粘貼碳纖維復合材加固法施工工藝小議

李敏 陳劍 金揚輝

1 概述

據統(tǒng)計,我國現在有一大批二十世紀五六十年代建造的老房屋,因超過了設計基準期而有待加固,全國又有大約1/3的住宅安全儲備不足,且城市的住宅結構逐漸進入老齡化,有大量的住宅結構需要加固,我國每年還有一大批因生產規(guī)模及工藝等更新,而需要技術改造和加層的建筑物,它們因結構超載而需要補強。同時,隨著國家抗震要求、設防標準的提高和改變使許多地區(qū)現有房屋不能滿足新設防的抗震要求,從而需要抗震加固。近年來社會上大量曝光的因工程質量低劣所造成的危房,它們也需要加固處理。據業(yè)內估計2008年以后,中國建筑的加固、維護業(yè)務將增長50%。這說明建筑加固行業(yè)存在巨大的發(fā)展空間與發(fā)展?jié)摿?同時也對我們從事這個行業(yè)的設計、施工等技術人員素質提出更高的要求。

2 施工工藝流程

粘貼碳纖維施工工藝流程見圖1。

3 施工技術要求

3.1 被加固混凝土表面處理

被加固構件在加固施工前,必須進行表面處理,其目的:除銹、去污、凈化處理混凝土表面的老化部位;利用結構膠修補裂縫、填補孔洞、調整高差,削除、磨平構件表面尖角,保證碳纖維粘結的可靠基礎,確保結構本體表面與碳纖維布充分粘結。

結構構件表面處理包括:鋼筋露出部位防銹處理、裂縫修補、斷面修補、表面污垢碳化處理及修角加工等處理措施。

3.2 底膠涂布

1)一次配膠量不宜過多,一般情況配制好后在45 min～60min內用完,膠的攪拌采用低速機械攪拌,攪拌時間以3 min為宜;2)涂膠采用滾輪毛刷均勻涂敷;涂敷量由底膠的品種和混凝土表面狀況而定,底膠應涂敷1道～2道,如混凝土碳化嚴重,滲透量大時,增加涂敷次數;以指觸確認干燥后,再繼續(xù)下道工序。

3.3 找平處理

加固構件表面不平整處采用修補膠修補構件粘貼面,其目的:保證施工面平整,避免混凝土面與纖維布之間有氣泡或膨脹空鼓發(fā)生。加固構件表面處理見3.1。

3.4 浸漬膠涂底

浸漬膠涂底施工時,應注意:必須使浸漬膠充分浸透,采用專用滾輪單向滾壓纖維布;起拱部位和角落部分容易產生空氣滯留,使用專用帶齒除泡滾筒去除滯留空氣。由于固化時間有限,每次膠的混合量應以在施工時間內可涂布面積計算,攪拌必須充分。涂敷應均勻,涂敷膠量以浸透纖維布為標準。

3.5 粘貼纖維布

1)粘貼纖維布施工時,應注意:必須確定受力方向,粘貼方向不能弄錯;纖維布一定要鋪設平整,不能褶皺、彎曲。2)裁剪尺寸須包含縱橫向重疊部分,剪裁下的碳纖維布不能折疊,卷滾在半徑 R≥80mm的圓滾上;裁剪好的纖維布,應放置在無塵、干燥環(huán)境保管。3)纖維布必須沿定位線粘貼,多層粘貼應逐層進行,必須待第一層固化后再粘第二層,不得一次粘貼多層纖維布;在一處粘貼多塊纖維布,應先粘中心的一塊,然后向兩邊擴展;碳纖維布在外凸角粘貼時,不要讓纖維布受折損傷;在內凹角粘貼時,采用半徑相同的橡皮滾輪,擠壓凹角,以免扯離邊使凹角處纖維扯起,滾壓時沿受力方向滾壓,不要往返用力。4)纖維搭接長度。在纖維方向一般規(guī)定為100mm;與纖維垂直方向兩塊之間無需搭接;在粘貼的纖維布面積中間,若有開口或障礙物阻擋時,纖維布的剪裁應事先計劃,并對這些削弱的部位作好補強措施。

3.6 浸漬膠上涂

1)目的:表層保護,或為下一層纖維布的粘結作準備。2)上涂后到固化前,檢查纖維布有無浮起、膨脹或剝落,若有應立刻修整。3)浮起、膨脹部分,在未固化前,用脫泡滾朝纖維方向推,將氣泡排出去;如浮起、膨脹已經固化,可采取開排氣孔,用注射器灌膠充填。

