碳纖維在框架結(jié)構(gòu)加固中的應(yīng)用

孔令國

碳纖維是一種新型高性能纖維增強材料,具有強度高、模量高等諸多優(yōu)異性能。采用碳纖維進行加固補強是利用粘結(jié)劑將碳纖維片粘貼在混凝土構(gòu)件表面,使混凝土與碳纖維片成一體,形成復(fù)合材料體,通過其與結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的協(xié)同工作,達到對結(jié)構(gòu)構(gòu)件補強加固及改善受力性能的目的,是一種簡單且優(yōu)良的加固補強方法。

1 工程概況

某旅游度假中心一棟11層框剪結(jié)構(gòu)的小高層樓房,建筑面積約2 700 m2,基礎(chǔ)采用柱下鋼筋混凝土交叉條形基礎(chǔ),由于建設(shè)場地內(nèi)地質(zhì)狀況較差,因此地基土采用壓密注漿加固處理,設(shè)計要求加固后復(fù)合地基承載力標(biāo)準(zhǔn)值為180 kPa,現(xiàn)澆結(jié)構(gòu)混凝土設(shè)計強度等級底層框架為C30,2層及以上均為C20。完成土建工程后發(fā)現(xiàn)該樓基礎(chǔ)發(fā)生較大的沉降,導(dǎo)致框架結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫,影響到樓房的安全使用。在對既有建筑基礎(chǔ)采用反錨靜壓鋼管樁和新加連接承臺進行加固后,為保證框架梁的承載能力,經(jīng)過現(xiàn)場實地勘察,參考相關(guān)規(guī)范和技術(shù)資料,結(jié)合實際情況,決定采取粘貼碳纖維布的加固技術(shù)對框架結(jié)構(gòu)進行抗震加固。

2 框架梁裂縫灌漿加固補強

2.1 灌漿材料

灌漿采用改性環(huán)氧樹脂灌漿材料。改性環(huán)氧樹脂灌漿材料的主要性能見表1。

表1 改性環(huán)氧樹脂灌漿材料性能表 MPa

2.2 灌漿施工工藝流程

裂縫處理→埋設(shè)灌漿咀→封縫→密封檢查→配制漿液→灌漿→封口結(jié)束→檢查。

2.3 施工工藝及施工方法

2.3.1 灌漿前裂縫處理

對于混凝土構(gòu)件裂縫寬度大于0.2 mm的,應(yīng)沿裂縫用鋼釬鑿成“V”形槽,槽寬2 cm～3 cm,深 1 cm～2 cm。鑿槽時先沿裂縫打開,再向兩側(cè)加寬,鑿?fù)旰笥娩摻z刷及壓縮空氣將混凝土碎屑粉塵清除干凈。

2.3.2 埋設(shè)灌漿咀

在裂縫交叉處、較寬處、端部及裂縫貫穿處均應(yīng)埋設(shè)灌漿咀,裂縫埋咀間距為250 mm～300 mm。

2.3.3 封縫方法

在鑿開部位采用氯丁膠乳速凝水泥封縫膠泥封閉,封閉前需要對膠泥進行試配,具體配合比應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際情況對環(huán)氧水泥用量進行微調(diào),封閉時在V形槽內(nèi)預(yù)留管道以滿足灌漿要求。裂縫封閉應(yīng)進行灑水養(yǎng)護不少于1 d,養(yǎng)護后可進行壓氣(或丙酮)試漏,檢查密閉效果,試漏需待縫膠泥或砂漿有一定強度后進行,試漏前沿裂縫涂一層肥皂水,從灌漿咀通入壓縮空氣(或丙酮),凡漏氣(或漏液)處,應(yīng)予補修密封至不漏為止。

2.3.4 灌漿

灌漿液采用改性環(huán)氧樹脂,其材料配合比為改性環(huán)氧∶乙二胺為100∶(88～9),灌漿前需要對漿液進行試配,具體配合比應(yīng)根據(jù)現(xiàn)場實際情況對乙二胺用量進行微調(diào)。灌漿時,其壓力控制在0.2 MPa,且滿足壓力后應(yīng)進行恒壓5 min。待縫內(nèi)漿液達到初凝而無外流時,可拆下灌漿咀,再用氯丁膠乳速凝水泥把灌漿咀抹平、封口。灌漿結(jié)束。

