3． 3 施工注意事项
1) 按设计要求的尺寸及层数裁剪碳纤维布，除非特殊要求，碳纤维布长度一般应在3 m之内。2) 分段粘贴碳纤维布时，在接头处做好搭接标志，确保每段碳纤维布之间的搭接长度大于150 mm。3) 施工时温度应在5 ℃以上并避免明火。4) 做好碳纤维布的锚固工作。 4 结语
碳纤维布约束混凝土极限强度和极限变形较未约束混凝土的极限强度和极限变形有很大程度的提高，且碳纤维布的加固率越大，提高程度越大; 用碳纤维布加固混凝土梁后，其受弯、受剪承载力有明显提高; 碳纤维布能有效地抑制裂缝的开展，使裂缝的宽度和间距明显变小; 与原有加固方法比较碳纤维加固方法的 技术优势，使其具有广阔的发展前景。 3 粘贴碳纤维的施工工艺 3. 1 测量放线
按照施工图放出需要粘贴碳纤维的部位、间距, 并做好标记。 3. 2 结构卸荷
在加固施工前, 尽可能卸去所要加固结构上的荷载, 使碳纤维粘贴施工时结构承受的荷载作用减小到最小程度。 3. 3 混凝土表面处理
1) 混凝土表层出现剥落、空鼓、蜂窝、腐蚀等劣化层的部位必须用砂轮机、角磨机去除, 并达到结构的密实部位, 然后用吹风机、毛刷将待补强部位的粉尘清扫、吹除干净。对模板接头等出现高度差的部位用环氧树脂填补平顺。 2) 裂缝若有漏水情形时, 先做好止水、导水处理。
3) 进行裂缝处理, 宽度小于0. 2 mm 的裂缝, 用注射法注射环氧树脂进行灌缝处理; 大于0. 2 mm 的裂缝用环氧树脂灌缝或环氧树脂砂浆进行处理; 对于宽度大于1 mm 的裂缝采用微膨胀水泥砂浆修补。赛鱼桥加固工程中桥梁的微弯板、小横梁大部分都有宽度不同的裂缝, 最大裂缝达到1. 0 mm, 为此我们对所加固的微弯板和小横梁首先进行了封闭压力灌胶和微膨胀水泥砂浆处理。
4)检查结构是否有钢筋外露, 是否锈蚀。如有锈蚀, 需进行除锈、防锈处理后, 再用强度相等或大于混凝土强度的CGM 灌浆料或环氧树脂砂浆材料进行修补。
5)在处理完裂缝、露筋后, 再次用混凝土角磨机、砂纸等机具将结构基面的混凝土打磨平整,
尤其是表面的凸起部位要磨平,转角粘贴处要进行倒角处理并打磨成凸角圆弧状( R\\ 20 mm, R为曲率半径) , 凹角则以树脂砂浆填补成光滑的圆弧。对于较大面积的劣质层在凿除后用环氧树脂砂浆材料进行修补。
6)结构表面打磨后, 用吹风机将表面灰尘和杂物清理干净,用丙酮或工业酒精清洗干净后, 使表面充分干燥。 3. 4 涂底胶
1)用弹簧秤把底层涂料的主剂和固化剂按规定比例称量准确后放于容器中, 用电动搅拌器搅拌均匀, 根据现场实际气温决定用量并严格控制使用时间。一般情况下1 h内用完。 2)用滚筒刷将底胶均匀涂刷于混凝土表面, 待胶固化后(固化时间视现场气温而定, 以指触干燥为准) 再进行下一工序施工。
3)底层涂料指触干燥或固化后, 表面上的凸起部分( 一般类似结露的露珠一样)要用砂布或角磨机磨平。 3. 5 粘贴