3.7 養(yǎng)護固化

粘貼碳纖維片材加固施工養(yǎng)護條件要求不高,在室外施工時為不使雨水、砂、灰塵附著在纖維布上,須用塑料布養(yǎng)護。纖維布粘結后,用塑料布覆蓋24 h以上進行養(yǎng)護。平均溫度10℃以下,初期固化時間約2 d;平均溫度10℃～20℃,初期固化時間約1d～2 d;平均溫度在20℃以上,初期固化時間約1 d。完全固化一般要求時間較長,一般固化 80%以上就可以受力,平均溫度在20℃以上時須固化7 d,平均溫度在10℃時須固化14 d才能受力使用。

3.8 表面涂裝

1)目的:避免樹脂膠白化、老化現象。表面浸漬膠受紫外線、臭氧的影響會產生老化、白化。2)有耐火要求時,需用石棉灰漿或水泥砂漿抹層(可在浸漬膠固化前,在纖維布表面粘豆砂石子糙化)。3)需要緩沖車輛等沖撞碳纖維表面時,設置砂漿防護層或掛網澆筑一層高強混凝土處理,使防護層和碳纖維布得到充分的附著強度。

4 粘貼碳纖維加固法檢驗及驗收

1)施工前材質檢查。a.碳纖維的拉伸強度、彈性模量、斷裂延伸率。b.結構膠本身拉伸強度,正拉粘結強度,耐老化性能。c.檢查頻率,每2000m2檢測一次,每施工一次做一次檢測。d.檢測標準按規(guī)范規(guī)定。2)施工過程中質量檢查。a.施工環(huán)境須符合氣溫在5℃以上,相對濕度在95%以下及沒有凍結現象。b.現場拉拔試驗。在作業(yè)面未涂底膠前,應用現場專用拉拔試驗機檢測混凝土的粘結強度。其檢查標準為拉拔結果破壞面必須為混凝土破壞,并記錄破壞強度值,以作為完工后材質優(yōu)劣之判別。每一施工工程檢測三組,每組三個試點。3)完工后工程質量檢查。a.有無間隙、缺膠區(qū)、皺紋區(qū)和纖維彎曲區(qū)。b.完工后3 d,以金屬輕擊判別是否有空孔或含浸膠不良現象,若含浸膠不良面積達施作面積的2/3以上,則全部拆除,重新粘貼。c.空孔、氣泡檢查及處置方式,具體見參考文獻[2]。4)現場拉拔試驗。a.在全部碳纖維補強作業(yè)區(qū),每500m2測一組(三個點),不滿500m2仍須測一組。b.測試標準:拉拔結果破壞面必須為混凝土破壞或拉拔強度大于2.25 M Pa,視為合格。c.測出不合格的部位,在原測試位置300mm范圍內(上下左右四點),再次復測,如三點測試合格,視為測試通過,如兩點測試合格,視為不合格,則該不合格作業(yè)面拆除重新粘貼。

5 粘貼碳纖維加固施工注意事項

1)碳纖維復合材料為導電材料,施工時應注意安全用電;2)碳纖維復合材料施工過程中應避免彎折和扭曲,否則容易開裂破壞;3)碳纖維復合材料配套樹脂的原料應密封儲存,遠離火源,避免陽光直接照射;4)配套膠的配制和使用場所應保持通風良好;5)現場施工人員應采取相應的勞動保護措施。

6 結語

目前,隨著建筑加固業(yè)的蓬勃發(fā)展,結構加固工藝也愈趨復雜。針對粘貼碳纖維加固方法在加固行業(yè)應用的普遍性,其對加固企業(yè)施工技術及人員素質也提出更高要求。故本文在碳纖維加固施工方面做了一點梳理與工作,實踐證明,該施工工藝流程對保證粘貼碳纖維加固施工質量是比較有效的,對類似工程具有一定的指導意義。

[1]GB 50367-2006,混凝土結構加固設計規(guī)范[S].

[2]侯發(fā)亮.建筑結構粘結加固的理論與實踐[M].武漢:武漢大學出版社,2003:231-237.

[3]李國勝.建筑結構裂縫及加層加固疑難問題的處理——附實例[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2006:410-438.

[4]張學亮.淺談粘鋼及粘碳纖維布技術在某工程中的應用[J].山西建筑,2008,34(22):141-142.