常見的結(jié)構(gòu)加固方法有很多,主要為外包型鋼加固法、粘貼鋼板加固法、粘貼纖維復合材(布、板)加固法、增大截面加固法、預應力碳纖維板加固法等。今天我們將從加固技術(shù)、加固設計、加固施工及質(zhì)量驗收等多方面來解讀碳纖維布加固法(以下簡稱碳布加固)。
碳纖維布加固技術(shù)的是利用膠粘劑把碳纖維布粘貼在混凝土受損部位,使之與混凝土基材合為一體,確保二者共同受力。其充分地利用了碳纖維布的良好抗拉強度來達到加固補強受損構(gòu)件的承載能力和使用功能的目的,以此來提高混凝土構(gòu)件的承載力,從而減少混凝土構(gòu)件的變形和控制裂縫擴展。碳布加固僅適用于鋼筋混凝土受彎、受拉、軸心受壓、大偏心受壓構(gòu)件的加固,比如建筑梁、板、柱、墻等的加固補強。不推薦用于小偏心受壓構(gòu)件的加固。這是因為纖維增強復合材僅適合于承受拉應力作用,而且小偏心受壓構(gòu)件的縱向受拉鋼筋達不到屈服強度,采用粘貼纖維復合材將造成材料的極大浪費。1、碳布具有輕質(zhì)高強的特點,加固后基本不改變原結(jié)構(gòu)外形尺寸,且基本不增加原結(jié)構(gòu)自身重量。2、碳布加固施工工序簡便,工期較短,有效節(jié)省工期和成本。3、碳布彈性模量較高,加固后對溫度裂縫、銹脹裂縫等微小變形控制效果較好。4、碳布柔韌性與其他材料相比較好,適合多種形式結(jié)構(gòu)的加固補強。5、碳布具有耐化學腐蝕、耐酸堿等惡劣環(huán)境腐蝕等優(yōu)點。以卡本碳布加固施工為例,工藝流程包含定位放線→砼表面處理→涂刷底層浸漬膠→粘貼碳纖維布→沿單向面多次刮壓→涂刷面層浸漬膠→沿單向面多次刮壓→表面防護。下面我們將結(jié)合多本規(guī)范,對碳布施工常見的一些注意點,進行說明和論證,以便規(guī)范我們的施工和設計工作。1、被加固混凝土構(gòu)件的現(xiàn)場實測砼強度等級不低于C15,且混凝土表面的正拉粘結(jié)強度不得低于1. 5MPa。那么,為什么要規(guī)定混凝土實測強度呢?在《混凝土結(jié)構(gòu)加固設計規(guī)范》GB50367-2013 總則里給出了專業(yè)的解釋:同時我們還需要對基面進行處理,棱角打磨(圓弧半徑不小于25mm),干燥處理等,具體請參考《建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50550-2010。2、外貼纖維復合材加固鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件時,應將纖維受力方式設計成僅承受拉應力作用。3、《混凝土結(jié)構(gòu)加固設計規(guī)范》GB50367-2013 里明確碳布加固長期使用溫度不應高于60℃。但應指出,這是按照常溫條件下,使用普通型膠粘劑的性能確定的。當采用耐高溫膠粘劑時可不受此限制,但應受現(xiàn)行國家標準《混凝土設計規(guī)范》 GB 50010 對混凝土結(jié)構(gòu)承受生產(chǎn)性高溫的限值。4、卸載處理:卸載處理的意義在于減少二次受力的影響,即降低纖維復合材的滯后應變,使得加固后的結(jié)構(gòu)能充分利用纖維材料的強度。1、計算的基本規(guī)定(以受彎構(gòu)件正截面加固計算為例):
當考慮到二次受力影響時,纖維復合材的滯后應變應按下式計算:鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件加固后,其正截面受彎承載力的提高幅度,不應超過40%,并應驗算其受剪承載力,避免因受彎承載力提高后而導致構(gòu)件受剪破壞先于受彎破壞。這樣規(guī)定的目的是為了控制加固后構(gòu)件的裂縫寬度和變形,也是為了強調(diào)“強剪弱彎”設計原則的重要性。纖維復合材的加固量,對預成型板,不宜超過2層,對濕法鋪層的織物,不宜超過4層,超過4層時,宜改用預成型板,并采取可靠的加強錨固措施。纖維復合材與混凝土之間的粘結(jié)質(zhì)量可用錘擊法或其他有效探測法進行檢查。根據(jù)檢查結(jié)果確認的總有效粘結(jié)面積不應小于總粘結(jié)面積的95%。探測時,應將粘貼的纖維復合材分區(qū),逐區(qū)測定空鼓面積(即無效粘結(jié)面積);若單個空鼓面積不大于10000mm2,允許采用注射法充膠修復;若單個空鼓面積大于或等于10000mm2,應割除修補,重新粘貼等量纖維復合材。什么是內(nèi)聚破壞呢?參考《建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》GB50550-2010得知。膠粘劑內(nèi)聚破壞是內(nèi)聚破壞的一種,粘接膠的選擇會直接影響碳布加固效果,因此選擇合適的粘接膠尤為重要。這里之所以強調(diào)“合適”而非“優(yōu)質(zhì)”,因為不僅膠粘劑的質(zhì)量影響加固效果,膠粘劑和碳布的適配性也同樣影響最終加固效果。這點在《混凝土結(jié)構(gòu)加固設計規(guī)范》GB50367-2013 總則里也有解釋:實踐是檢驗真理的唯一標準,下面我們通過卡本的真實案例來了解下碳布加固的顯著效果。廈門大橋改造加固項目EPC(含十年養(yǎng)護)
該加固項目通過在箱梁內(nèi)部粘貼碳布加固,達到封閉結(jié)構(gòu)裂縫及提升承載力的目的;通過對橋梁墩柱進行水下玻纖套筒加固,達到對墩柱修復補強和提升耐久性的目的。