1)按设计尺寸裁剪碳纤维布, 除非特殊要求, 碳纤维布长度在3 m 之内。
2)调配、搅拌粘贴材料胶(使用方法与底胶相同), 然后均匀涂抹于待粘贴的部位, 在搭接、混凝土拐角等部位要多涂刷一些。
3)粘贴碳纤维前用滚筒刷均匀地涂抹粘贴用环氧树脂。粘贴碳纤维时, 按照设计方向将碳纤维材料粘贴在结构上, 用特制滚子反复沿纤维方向滚压, 使碳纤维材料和树脂之间不再有空气, 树脂胶充分浸透碳纤维材料并去除气泡, 脱泡作业后, 须确认纤维材料无褶皱、无歪斜。 4)碳纤维粘贴后放置30 m in, 用滚筒刷均匀涂抹粘贴用环氧树脂, 同时对碳纤维有浮出或脱线情形时, 进行压平修正。多层粘贴应重复上述步骤, 待碳纤维布表面指触干燥方可进行下一层的粘贴。
5)一般碳纤维不搭接, 若确需搭接时, 其搭接部位避开构件应力最大区段, 搭接长度不小于100 mm, 该部位应多涂树脂, 且搭接端部应平整无翘曲, 去除气泡、脱泡操作按正常进行。粘贴后碳纤维的端部采用横向碳纤维进行固定。若碳纤维布需多层搭接, 则各层接口位置不应在同一面, 其接口位置的相互净距一般6) 最后一层碳纤维的上涂必须涂刷均匀且周边整齐。
3. 6 检查及保护
1) 碳纤维粘贴施工后, 应进行养护, 保证24 h内防止受潮, 防止硬物碰伤表面。养护期间的
温度不低于环氧树脂的允许使用温度( 5 e )。养护期在1周~ 2周内。2)用小锤轻击或手压碳纤维材料表面, 检查是否有空鼓。如无空鼓或只有少量小空鼓( < 3 cm )便视为合格; 对于较大的空鼓(\\ 3 cm )或较多的小空鼓应进行灌入树脂胶处理或者重新搭接粘贴等量的碳纤维材料, 搭接粘贴碳纤维材料施工时的搭接长度不小于100 mm。
3)加固后的碳纤维表面应采取抹水泥砂浆或喷防火涂料进行保护。 4 质量控制要点
1) 施工温度: 由于环氧树脂在低温下固化过程比较缓慢, 涂层不易均匀, 因此施工温度保证在5 e ~ 35 e 之间, 相对湿度不大于85%的环境下进行施工。如混凝土表面含水率在85%以上、有结露的可能时, 必须采取有效措施方可施工。
2) 保持成型所需要的压力: 粘结碳纤维加固补强时, 在梁(板) 的底面进行, 为避免碳纤维补强层下坠, 与混凝土之间的粘合不紧密, 影响加固补强的效果, 可以在粘贴范围内设置碳纤维材料U形箍锚固。U 形箍应在粘贴范围内均匀布置, 而且一般在端部需设置一道, U 形箍的粘贴高度宜伸至板底面, 每道U 形箍
的宽度与厚度均不宜小于受弯加固碳纤维布宽度的一半。
3) 空鼓处理: 粘贴碳纤维时树脂胶涂刷必须均匀, 并用力刮平, 将气泡挤出来, 以免形成空鼓和脱胶, 影响加固效果。若检查发现粘贴出现了空鼓现象, 可采取灌入环氧树脂胶法、割刀切入填充树脂修补法、补丁修补法( 搭接长度不小于100 mm )等措施予以弥补。 2 .
