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。據業內估計2008年以后,中國建筑的加固、維護業務將增長50%。這說明建筑加固行業存在巨大的發展空間與發展潛力,同時也對我們從事這個行業的設計、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 養護固化

粘貼碳纖維片材加固施工養護條件要求不高,在室外施工時為不使雨水、砂、灰塵附著在纖維布上,須用塑料布養護。纖維布粘結后,用塑料布覆蓋24 h以上進行養護。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.檢測標準按規范規定。2)施工過程中質量檢查。a.施工環境須符合氣溫在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、皺紋區和纖維彎曲區。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區,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,隨著建筑加固業的蓬勃發展,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應用的普遍性,其對加固企業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范[S].

[2]侯發亮.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.