碳纖維修復(fù)、補(bǔ)強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)施工工法

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近年來(lái)，結(jié)構(gòu)修復(fù)、補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)廣泛應(yīng)用于橋梁、隧道以及工業(yè)民用建筑中的鋼筋砼梁、板、柱及剪力墻結(jié)構(gòu)。特別是采用碳纖維修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)時(shí)更獲得具大成功，其產(chǎn)品性能優(yōu)異，操作簡(jiǎn)單，安全可靠，與傳統(tǒng)方法相比較，有更大的經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益和環(huán)境效益。某工程框架柱的加固補(bǔ)強(qiáng)，采用該項(xiàng)技術(shù)，取得了良好效果。
　　一、特點(diǎn)
　　1、碳纖維片材輕質(zhì)高強(qiáng)：其抗拉強(qiáng)度比普通鋼材高8～10倍，將它用粘結(jié)樹(shù)脂與結(jié)構(gòu)粘貼后形成一體，能可靠地與鋼筋混凝土共同工作，有優(yōu)異的補(bǔ)強(qiáng)效果，而結(jié)構(gòu)自重的增加幾乎可以忽略。
　　2、抗腐蝕：碳纖維能有效地防護(hù)構(gòu)件的混凝土和鋼筋免職受酸、堿、鹽、水等介質(zhì)的腐蝕。
　　3、耐老化：碳纖維與膠結(jié)構(gòu)本身及經(jīng)其補(bǔ)強(qiáng)的構(gòu)件可以長(zhǎng)期承受紫外線、核幅射；長(zhǎng)期在-54～80℃下使用，強(qiáng)度不會(huì)降低；經(jīng)加速暴露老化試驗(yàn)驗(yàn)證可歷時(shí)40年性能不變；且在表面涂裝后，耐用性更加突出。
　　4、保持結(jié)構(gòu)原狀，外形美觀：碳纖維片材便于隨構(gòu)件原形貼附，基本不改變構(gòu)件斷面尺寸，貼片后表面可以涂刷、粘貼飾面材料、防火材料。
　　5、施工簡(jiǎn)便、快捷：采用傳統(tǒng)的加固補(bǔ)強(qiáng)方法，如包混凝土法、粘鋼法，均需進(jìn)行大量剔鑿、植筋、焊接、澆混凝土作業(yè)，碳纖維片材施工卻不需要。因此，它對(duì)施工空間要求很低，便于狹窄空間作業(yè)，施工快捷，對(duì)生產(chǎn)、使用的干擾很小。
　　二、工藝原理
　　碳纖維片材是用抗拉強(qiáng)度極高的碳纖維絲“拉拔”成型，單向排列，并經(jīng)環(huán)氧樹(shù)脂預(yù)浸而成的結(jié)構(gòu)增強(qiáng)復(fù)合材料。將它用粘結(jié)樹(shù)脂作為粘結(jié)劑，沿受力方向或垂直于裂縫方向粘貼在受損構(gòu)件表面，粘結(jié)劑作為它們之間的剪力連接媒介，形成新的復(fù)合體。使增強(qiáng)貼片與原有鋼筋共同受力，增大了結(jié)構(gòu)抗拉或抗剪能力，能有效地提高強(qiáng)度、剛度、抗裂性和延性。整個(gè)工藝的關(guān)鍵在于碳纖維片材粘結(jié)的緊密、牢固，保證與原結(jié)構(gòu)形成整體，能夠共同工作。
　　三、適用范圍
　　碳纖維片材修復(fù)、補(bǔ)強(qiáng)、加固適用于隧道、橋梁及各類(lèi)工業(yè)民用建筑
　　中鋼筋混凝土梁、板、柱、剪力墻結(jié)構(gòu)、涵洞、襯砌、鋼筋混凝土煙囪、筒倉(cāng)、水池、罐體等，由于設(shè)計(jì)、施工、使用、老化或某種浸蝕、災(zāi)害造成的損壞，以及因超載所致的承載力不足。
