碳纤维布加固混凝土结构施工工法CREC-01-2018-57

碳纤维布加固混凝土结构施工工法1.前言随着我国经济建设的高速发展，现有建筑中有相当一部分由于当时设计荷载标准低造成历史遗留问题，一些建筑由于建筑功能改变，难以满足当前规范的要求，需进行维修、加固。碳纤维布加固是将碳纤维布用高性能的环氧类粘接剂粘结于混凝土构件的表面，利用碳纤维材料良好的抗拉强度，达到增强构件承载能力及刚度的目的。其具有高强、高效，自重轻，施工便捷，耐久性极佳等特性。因此，被广泛应用于对既有建筑结构的加固改造。2.功法特点2.0.1碳纤维布特点是重量轻体积小，小型电动工具就可操作完成施工，相比多工种、大量劳动力、大型施工设备及吊装机械的传统方法来说碳纤维加固简单易操作省工省料。因而可以在传统技术无法施工的有限作业空间内实施，而且进度快、工期短，更能在持续交通有振动的情况下操作。从而大大缩短工程停工、停止运营或断路施工的时间，极大地降低经济损失和社会影响。2.0.2碳纤维布可弯可折可随加固结构而变形，这样的加固材料使得它具有广泛的适用性，可用于一些特殊部位的混凝土加固修补，如柱、拱、壳、桥墩、圆弧梁及梁柱节点区加固等。2.0.3有极好的耐久性，由于加固只使用碳纤维布和粘贴树脂，因而不会生锈，并具有耐酸、碱、盐及大气环境腐蚀等性能，拥有优异的力学性能，有效地应用于多种形式的结构补强，包括抗弯、抗剪、抗压、抗疲劳、抗震、抗风、控制裂缝和挠度的扩展、增加结构的延性。2.0.4以往所用的钢板修补法，因本身质量大、刚性大，因而与构件不能完全贴合、增强效果差，使其使用受到限制。而利用碳纤维布来加固桥梁，则避免了钢板加固法的缺陷，将会创造更大的经济效益。3.适用范围本工法适用于基层混凝土的强度要求不低于C15的各种结构类型，各种结构部位的加固，如梁、板、柱等结构。4.工艺原理将抗拉强度极高的碳纤维用环氧树脂预浸成为复合增强材料；用环氧树脂粘结剂沿受拉方向或垂直于裂缝方向粘贴在要补强的结构上，形成一个新的复合体，使增强粘贴材料与原有钢筋混凝土共同受力，增大结构的抗裂或抗剪能力，提高结构的强度、刚度、抗裂性和延长性。5.施工工艺流程及操作要点5.1施工工艺流程碳纤维布加固混凝土结构施工工艺流程图见图5.1所示施工准备施工准备表面处理表面处理凿除至原砼清理基面凿除至原砼清理基面配制并涂刷底层树脂配制并涂刷底层树脂配制找平材料对不平处修复处理配制找平材料对不平处修复处理配制并涂刷浸渍树脂或粘贴树脂配制并涂刷浸渍树脂或粘贴树脂粘贴碳纤维粘贴碳纤维表面防护表面防护图5.1施工工艺流程图5.2操作要点5.2.1施工准备施工前应对粘贴部位混凝土的表层含水率及所处环境温度进行测量。若混凝土表层含水率>4%或环境温度<5℃，则应采取措施，在达到要求后方可施工。施工前应按设计图纸，在加固部位放线定位。5.2.2表面处理混凝土表面出现剥落、空鼓、腐蚀等现象的部位应凿除，裂缝部位首先进行封闭处理，用混凝土角磨机、砂纸等机具除去混凝土表面的浮浆、油污等杂质，构件表面打磨平整，凸起部位要磨平,用吹风机将混凝土表面清理干净，并保持干燥，如图5.2.2所示。图5.2.2结构面打磨5.2.3配制并涂刷底层树脂按主剂：固化剂＝2：l的比例将主剂与固化剂先后置于容器中，电动搅拌器均匀搅拌。根据环境温度决定用量并严格控制使用时间，一般情况下1h内用完，用滚筒刷均匀涂抹于混凝上表面，等胶固化后（以指触干燥为准），再进行下一步施工，一般情况下固化时间为2～3d。