碳纤维材料用于混凝土结构加固修补的研究始于80年代美、日等发达国家。碳纤维加固包括碳纤维布加固和碳纤维板加固两种。我国的这项技术起步很晚,随着我国经济繁荣,建设事业的飞速发展,全国各地掀起了基础设施、工业与民用建筑建设的高潮,现有建筑中存在原有设计荷载标准低,有些因使用功能的改变,难以满足当前规范使用的需求,亟需进行维修、加固;相当比例由于设计、施工的问题或自然灾害的打击,造成结构破坏、承受能力降低,达不到安全使用要求,但又未达到必须全面摧毁拆除的程度,加固成了较为经济的选择。
常用加固补强的方法有多种,其中碳纤维布与粘钢组合法加固法是继增大砼截面、包钢粘钢之后的,目前应用较为普遍有效的一种新型加固技术。
1 实例工程项目概况
1.1 某教育中心项目的宿舍楼,为两幢七层的钢筋砼框架结构宿舍楼单体(建筑面积17839.3平方米),两单体之间由钢筋砼框架结构连廊相连(建筑面积为1032.2平方米),连廊的顶棚为单排柱支撑向两侧悬挑的廊带式雨篷,一侧为钢筋砼板悬挑1.4m、一侧为钢筋砼格栅式小梁悬挑2.5m。
1.2 连廊顶棚结构施工完毕纸,砼达到设计强度后拆除模板支撑系统,2天后发现顶棚轻微倾向格栅梁一侧,在悬挑板一侧的立柱表面从上到下有多道肉眼可见水平裂缝,经量测宽达0.3-0.5mm。要求立即用钢管在格栅梁一侧采取了托撑处理,防止顶棚倾斜及立柱上横缝的继续发展。
1.3 经设计单位到现场查勘并验算,两侧悬挑件的重量悬殊且锚入单排柱的钢筋偏弱为主要原因,出具了采用碳纤维与角钢钢板组合的加固方案。
设计图略去,加固设计说明如下:
(1)相关施工应符合砼结构加固设计规范(GB50367-2006)。(2)碳纤维布采用2层单向织物高强度I级分次粘贴,纤维方向与柱纵轴方向一致。(3)环形箍的纤维受力方向应与柱纵轴方向垂直,上下层靡靡之间搭接宽度不小于50mm。(4)构架柱四角采用L50x4角钢包裹,根部三面采用L63x5角钢,另一面采用-500x6钢板包裹、5.8级M22锚栓连接。(5)柱根东侧与屋面梁交接处采用-2000x200x10与L63x5角钢焊接,焊缝高度6mm。(6)钢材Q235钢,焊条E43,焊缝高度6mm,角焊缝质量等级3级,对接焊缝质量等级2级。(7)BWL1全长采用2层外包碳纤维进行加固,梁两端采用钢板箍,其余范围采用碳纤维环向箍。(8)施工之前需对柱截面棱角进行打磨圆化,圆化半径不小于25mm。(9)施工完毕后应及时对纤维材料进行防护处理,避免暴露于阳光和空气中。
2 加固工程作业内容om
主要为碳纤维布粘贴,钢板粘贴,化学锚栓等。
3 加固用胶介绍
3.1 本案用胶为上海某产品,分为粘钢结构胶A、B组份;碳纤维浸渍胶A、B组份。
3.2 粘钢结构胶A、B组份
3.2.1 JA-400粘钢胶系A、B双组分改性环氧类结构胶,分常温固化(JA-400N)、低温固化(JA-400L)和潮湿环境固化(JA-400D)三种类型的产品。具有粘接力、剪切力强,抗老化、耐介质(酸、碱、水)性能好、抗冲击性能强,常温固化、硬化过程收缩小、施工无流淌,不含挥发性溶剂、无毒以及施工方便等特点。
3.2.2 适用于改造工程中混凝土构件外部粘贴钢板加固;土木工程中各种建筑材料的自粘和互粘;配胶比例:A、B组份配比为2:1。
3.3 碳纤维浸渍胶A、B组份
3.3.1 JA-800系列碳纤维胶系A、B双组份改性环氧类胶粘剂,由JA-801底胶、WLB-802W修补胶、JA-803浸渍胶组成。WLB-803浸渍胶具有粘度低、强度高,浸润性、渗透性好,抗老化、耐介质(酸、碱、水)性能好,室温固化、不含挥发性溶剂、无毒以及施工流淌少等特点。
3.3.2 适用于JA-803浸渍胶主要用于加固构件表面碳纤维、玻璃纤维及其它纤维类片材的粘贴;配胶比例:A、B组份配比为3:1。
4 加固胶的使用要点及注意事项
4.1 粘钢A、B组份结构胶
粘钢加固施工要点:混凝土及钢板表面处理→加固构件卸荷→配制JA-400粘钢结构胶→涂胶、粘贴→固定、加压→固化→卸支撑→质量检验→防腐、封闭处理。
4.2 碳纤维A、B组份浸渍胶
碳纤维加固施工要点:加固设计→混凝土表面处理→配制并涂刷JA底胶→配制JA-802修补胶涂刮找平→配制JA浸渍胶贴碳纤维布→固化养护→质量检验。
4.3 注意事项:施工环境通风、干燥,粘贴面洁净、无油污;固化温度不低于5摄氏度,环境温度20-25摄氏度时固化时间不少于3天,平均温度为10摄氏度时固化时间不少于7天;施工时必须具备手套、口罩、护目镜等防护用品;若不慎弄到皮肤或衣物上,可用丙酮清洗并用大量清水冲洗;基不慎食用或溅入眼睛,应立即就医。
4.4 运输、储存:本品属无毒、非危险品,按一般化学建材运输;运输途中不得曝晒、雨淋或倒置;A、B两组份应分开存放,避免混杂;本品常温(25摄氏度)下干燥储存,储存期12个月。
5 主要施工方法
施工时遵循先粘贴碳纤维布,然后进行粘钢及角钢包粘施工作业。
5.1 碳纤维布粘贴施工
5.1.1 碳纤维布及粘结剂材质特点
重量轻,几乎不增加原结构荷重;拥有比普通钢材高10倍的高拉伸强度(详见下表);良好的抗腐蚀性能,不受盐分及酸的腐蚀;可抗化学反应,耐高温和低温;可与钢筋混凝土表面紧密接触,并可配合形状施工;施工方便,可缩短施工工期。