　　四、主要材料
　　1、碳纖維片材的規(guī)格及性能（表略）。
　　2、底層涂料的規(guī)格及性能（表略）。
　　3、環(huán)氧膩?zhàn)拥囊?guī)格及性能（表略）。
　　4、浸漬樹(shù)脂的規(guī)格及性能（表略）。
　　五、主要工、機(jī)具
　　1、畫(huà)線工具：墨斗、卷尺、水平議、鉛錘；
　　2、切削工具：角向砂輪、錘子、鑿子、鉆、鏨子；
　　3、碳纖維片切割工具：卷尺、鋼直尺、壁紙刀；
　　4、調(diào)和涂刷工具：臺(tái)秤、攪拌容器、橡膠抹子、滾筒刷子、油漆刷、攪拌器、托灰板；
　　5、工具：羅拉（專(zhuān)用工具）、橡膠刮板、塑料刮板；
　　6、安全用具：安全帽、安全帶、防護(hù)眼鏡、橡膠手套、口罩；
　　7、施工管理用器具：R量尺、溫濕度計(jì)；
　　8、其它：空壓機(jī)、通風(fēng)設(shè)備、養(yǎng)護(hù)復(fù)合材料、棉紗。
　　六、施工工藝
　　1. 工藝流程
　　2. 操作要點(diǎn)
　　2.1 混凝土基底處理
　　2.1.1 將混凝土構(gòu)件表面的殘缺、破損部分清除干凈達(dá)到結(jié)構(gòu)密實(shí)部位。
　　2.1.2 檢查外露鋼筋是否銹蝕，如有銹蝕，進(jìn)行必要處理。
　　2.1 對(duì)經(jīng)過(guò)剔鑿、清理和露筋的構(gòu)件殘缺部分，進(jìn)行修補(bǔ)、復(fù)原。
　　2.1.4 裂縫修補(bǔ)：縫寬小于0.20mm的裂縫，用環(huán)氧樹(shù)脂進(jìn)行表面涂抹封閉；大于0.20mm的裂縫用環(huán)氧樹(shù)脂灌縫。
　　2.1.5 將構(gòu)件表面凸出部分（混凝土構(gòu)件交接部位、模板的段差）打磨平整，修復(fù)后的段差要盡量平順。
　　2.1.6 棱角部位，用磨光機(jī)磨圓角，圓角半徑≥30mm.
　　2.1.7 對(duì)清洗過(guò)的混凝土構(gòu)件進(jìn)行圍擋，并讓其充分干燥。
　　2.2 刷底層涂料
　　2.2.1 把底層涂料的主劑和固化劑按規(guī)定比例稱(chēng)量準(zhǔn)確后放入容器，用攪拌器攪拌均勻，一次調(diào)和量應(yīng)以要使用時(shí)間內(nèi)用完為準(zhǔn)。
　　2.2.2 在底層涂料中嚴(yán)禁加溶劑，含有溶劑的毛刷或用溶劑弄濕了的滾筒不得使用。
　　2.2.3 用滾筒刷均勻地涂抹底層涂料。
　　2.2.4 涂料指觸時(shí)間因氣溫不同，一般在3h到24h之間變化。
　　2.2.5 底層涂料固化后，在表面上有凸起部分時(shí)，要用砂紙磨光。
　　2.2.6 根據(jù)施工部位的溫度、濕度選擇適當(dāng)?shù)牡讓油苛?，在氣溫底?℃，相對(duì)濕度RH>85%，混凝土表面含水率>8%，有結(jié)露可能而無(wú)有效措施時(shí)，不得施工。
　　2.3 構(gòu)件表面的殘缺修補(bǔ)
　　2.3.1 構(gòu)件表面凹陷部位應(yīng)用環(huán)氧膩?zhàn)犹钇?，修?fù)至表面平整。
　　2.3.2 接槎部位要用環(huán)氧膩?zhàn)犹钛a(bǔ)，使之平順。在殘缺修補(bǔ)中使用環(huán)氧樹(shù)脂時(shí)，要在氣溫5℃以上，相對(duì)濕度RH<85%的條件下施工。膩?zhàn)庸纹胶螅砻嫒源嬖诘陌纪共诩y，應(yīng)再用砂紙打磨平整。
　　2.4 貼碳纖維片材
　　2.4.1 確認(rèn)粘貼表面干燥。氣溫在5℃以下，相對(duì)濕度RH>85%時(shí)不得施工。