5.2.4配制找平材料对不平处修复处理混凝上表面凹陷部位要用修补材料填平，尽量减少高度差，转角的处理也应用修补材料将其修补为光滑的圆弧。5.2.5配制并涂刷浸渍树脂或粘贴树脂粘结剂（粘浸胶）的配制，应按粘结剂供应厂商提供的配比和工艺要求进行，且应有专人负责。搅拌应均匀，无气泡产生，并应防止灰尘等杂质混入，如图5.2.5所示。图5.2.5配制浸渍胶5.2.6粘贴碳纤维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3m之内。2、调配粘贴材料浸渍胶（使用方法同底胶），然后均匀涂抹于所要粘贴的部位，在搭接，混凝土拐角等部位要多涂抹一些。3、在确定所贴部位无误后剥去离析纸，用特制的滚子反复沿纤维方向滚压，去除气泡，并使浸渍胶充分浸透碳纤维布。多层粘贴应重复上述步骤，待纤维布表面指触干燥方可进行下一层的粘贴，如图5.2.6-1所示。图5.2.6-1粘贴碳纤维4、在最后一层碳纤维布的表面均匀涂抹浸渍胶，碳纤维布沿纤维方向的搭接长度不得小于100mm，如图5.2.6-2所示。图5.2.6-2碳纤维布搭接示意图5、碳纤维端部固定用粘贴横向碳纤维固定，如图5.2.6-3、5.2.6-4所示。图5.2.6-3横向碳纤维固定图5.2.6-4横向碳纤维固定5.2.7表面防护施工结束24小时内防止受潮，注意保护，防止刮伤加固表面，平均气温20-25C°时，固化时间不得小于7天，平均气温10C°时，固化时间不得小于10天，固化后碳纤维表面应采取抹灰或喷防火涂料进行保护，也可适当进行装饰。5.3劳动组织碳纤维布加固混凝土结构施工劳动组织如表5.3所示。序号项目分工人数说明1钢管架搭拆用钢管搭设操作平台，施工完成后拆除钢管架2需要高空作业时搭设操作平台2基层打磨、清理对于凹凸不平的基层进行打磨、清理1将基层打磨平整，清理表面的杂物、油渍等3.1碳纤维布粘贴涂刷浸渍胶1按比例配置浸渍胶，在固定部位进行涂刷3.2粘贴碳纤维布2按照预定尺寸裁剪，在基层上粘贴碳纤维布进行加固4表面防护粘贴完毕后对成品进行防护1固化后碳纤维表面应采取抹灰或喷防火涂料进行保护表5.3劳动组织表6.材料与设备6.1材料要求承重结构加固使用的碳纤维增强复合材料，其基本性能应符合表6.1-1的要求。基本性能项目碳纤维织物湿法铺层抗拉强度标准值（Mpa）弹性模量（Mpa）极限延伸率（%）弯曲强度（Mpa）纤维体积含量（%）单位面积重量（g/m2）≥3000≥2.1*105≥1.4700—200～300表6.1-1碳纤维增强复合材料基本性能要求粘贴碳纤维板织物加固混凝土或砌体结构时，应使用与基材及碳纤维有良好适配性的粘结剂（包括粘浸胶，底胶和修补胶），粘结剂（胶）的基本性能符合表6.1-2的要求。基本性能项目规定指标试验方法胶体性能压缩强度（MPa）拉伸强度（MPa）弯曲强度（MPa）弹性模量（MPa）≥70≥30≥40≥4*103GB/T2569-1995GB/T2568-1995GB/T2570-1995GB/T2568-1995粘结能力粘结拉伸强度（MPa）金属/金属（除底涂胶外）≥30GB/T6329-1996金属/混凝土试验室≥2.5，且混凝土拉坏本规定附录A现场≥1.2ftk，且混凝土拉坏参照本规定附录A拉伸剪切强度（金属/金属）≥18GB7124-86工艺性能不垂流度（mm）（40℃时）可操作时间（min）（20℃时）适用温度（℃）混合后初粘度（cps）＜3＞605～40＜5000暂按ASTMD2471执行暂按ASTMD2293执行表6.1-2粘贴碳纤维粘结剂的基本性能要求6.2设备机具主要设备及施工机具见表6.2所示序号机具名称单位数量备注1混凝土角磨机把12吹风机把13剪刀把14美工刀把15滚子把56刮板把37圆桶个28砂纸张若干表6.2碳纤维加固工艺所用设备及机具7.