隨著使用年限的增加或使用功能的改變，部分已建工程由于各種自然環(huán)境因素影響，其承載力、剛度及穩(wěn)定性不斷降低而產(chǎn)生安全、質(zhì)量的問題，為保證結(jié)構(gòu)的安全，必須對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行加固改造。
碳纖維加固修補(bǔ)結(jié)構(gòu)技術(shù)是一種新型的結(jié)構(gòu)加固技術(shù),它是利用樹脂類粘結(jié)材料將碳纖維布粘貼于混凝土表面,以達(dá)到對結(jié)構(gòu)及構(gòu)件加固補(bǔ)強(qiáng)的目的。碳纖維材料(CFRP)用于混凝土結(jié)構(gòu)加固修補(bǔ)的研究始于20世紀(jì)80年代美、日等發(fā)達(dá)國家,我國起步較晚,于90年代后期在我國迅速發(fā)展起來。碳纖維一般是直徑為5μm~20μm的連續(xù)纖維,基材由樹脂和固化劑組成,用樹脂(內(nèi)加固化劑)浸潤碳纖維,待樹脂固化后便形成了碳纖維增強(qiáng)塑料(簡稱CFRP)。碳纖維根據(jù)原料及生產(chǎn)方式的不同,主要分為聚丙烯腈(PAN)基碳纖維及瀝青基碳纖維。碳纖維產(chǎn)品包括PAN基碳纖維(高強(qiáng)度型)及瀝青基碳纖維(高彈性型)。具有節(jié)能、環(huán)保、高強(qiáng)高效、施工便捷、耐腐蝕、應(yīng)用面廣、施工質(zhì)量保證等優(yōu)點(diǎn)。
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粘鋼加固技術(shù)也是目前工程加固中常用的方法之一,它是應(yīng)用高強(qiáng)度的結(jié)構(gòu)粘結(jié)劑,將鋼板粘貼在鋼筋砼或其他被加固構(gòu)件的表面,使被加固構(gòu)件與鋼板共同工作,從而達(dá)到對原結(jié)構(gòu)或構(gòu)件補(bǔ)強(qiáng)加固的目的。同其他結(jié)構(gòu)加固方法相比較,在結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中采用粘鋼加固有其獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)：施工現(xiàn)場基本無濕作業(yè),干凈簡潔；施工方法較簡單,工期較短,對結(jié)構(gòu)的正常使用基本不影響；傳力簡單明確,耐久性較好;基本不增加結(jié)構(gòu)的重量,基本不改變結(jié)構(gòu)的外觀；粘貼鋼板的方案靈活多樣,適應(yīng)性強(qiáng)；性價(jià)比較高,能節(jié)省材料和工期,加固費(fèi)用較低。
一、工程概況 123456
南寧麗原?天際城工程地下室建于90年代初，位于廣西南寧市民族大道的繁華地段，由于需要往上新建57層商住樓，建筑高度達(dá)218米，建成后將成為南寧市位于市中心的標(biāo)志性建筑；根據(jù)現(xiàn)代建筑的需要和使用功能的調(diào)整，必須對原有的地下室進(jìn)行加固改造，工程包括自地下三層至地下一層結(jié)構(gòu)拆除、改造加固工作。涉及拆除及改造加固的部位非常緊湊，主要包括柱、墻、板、梁新老結(jié)構(gòu)搭接處的拆除及加固植筋、粘鋼、碳纖維加固等。本文主要介紹粘鋼和碳纖維技術(shù)在該建筑改造過程中的應(yīng)用。南寧麗原?天際城平面圖如下圖所示：
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圖1南寧麗原?天際城平面圖
二、粘鋼工程
其中核心筒周邊柱及核心筒剪力墻進(jìn)行外包鋼的加固處理，具體柱包鋼、墻板粘鋼從地下三層至地下一層的順序進(jìn)行。根據(jù)現(xiàn)場情況本工程采用濕法灌漿粘鋼工藝。所選用的主要材料為：①鋼材級別：Q235B、Q345B。②灌漿 本文來自123
一般的粘鋼工程施工過程是：表面處理→結(jié)構(gòu)膠配制、卸荷→混凝土梁、鋼板抹膠→粘貼→固定加壓→固化→卸支撐檢驗(yàn)→防腐處理。本工程在使用粘鋼技術(shù)加固過程中的流程如下圖2所示：