　　2.4.2 碳纖維應(yīng)用鋼直尺與壁紙刀按規(guī)定尺寸進(jìn)行切斷，每段長(zhǎng)度一般不超過(guò)6m為宜，若要使用更長(zhǎng)的片材時(shí)，除精心防止彎折外，對(duì)脫泡、滲浸過(guò)程必須加倍謹(jǐn)慎操作。為防止片材在保管過(guò)程中損壞，片材的裁切數(shù)量應(yīng)按當(dāng)天的使用量為準(zhǔn)。
　　2.4.3 碳纖維的縱向接頭必須搭接10cm以上，且該部位應(yīng)多涂粘結(jié)樹(shù)脂，碳纖維橫向不需要搭接。
　　2.4.4 粘結(jié)樹(shù)脂的主劑與固化劑應(yīng)按規(guī)定的比例稱(chēng)量準(zhǔn)確，裝入容器，用攪拌器攪拌均勻，一次調(diào)和量應(yīng)以在可使用時(shí)間內(nèi)和完為準(zhǔn)。
　　2.4.5 貼片前用滾筒刷均勻地涂抹粘結(jié)樹(shù)脂，稱(chēng)為下涂，下涂的涂量標(biāo)準(zhǔn)如下：
　　200g/m2的碳纖維片，400～500g/m2
　　300g/m2的碳纖維片，500～600g/m2
　　2.4.6 貼片時(shí)，在碳纖維片和樹(shù)脂之間盡量不要有空氣，可用羅拉（專(zhuān)用工具）沿著纖維方向在碳纖維片上滾壓多次，使樹(shù)脂滲浸入碳纖維中。
　　2.4.7 碳纖維片施工30min后，用滾筒刷均勻涂抹粘結(jié)樹(shù)脂，稱(chēng)為上涂，上涂涂量標(biāo)準(zhǔn)如下：
　　200g/m2的碳纖維片，200～100g/m2
　　300g/m2的碳纖維片，300～200g/m2
　　2.4.8 進(jìn)行空鼓檢查，并進(jìn)行處理。
　　2.4.9 如需粘貼多層碳纖維，重復(fù)以上步驟。
　　2.4.10. 如碳纖維片施工不符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，則需進(jìn)行相應(yīng)處理。其中空鼓處理方法如下：
　　注入粘結(jié)樹(shù)脂法：在大纖維片上打開(kāi)兩個(gè)以上的小孔，使用注射器注入粘結(jié)樹(shù)脂（或低粘度型樹(shù)脂）。
　　割刀切入填充樹(shù)脂補(bǔ)修法：沿纖維方向切入2～3刀，用橡膠刮板、毛刷沾上適量樹(shù)脂，填進(jìn)割開(kāi)的縫內(nèi)。
　　補(bǔ)丁修補(bǔ)法：當(dāng)貼片完全固化后，且無(wú)法用割刀切開(kāi)或注入樹(shù)脂時(shí)；或出現(xiàn)褶皺和松弛時(shí)，應(yīng)采用此方法割去不良部分，重新粘貼碳纖維片。
　　2.5 養(yǎng)護(hù)
　　2.5.1 粘貼碳纖維片后，需自然養(yǎng)護(hù)24h達(dá)到初期固化，應(yīng)保證固化期間不受干擾。
　　2.5.2 在每道工序以后樹(shù)脂固化之之前，宜用塑料薄膜等遮擋以防止風(fēng)沙或雨水侵襲。
　　2.5.3 當(dāng)樹(shù)脂固化期間存在氣溫降低到5℃以下的可能時(shí)，可采用低溫固化樹(shù)脂，或采取有效的升溫措施。
　　2.5.4 碳纖維片材粘貼后達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度所需自然養(yǎng)護(hù)的時(shí)間：
　　平均氣溫在10℃以下時(shí)， 需2周；
　　平均氣溫在10～20℃之間，需1～2周；
　　平均氣溫在20℃以上時(shí)， 需1周；
　　在此之間應(yīng)防止貼片受到硬性沖擊。
　　2.6 涂裝
　　2.6.1 若加固補(bǔ)強(qiáng)構(gòu)件需要防火時(shí)，可在樹(shù)脂固化后按業(yè)主要求涂刷耐火涂層。