3 框架梁加固補強

3.1 框架梁加固補強設(shè)計方案

框架梁加固補強設(shè)計方案見圖1。

3.2 施工工藝

3.2.1 基面處理

1)混凝土角磨機、砂紙等機具除去表面浮漿,構(gòu)件粘貼面混凝土要打磨平整,表面凸出部位要磨平,對于表層出現(xiàn)剝落、空鼓、蜂窩等劣化現(xiàn)象的部位應(yīng)予以鑿除,露出混凝土結(jié)構(gòu)層,并采用環(huán)氧砂漿修復(fù)。2)被粘貼部位的混凝土,若其表面堅實,也應(yīng)除去浮漿和油污等雜質(zhì),并打磨平整,直至露出集料新面,且平整度應(yīng)達到5 mm/m;構(gòu)件轉(zhuǎn)角粘貼處要打磨成圓弧狀,圓弧半徑應(yīng)不小于20 mm。3)應(yīng)按設(shè)計要求對裂縫進行修復(fù)處理。4)表面打磨后,應(yīng)用強力吹風(fēng)器將混凝土表面清理干凈并保持干燥。

3.2.2 涂底膠

用計量器按預(yù)涂樹脂主劑、固化劑的重量2∶1的比例準(zhǔn)確計量,用電動攪拌器充分?jǐn)嚢柚令伾耆鶆?。為了保證混凝土和纖維布粘結(jié)強度,混凝土的表面按規(guī)定要求(0.2 kg/m2～0.4 kg/m2)用滾筒刷將底膠均勻涂刷于混凝土表面。

3.2.3 不平整修正(找平處理)

混凝土表面的凹凸不平,或在模板接頭處出現(xiàn)臺階高差等因素往往造成纖維布粘結(jié)不良。不平整部位的修正應(yīng)使用橡膠刮刀或灰抹子,將修補膠填充于凹部,盡量減少高度差,不應(yīng)有楞角,使之都達到平整度要求。

3.2.4 配制粘結(jié)樹脂

嚴(yán)格按粘結(jié)樹脂的配比規(guī)定(主劑∶固化劑=3∶1)稱量,攪拌到顏色均勻,確認混合良好為準(zhǔn)。粘結(jié)樹脂的每次可調(diào)制量,以在調(diào)制樹脂的固化時間內(nèi)全部使用完為準(zhǔn)。

3.2.5 粘貼碳纖維布時的步驟和要求

1)按設(shè)計要求的尺寸裁剪碳纖維布,除非有特殊要求,碳纖維布長度一般應(yīng)在3 m以內(nèi)。2)將配制好的粘結(jié)樹脂均勻涂抹于需要粘貼部位的混凝土面上,膠量必須充足、飽滿;在搭接、混凝土拐角等部位要多涂刷一些。3)對于裁好的碳纖維布,在確定所粘貼部位無誤后剝?nèi)ルx型紙,在其上涂刷適量的粘結(jié)樹脂,粘貼于已涂好粘結(jié)劑的基層面上。4)用特制的滾筒沿纖維方向在已貼好碳纖維布的面上多次滾壓,使粘結(jié)樹脂充分浸透到碳纖維布中,使其平整、無氣泡。5)碳纖維布沿纖維方向的搭接長度不得小于200 mm。6)底涂粘結(jié)樹脂用手指確認干燥后,在粘貼好的碳纖維布上用涂刷滾均勻涂刷粘結(jié)樹脂一道。7)位于板角的部位用角鋼L75×5壓邊,注乳膠水泥或膠粘,并植M10錨栓緊固。

4 質(zhì)量保證措施和檢驗

1)施工開始前,應(yīng)確認碳纖維布和粘結(jié)劑、底層樹脂、找平材料的產(chǎn)品合格證,質(zhì)量檢驗報告,各項性能應(yīng)滿足設(shè)計要求和《碳纖維片材加固硅結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》。2)粘結(jié)質(zhì)量不符合要求割除修補時,應(yīng)沿空鼓邊沿,將空鼓部分的碳纖維割除,以每邊向外緣擴展100 mm大小之同樣碳纖維材料,用同樣粘結(jié)劑,補貼在原處,其施工步驟及做法按前面所述工藝要求進行。3)拉拔強度達不到標(biāo)準(zhǔn)要求時,應(yīng)將此部分碳纖維布剝?nèi)ブ刈觥?/p>

5 結(jié)語

經(jīng)過一段時間的裂縫觀測,未發(fā)現(xiàn)框架梁裂縫的進一步擴展。這表明:通過使用碳纖維加固補強處理,能有效提高框架梁的承載能力,且施工簡便快捷,不增加結(jié)構(gòu)重量,不改變結(jié)構(gòu)外形,不影響原結(jié)構(gòu)正常使用。

[1] 李國方.某底框商住樓梁板裂縫成因與加固補強[J].安徽建筑,2007(6):179-181.

[2] CECS 146∶2003,碳纖維片材加固混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程(2007版)[S].

[3] 聶仁峰,李中舉,張 莉.復(fù)合纖維片材(FRPS)在泵站框架加固中的應(yīng)用研究[J].水利與建筑工程學(xué)報,2005(9):30-32.

[4] 張建軍.我國碳纖維布在混凝土結(jié)構(gòu)加固中的研究應(yīng)用[J].山西建筑,2008,34(14):77-78.