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圖2粘鋼工程施工流程圖
1、具體其粘鋼施工方法及技術(shù)措施
1.1砼表面處理 本文來自123
(1)放線。根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙確定所需加固構(gòu)件的相應(yīng)位置，用墨線畫出需做基層處理的部位。主要是將綴板的位置確定下來，以便于進(jìn)行砼打磨。
(2)砼表層鑿除、打磨。所有砼粘結(jié)面必須干凈、無油垢污物，表面無潮氣和霜凍。如果粘結(jié)面很舊很臟，可用硬毛刷粘高效洗滌劑，刷除表面的污垢后用冷水沖洗。如粘結(jié)部位面層有粉刷層，需用鋼釬鑿除。
對粘結(jié)面進(jìn)行打磨，打磨深度視老化情況適當(dāng)調(diào)整，直至可以看到砼粗骨料露出堅(jiān)實(shí)的砼基層面為止；用鋼絲刷除去打磨表面松散浮渣；待完全干燥后用脫脂棉沾工業(yè)丙酮擦洗表面；對于濕度較大的砼構(gòu)件，尚需無污染的熱源進(jìn)行人工干燥。 本文來自123
(3)修補(bǔ)、清洗砼基層。基底砼上的各種缺陷(如剝落碎片、蜂窩、空洞、腐蝕層等)必須清除或采用適當(dāng)?shù)牟牧?修復(fù)砂槳或環(huán)氧膠泥)修復(fù)。如果在裂縫處或砼接縫處漏水嚴(yán)重，則砼表面修復(fù)時(shí)將必須采取措施。修復(fù)材料固化、干燥后，用脫脂棉沾工業(yè)丙酮擦洗表面。
1.2錨栓孔定位
根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙的要求確定錨栓孔尺寸、間距、深度、排列方向等。用墨線(或油漆)在砼基層相應(yīng)的位置作出標(biāo)記。 123456
一般情況下，柱子包角鋼加固不需要設(shè)計(jì)錨栓，但有些情況下(比如異型柱陰角角鋼)角鋼不好固定，可以通過安裝膨脹螺栓或化學(xué)錨栓進(jìn)行固定。
1.3鉆孔、清孔
(1)根據(jù)錨栓孔的深度、孔徑選擇合適的鉆頭，并在鉆頭上相應(yīng)長度的位置上作好刻度標(biāo)記，以保證鉆孔深度滿足要求。 copyright 123456
鉆孔時(shí)應(yīng)避免鉆斷鋼筋，碰到鋼筋時(shí)應(yīng)合理偏位，并做好標(biāo)記。廢棄的鉆孔應(yīng)采取適當(dāng)?shù)牟牧咸畛洹？足@好后，用毛刷或壓縮空氣將孔內(nèi)石屑、灰塵清除干凈。必要時(shí)，錨栓孔清除干凈后，及時(shí)封住口部，避免灰塵、雜物落入孔內(nèi)。
(2)安裝錨栓(或膨脹螺栓)，將錨固化學(xué)膠水混合物注入孔內(nèi)，隨即插入錨栓。錨栓安裝好固化后方可進(jìn)行下一步安裝受力。進(jìn)行錨栓安裝時(shí)，必須先用鉆好孔的角鋼在粘貼位置進(jìn)行比對，定出錨栓鉆孔位置，再進(jìn)行鉆孔；安裝錨栓時(shí)，錨桿露在螺帽外的長度不宜過長，應(yīng)能滿足粉刷的需要。 本文來自123
1.4角鋼表面處理
?。?）除銹。鋼板的粘結(jié)面必須經(jīng)過除銹處理。鋼板未生銹或輕微銹蝕時(shí)，可用適當(dāng)?shù)墓ぞ?噴砂、砂布、角磨機(jī)等)打磨。
應(yīng)注意：粘結(jié)面處理好后的鋼板粘貼前應(yīng)放置于通風(fēng)、干燥處避免再次生銹；使用前，應(yīng)將打磨過的鋼板使用丙酮進(jìn)行清洗。 123,123
?。?）錨栓孔定位、鉆孔。鋼板錨栓孔的定位應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際錨栓安裝位置作調(diào)整，必須保證與現(xiàn)場砼面上的錨栓孔位置相吻合。
根據(jù)設(shè)計(jì)要求對鋼板下料。鋼板尺寸和質(zhì)量應(yīng)在自檢基礎(chǔ)上，由總包和監(jiān)理進(jìn)行抽查。
1.5角鋼和綴板的安裝。安裝分為以下6個(gè)步驟：夾具制作、角鋼安裝、綴板下料、綴板焊接、拆除夾具。 copyright 123456
1.6灌漿座的安裝、鋼板封口