　　2.6.2 對(duì)加固補(bǔ)強(qiáng)構(gòu)件有外觀要求時(shí)，可在補(bǔ)強(qiáng)后涂刷所需色彩和質(zhì)量的涂層。
　　2.6.3 涂裝應(yīng)在樹(shù)脂初期固化后進(jìn)行，并應(yīng)遵守所用涂料的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和施工規(guī)定。
　　2.6.4 對(duì)新材料新工藝的涂裝，事前要做好充分研究，必要時(shí)應(yīng)進(jìn)行試驗(yàn)，確認(rèn)后方可正式使用。
　　七、施工管理與勞動(dòng)組織
　　1.施工管理
　　1.1 項(xiàng)目管理：負(fù)責(zé)根據(jù)加固補(bǔ)強(qiáng)
　　設(shè)計(jì)文件制定施工組織設(shè)計(jì)，按計(jì)劃負(fù)責(zé)人力、材料、機(jī)具和資金等準(zhǔn)備，組織施工并對(duì)工程質(zhì)量、進(jìn)度、安全、物資供應(yīng)、生活安排、工程的交工驗(yàn)收及結(jié)算全面負(fù)責(zé)。
　　1.2 技術(shù)管理：負(fù)責(zé)為加固補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)和技術(shù)組織措施的實(shí)現(xiàn)，做好技術(shù)交底、貫徹施工規(guī)程與質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)等工作，為工序檢查和隱蔽工程驗(yàn)收確認(rèn)把關(guān)，處理施工中發(fā)生的變更和其他技術(shù)問(wèn)題。
　　1.3 作業(yè)管理：按操作工序劃分作業(yè)組，分別負(fù)責(zé)加固補(bǔ)強(qiáng)的構(gòu)件打磨、涂刷樹(shù)脂、缺陷修補(bǔ)、裂縫封閉、貼片、養(yǎng)護(hù)等操作過(guò)程。
　　八、質(zhì)量要求
　　1.所有進(jìn)場(chǎng)材料，包括碳纖維片材和膠結(jié)材料，符合質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，并具有出廠產(chǎn)品合格證，符合本工程加固補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)要求，適合現(xiàn)場(chǎng)溫度、濕度條件的材料。
　　2.碳纖維片粘貼的質(zhì)量檢查標(biāo)準(zhǔn)：
　　2.1 下涂與上涂滲入碳纖維束良好。
　　對(duì)裂縫必須處理：縫寬<0.20mm的用環(huán)氧樹(shù)脂涂抹封閉，縫寬>0.20mm用環(huán)氧樹(shù)脂灌縫。
　　2.2 碳纖維片材粘結(jié)密實(shí)。
　　2.3 對(duì)于直徑在10～30mm以下的空鼓，每平方米少于10個(gè)為合格；若每平方米在10個(gè)以上，則認(rèn)為不合格，需進(jìn)行修補(bǔ)；對(duì)于直徑在30mm以下的空鼓，只要出現(xiàn)即認(rèn)為不合格，需要進(jìn)行修補(bǔ)。
　　2.4 順纖維方向搭接長(zhǎng)度不小于10cm.各層之間的搭接部位不得位于同一條直線上，層間必須錯(cuò)開(kāi)至少50cm.
　　2.5 碳纖維片材規(guī)格、貼片位置、長(zhǎng)度、寬度、纖維方向、層數(shù)符合設(shè)計(jì)規(guī)定。
　　3.養(yǎng)護(hù)嚴(yán)格遵守自然養(yǎng)護(hù)的時(shí)間要求。
　　4.涂裝符合合同規(guī)定或業(yè)主要求及相應(yīng)的施工驗(yàn)收規(guī)定。