,应通气并远离火源。
2.6 成效剖解
  因为砖墙气温裂痕的翻覆性,对气温裂痕的处理颇为难题,处理失当易于产生二次分裂。本项目对裂痕处第一开展化工灌桨封锁处理,使分裂的墙体光复群体性,而后开展粘帖碳纤维布等全面加固处理。加固落成后,通过一个冬、夏的观查,未发觉墙体有新的裂痕出现。

3 结 语

  用碳纤维复合材料对建筑物开展弥补加固,取罢了良好的成效,而并且可充分反应出该项新技能比普通加固方式所拥有的显著长处。如高烈度、超强的防水、防侵蚀特性、施工简易、加固周期短、不受结构形状的户限,在任何曲面都可以粘帖碳纤维等,拥有非常非常好的应用前途。


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