灌漿座的安裝位置應(yīng)考慮到鋼板的粘貼位置、鋼板寬度、長度等因素，合理分布；在鋼板封口時(shí)，要使用和鋼板、混凝土黏結(jié)強(qiáng)度都比較高的封口材料，封口膠（包括安裝灌漿座的密封膠）的涂抹應(yīng)嚴(yán)格按照工藝標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行施工，涂抹前必須將鋼板和混凝土基面處理干凈，否則造成封口膠黏結(jié)不牢，灌漿時(shí)可能會在該處漏漿。宜在封口膠（包括安裝灌漿座的密封膠）完全固化之后方可進(jìn)行下一步操作。 本文來自123
1.7灌漿
(1)灌漿之前可先進(jìn)行試氣，將肥皂水滿刷在封口膠上，如漏氣肥皂水必起泡，漏處須用膩?zhàn)有扪a(bǔ)(試驗(yàn)時(shí)將灌漿嘴堵住)。試氣有三個(gè)目的：通過壓縮空氣吹凈殘留于裂縫內(nèi)的積塵；檢驗(yàn)鋼板與砼之間縫隙的貫通情況；檢查封閉層有無漏氣。
(2)粘結(jié)劑的配置必須保證主劑與固化劑以規(guī)定的特定比例均勻混合。在拌和時(shí)，須采用合適的工具，并以一定的速度按同一方向攪拌。注意拌和時(shí)避免雨水、油污或雜物等進(jìn)入容器。 copyright 123456
(3)灌漿泵使用前后應(yīng)用丙酮清洗干凈。灌漿應(yīng)按照從下到上的順序進(jìn)行，通過觀察上面的一個(gè)灌漿座是否有粘結(jié)劑流出來確定灌漿是否飽滿。灌漿泵和灌漿座上的灌漿管的連接可以使用合適直徑的硬塑料管進(jìn)行。灌漿完成后應(yīng)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，在此期間，應(yīng)避免對鋼板的撞擊及加載等。
（4）在灌漿完成后，不可避免的會出現(xiàn)一定的空鼓，可以使用注射器進(jìn)行注膠修補(bǔ)。
1.8表面防護(hù) copyright 123456
（1）鋼材表面處理。需要表面防護(hù)的鋼板必須在粘鋼膠固化后進(jìn)行表面處理，包括：除去灌漿座、除去鋼板及錨栓表面的封口膠及灌漿膠、鋼板表面的打磨除銹；鋼板表面殘留的封口膠及灌漿膠必須清理干凈，否則影響防護(hù)涂料的涂刷。
?。?）涂刷防銹漆、防火漆。在完成鋼板表面處理后，使用丙酮等清洗劑將鋼板表面進(jìn)行清洗，干燥后按照要求分別涂刷防銹漆或防火漆。
?。?）涂刷防銹漆或防火漆完畢后，應(yīng)采取妥善的圍護(hù)，防止被人員、建筑垃圾、水等破壞。 copyright 123456
在進(jìn)行粘鋼加固技術(shù)過程中還應(yīng)該注意施工現(xiàn)場溫度要求、濕度要求和一些相應(yīng)的技術(shù)要點(diǎn)，確保工程安全順利的進(jìn)行。
三、碳纖維加固
該工程涉及到粘貼碳纖維施工的部位有包括整個(gè)地下三層至地下一層的板底加固、梁加固、墻洞周邊加固。碳纖維加固技術(shù)的一般工藝流程為：施工準(zhǔn)備→混凝土表面處理→配置并涂刷底層樹脂→配制找平材料并對不平整處進(jìn)行找平處理→配制并涂刷浸漬樹脂或粘貼樹脂→粘貼碳纖維片材→表面防護(hù)。該工程將一般的工藝流程與時(shí)的情況相結(jié)合，對其碳纖維加固工藝流程改為： 內(nèi)容來自123456
圖3碳纖維加固的工藝流程
1、施工具體步驟
1.1施工準(zhǔn)備 本文來自123
施工前應(yīng)對施工環(huán)境溫度進(jìn)行測量。若環(huán)境溫度小于5℃或環(huán)境濕度大于80%，則應(yīng)采取加熱措施，將被加固構(gòu)件的表面溫度及空氣溫度提高到合適的范圍。為避免基底的粘結(jié)表面受污染，必須使用“干凈”的熱源(如電、丙烷等)，并保證消防安全。施工前應(yīng)按設(shè)計(jì)圖紙，在加固部位放線定位。為了定位準(zhǔn)確，在打磨工序結(jié)束后，還應(yīng)進(jìn)行二次放線。
1.2表面處理
應(yīng)清除被加固構(gòu)件表面的粉刷層及其他障礙物，以確保碳纖維布粘貼在砼基面上，之后應(yīng)清除砼結(jié)構(gòu)疏松部分，至露出砼結(jié)構(gòu)層。若有裂縫，應(yīng)先行修補(bǔ)。然后，用修補(bǔ)材料將表層修復(fù)平整。 123,123