质量控制7.0.1所有进场材料，必须符合质量标准，并具有产品合格证，符合设计要求及加固行业施工规范（碳纤维片材加固混凝土结构技术规程(CECS146:2003)。允许偏差项目，见表7.0.1所示：序号检测项目合格标准检验方法1碳纤维片粘贴位置与设计要求位置相比，中心线偏差≤10mm钢尺测量2碳纤维粘贴量大于设计数量根据测量计算3粘贴质量单个空鼓面积小于1000mm2充胶修复≧1000mm2割除修补空鼓面积之和与总粘贴面积之比小于5%锤击法或其他有效方法表7.0.1碳纤维加固允许偏差项目7.0.2碳纤维材料在运输、储存中不得受挤压，以免碳纤维受损，也不得直接日晒和雨淋，胶结材料应阴凉密闭储存。7.0.3各工序的施工质量，由技术人员负责指导、监督，每一道工序完成后提请技术员检查、认可后，才能进行下道工序。7.0.4涂底层涂料: 涂料应涂刷均匀、不得漏涂，严禁在不适合气温条件下施工，添加溶剂稀释后的涂料应在规定时间内用完。温度低于7℃，相对湿度RH＜85%，混凝土表面含水率在8%以下，无结露现象时，必须使用改性环氧树脂。7.0.5构件表面残缺修补:构造物表面小孔、内角必须用环氧腻子修补平整，腻子涂刮后，表面仍存在的不平糙纹，应再用砂纸磨平。7.0.6粘贴碳纤维:粘结树脂的类型与施工时的气温适合，主剂和固化剂、固化促进剂应按规定的比例称量准确，装入容器，用搅拌器搅拌均匀，一次调和量应在规定时间内用完。下涂和上涂渗浸入碳纤维束良好。碳纤维粘结严实。顺纤维方向搭接长度不小于20cm,各层之间的搭接部位不得位于同一条直线上，层间必须错开至少50cm。碳纤维材料规格，粘贴位置、长度、宽度、纤维方向、层数须符合相关规定。8.安全措施8.0.1参加该工程施工人员必须坚持安全第一，预防为主的方针。层层建立岗位责任制，遵守国家和企业的安全规程，在任何情况下不得违章指挥或违章操作。8.0.2各项施工方案要分别编制安全技术措施，书面向施工人员交底。8.0.3进人现场必须严格遵守现场各项规章制度，工长对施工人员要做好工程介绍和现场安全教育，进人现场必须戴安全帽。8.0.4凡2m以上高空作业需搭设脚手架，工长要事先提出搭设脚手架要求。8.0.5安全使用的吊车及运输车辆，使用前必须认真检查控制系统。并采取专业人员进行操作，避免出现安全事故。8.0.6临时用电必须符合安全用电规定，凡手持电动工具的使用必须通过漏电保护装置，施工照明用电应低于36V低电压，潮湿地点作业穿绝缘胶靴。8.0.7生产班组每天要进行班前安全讲话，并有记录，查隐患，查漏洞，查麻痹思想，要时刻不断地进行安全教育。9.环保、节能措施9.0.1施工管理区生活污水、生活垃圾要集中处理，不得随意排放。9.0.2施工材料如沙石、水泥、粉煤灰等不宜堆放在居民用水及河流附近，应远离河流，并防止雨水冲刷进入水体。9.0.3强化对全体施工及管理人员的教育，禁止猎取国家保护的动物，不准破坏国家保护的植物。9.0.4材料运输过程中，尽量使用既有的便道，不得因修建施工便道而侵占农田。9.0.5施工所弃废旧材料，不得随处乱扔，应集中存放，统一回收。10.效益分析碳纤维加固，只要设计合理，与一般的粘贴钢板法比较费用差不多，但碳纤维加固法施工便捷，工效高，没有湿作业，不需现场固定设施，