3 桥梁拉索
过去20 多年中桥梁拉索和吊索的锈蚀损害状况日趋严重, 迫切需要提高其抗疲劳和抗腐蚀能力。碳纤维增强塑料(CFR P) 制成的平行丝束, 具有耐腐蚀、高强
、弹性模量与钢相近和抗疲劳性能好等优点, 是制作斜拉索和吊索的理想材料。瑞士联邦材料试验研究所(E MPA ) 用其作为瑞士W int ert he msto reh e n bru e ke 桥的斜拉索。该桥是6 3 + 6 1 米的单塔斜拉组合加劲梁桥, 桥塔为A 型, 高38 米。该桥使用了两根碳纤维复合材料拉索, 每根拉索由2 41根(5 毫米的CFRP 筋束组成, 其碳纤维型号为Tor 叮e a T’7 ooS, 强度4 9 0 0 Mp a , 弹性模量2 3 o G p a , 破断延伸率2. 1% , 比重1。8 扩c 厅, 轴向热膨胀系数接近于零。采用拉挤工艺将碳纤维制成CFR P 筋束, 其纵向抗拉强度为3 3 0 MPa, 弹性模量16 5 G Pa
, 容重1.56 扩c 耐, 纤维体积含量68 % , 轴向热膨胀系数0.2 x1 0一“m 而℃ 。 用c FR P 束制成的拉索, 曾用三倍设计荷载进行10 0 万次重复荷载试验。在桥上 的CFRP 拉索和钢拉索, 均设有普通传感器和光纤传感器进行应力和变形监测。 4 纤维增强胶接层板
最近几年W o o d C o m p o s ite s E n g in e e r in g 已经成功地开发了纤维增强胶接层板技术和产品。这种纤维增强胶接层板是在木板的一面或二面胶粘一层或
二层纤维增强层板和木板之间的应变匹配。纤维强胶接层板表面的纤维增强复合材料层板具有良好的阻燃性能, 一般采用拉挤工艺制备。所使用的增强材料为混杂的碳纤维和其它纤维(玻璃纤维), 基体为环氧树脂体系。由于使用纤维增强胶接层板比使用钢朽架的天花板系统价格低8 % , 比使用传统木衍架价格低25 % , 以及可明显减少重量和减少木材的需求, 纤维增强胶接层板目前发展很快, 应用日趋广泛。 5 碳纤维复合力筋
日本K o b e ste e l, Ll d,Mits u i e o n s tru e ti o n C o ,Lt d和Shin k o W ir e Co ,
Lt d 共同研制出一种称做CF -FI B R A 的纺织碳纤维复合力筋, 已在实际建筑工程中应用。力筋由编织以N 基碳纤维纱线浸渍环氧树脂而成, 纤维体积含量为72 %。静_________7力拉伸试验表明, CF 一FI B以抗拉强度为19 60 MPa, 拉伸弹性模量为2 25 GPa (等于或略高于钢丝的值), 容重为1.58 岁c 耐, 其延伸量只为钢的八分之一。疲劳拉伸试验表明,c F 一FI BR A 的抗拉疲劳极限为1 174 MPa , 为钢丝疲劳极限41 5 MPa 的近三倍。日本Sa it a m a 大学和东京绳索株式会社开发出一种称为c FCc 的碳纤维复合力筋, 它由搓捻的高强连续碳纤维浸渍树脂而成。他们已采用CFCC 修建一座跨径7 米的预应力混凝土工型梁桥一Sh ing u 桥。 德国在路德维希港建成一座采用CFR P 筋束施加部分预应力的全长80 米的预应力混凝土桥梁。筋束制作程序是, 把碳纤维束浸渍环氧树脂, 拧成直径12.5 毫米的索, 再把19 股索挤成预应力力筋。其碳纤维的比重只为钢的1/ 5 , 但价格为钢的7 倍。. 6 碳纤玻璃
马来西亚有许多清真寺, 就是利用先进的碳纤维玻璃来建造。这种建材耐久轻巧, 建筑物盖起来也更快。在马来西亚这个回教国家, 有越来越多造型优美的清真寺, 所使用的建材, 不是传统的水泥砖瓦和金属, 而是含有环氧成份的碳纤玻璃。
一家马来西亚与德国合资的企业, 最近利用巧思, 将目前大量使用在建筑游艇和飞机的碳纤玻璃, 拿来盖清真寺。这种先进的建材, 不但重量只有传统水泥的百
分之十五, 还比砖瓦水泥更耐久, 除了节省施工时间, 建筑师在造型设计上, 也能更有想像空间。厂商表示, 其实除了清真寺之外, 这种特殊的碳纤玻璃也适用于其它建筑, 未来一旦普及, 将对传统建材将产生革命性的影响。
碳纤维增强复合材料在土木建筑中的应用