粘貼部位的砼，應(yīng)除去浮漿層和油污等雜質(zhì)，并打磨平整，直至露出結(jié)實(shí)可靠的基層，且平整度應(yīng)達(dá)到5mm/m；構(gòu)件轉(zhuǎn)角粘貼處應(yīng)打磨成圓弧狀，圓弧半徑應(yīng)不小于20mm。對于砼基面的平整度處理必須按照要求進(jìn)行?；媲逑?、修復(fù)表面打磨后，采用鋼絲刷將表面粉塵徹底清除，用丙酮清洗干凈。經(jīng)清理、打磨后的砼表面，若有凹陷處，應(yīng)使用修補(bǔ)膠找平；模板接槎或轉(zhuǎn)角部位，應(yīng)抹成平滑的曲面。
1.3涂刷底膠
底膠應(yīng)用滾筒刷或?qū)Ｓ玫墓伟寰鶆蛲磕ㄔ谝延帽羶舻捻疟砻?，配置好的底膠應(yīng)在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)用完。當(dāng)指觸干燥后方可進(jìn)入下一工序。 123456
1.4配置粘接劑
粘結(jié)劑(粘浸膠)的配制，應(yīng)按粘結(jié)劑供應(yīng)廠商提供的配比和工藝要求進(jìn)行，且應(yīng)有專人負(fù)責(zé)。調(diào)膠使用的工具應(yīng)為低轉(zhuǎn)速攪拌器，攪拌應(yīng)均勻，無氣泡產(chǎn)生，并應(yīng)防止灰塵等雜質(zhì)混入。
1.5粘貼碳纖維布
粘貼碳纖維織物時(shí)，應(yīng)按下列步驟和要求進(jìn)行： 123456
○1按設(shè)計(jì)要求的尺寸裁剪碳纖維織物；
○2配制好的粘結(jié)劑(粘浸膠)均勻涂抹于需要粘貼部位的砼面上；
○3裁剪好的碳纖維織物敷在涂好粘結(jié)劑的基層上；
○4特制的滾筒或其它合適的工具沿纖維方向在已貼好碳纖維織物的面上多次滾壓，使粘結(jié)劑充分浸透碳纖維中，且使其平整，無氣泡； 內(nèi)容來自123456
○5層粘貼時(shí)，逐層重復(fù)上述步驟，但應(yīng)在碳纖維織物表面指觸干燥后立即進(jìn)行下一層的粘貼；
○6后一層碳纖維織物的表面應(yīng)均勻涂抹一道粘結(jié)劑。
1.6表面刷防護(hù)防火涂料(如需要)
按照設(shè)計(jì)要求對碳纖維布進(jìn)行表面刷防火涂料施工，要點(diǎn)如下： 本文來自123
○1涂刷防火涂料必須在碳纖維布固化后進(jìn)行；
○2涂刷前必須將碳纖維布表面清理干凈，不準(zhǔn)有雜物、浮塵等；
○3分層進(jìn)行涂刷直至設(shè)計(jì)厚度。
1.7施工期間應(yīng)做好以下幾方面防護(hù) 本文來自123
○1碳纖維布在儲存、剪裁、使用過程中應(yīng)做好防塵、防水等措施；
○2碳纖維布配套膠應(yīng)做好防曬、防高溫等措施；
○3打磨清洗完成的砼基面、涂刷好的底膠應(yīng)及時(shí)進(jìn)行碳纖維布粘貼，如不能，要做好防水、防塵等措施；
○4完成粘貼的碳纖維布在養(yǎng)護(hù)期間應(yīng)做好防水、防塵、防撞擊、防施加荷載等措施。 123,123
○5防火涂料未能全部固化之前，應(yīng)做好防撞、防水等措施。
○6具體的防護(hù)措施可以通過圍護(hù)、標(biāo)語警示等方法，根據(jù)現(xiàn)場情況調(diào)整。
2、碳纖維工程技術(shù)特點(diǎn)
本工程根據(jù)不同結(jié)構(gòu)部位采用碳纖維加固技術(shù)，加固結(jié)構(gòu)作為二次組合結(jié)構(gòu),是通過新舊兩部分整體工作,提高建筑的承載能力,與傳統(tǒng)的加大截面法、纏繞鋼絲法、預(yù)應(yīng)力法相比,碳纖維加固砼技術(shù)無須對砼結(jié)構(gòu)打孔穿洞,不會造成結(jié)構(gòu)加固損傷,不必?fù)?dān)心由于結(jié)構(gòu)新舊結(jié)合處應(yīng)力集中而減弱加固效果。與較為先進(jìn)的粘鋼板加固技術(shù)相比,碳纖維加固不需要輔助機(jī)具,施工簡便,有效粘貼面積易于保證,施工功效較高。與玻璃纖維、尼龍纖維加固技術(shù)相比,由于碳纖維的比模量、比強(qiáng)度較高,柔韌性、耐腐蝕、抗老化性較好,使得碳纖維加固構(gòu)件的延性改善程度較高,適用范圍較廣,利用年限較長。
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