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浅谈碳纤维加固技术在教学楼加固中的应用

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浅谈碳纤维加固技术在教学楼加固中的应用

摘要:校舍安全直接关系广大师生的生命安全,关系社会和谐稳定,为了将学校建成最安全、家长最放心的地方,国务院决定实施全国中小学校舍安全工程。为满足校舍抗震设防要求必须采取加固措施,本文就通过某校舍碳纤维加固的成功实践,浅谈碳纤维加固施工技术在校舍加固中的应用。

  关键词:校舍安全 碳纤维 加固 技术 应用

  我国四川汶川发生里氏8.0级强烈地震,造成了巨大的人员伤亡和财产损失。校舍安全直接关系广大师生的生命安全,关系社会和谐稳定,为将学校建成最安全、家长最放心的地方。根据《国务院办公厅关于印发全国中小学校舍安全工程实施方案的通知》(国办发[2009]34号)和《省政府办公厅印发关于中小学校舍安全工程实施意见的通知》(苏政办发[2009]62号)文件精神。国务院决定实施全国中小学校舍安全工程。要突出重点,分步实施,经过一段时间的努力,真正把校舍安全工程建成“阳光工程”、“放心工程”。

  一、工程概况

  江苏省镇江市某教学楼加固工程,四层砖混结构,建于上世纪90年代初期,根据国家有关要求,校舍必须符合乙类建筑设计标准,并按镇江市八度抗震设防要求进行结构抗震验算。加固后的校舍必须符合《建筑抗震鉴定标准》、《建筑抗震加固技术规程》和《混凝土结构加固设计规范》、《建筑抗震设计规范》、《建筑工程抗震设防分类标准》等工程建设标准的要求。

  二、加固方案选择及加固设计

  设计部门根据校舍建造年代和依据的设计规范、结构的特点、结构布置、构造和抗震承载力等因素,开展构造鉴定和抗震承载力验算,经综合分析考虑,确定该校舍结构加固主要采用外包混凝土加固技术和碳纤维加固技术。

  碳纤维加固技术是利用同一方向排列的高强碳纤维积物,通过专用化学粘结胶,紧密粘 贴于混凝土结构表面,在不增加结构物荷重和外形尺寸的前提下,达到加固补强被加固构件强度之目的:

  1.碳纤维加固能增强构件耐弯曲能力;

  2.适用于校舍的梁柱、楼梯板、预制板面等构件的弯曲张力面;

  3.碳纤维加固能提高构件的耐剪切能力。适用于校舍立柱、梁、板等外围面;

  4.碳纤维加固能延长构件使用寿命,增加载荷、修补裂缝;

  5.适用于楼板面、桥板面及混凝土结构表面的裂缝。

  碳纤维布加固优点:

  1.强度高(强度约为普通钢材的10倍),效果好;

  2.加固后能大大提高结构的耐腐蚀性及耐久性;

  3.自重轻(约200g/m2),基本不增加结构自重及截面尺寸;柔性好,易于裁剪,适用范围广;

  4.施工简便(不需大型施工机构及周转材料),易于操作,经济性好;

  5.施工工期短(本工程实例仅用一周)。因此,碳纤维结构加固技术在混凝土结构方面已产生较大的效应。

  该校舍经计算梁正截面抗弯承载力不足,楼梯抗拉承载力不足,因此在梁受拉区粘贴碳纤维布进行抗弯加固,在楼梯板底粘贴碳纤维布进行抗拉加固。加固设计如下图:

  三、材料体系的品质管理

  碳纤维加固法是近年来在国内加固工程中逐步采用的新技术,相应的供货商不多,使用的加固材料包括碳纤维布、配套树脂粘贴材料体系。经性能研究,价格对比,决定采用上海怡昌碳纤维材料有限公司“同固牌”碳纤维布材及配套胶粘剂。对上述材料严格检查各自的产品合格证和质量检验部门出具的产品性能检测报告,其主要性能见表一、表二。

  四、做好施工过程中的质量管理

  保证加固质量的关键在于对每个施工工序的严格管理,目前国内应用的碳纤维布加固混凝土结构基本采用三步施工法,即在基底处理的基础上先后底层树脂、找平材料及浸渍树脂涂刷性质、作用不同的底层树脂、找平材料及浸渍树脂,将碳纤维布粘贴在混凝土结构表面,树脂固化后起到提高混凝土构件承载能力。具体的施工流程是:装备工作 → 构件基底处理 → 涂刷底胶 → 修补整平 → 粘贴碳纤维布 → 防护处理。因此,施工质量管理必须贯穿于每个工序。

  4.1 准备工作

  放线定位:由于本工程对梁上部进行加固施工,因此,在进行砼表面处理及粘贴碳纤维布前,应根据加固设计部位进行准确的放线定位,打出加固边缘线,碳纤维布施工位置偏差与设计图规定轴线偏差应小于5mm。

  4.2 构件基底处理

  由于本工程对梁、楼梯板下部进行加固施工,不可避免地遇到粉刷层铲除后有砼的浮浆、麻面等问题,因此,对砼表面处理直接影响到粘结强度,是保证加固效果的关健,在施工过程中,先用砂轮打磨除去砼表层2-3mm的浮浆及酥松层,直至完全露出砼结构的新鲜面,打磨工作完成后,用压缩空气除去表面粉尘,用丙酮擦洗干净。工序质量管理要求打磨至新鲜砼表面,不留浮浆及酥松层,对高出5mm的突出部分应磨平,在下一道工序施工前必须保证表面干燥、洁净。

  4.3 涂刷底胶

  按供应商提供的配合比配制底层树脂,应搅拌均匀,用专用滚刷将底层树脂均匀涂抹于砼表面,工序质量管理要求必须严格按配比称重,用低转速电动搅拌机(转速500rmin)搅拌约3分钟至色泽均匀,底胶涂刷应满足均匀性要求,不得有漏刷、气泡,表面指触干燥后尽快进行下一道工序。

  4.4 修补整平

  按供应商提供的配合比配制找平材料,对砼表面蜂窝、麻面、凹陷部位用刮刀嵌刮补平,柱与板交接转角位置处应用找平材料修补为光滑的圆弧,圆弧半径应不小于20mm,以免产生应力集中,工序质量管理要求处理后表面没有棱角或较大的凹凸不平,表面指触干燥后尽快进行下一道工序。

  4.5粘贴碳纤维布

  碳纤维布按设计尺寸裁好,裁剪数量为当日使用量,专人裁剪及保管,并保持粘贴面清洁,必要时用脱脂棉沾丙酮将粘贴面擦拭干净。按供应商提供的配合比配制浸渍树脂,均匀涂刷于粘贴部位,将碳纤维布用手轻压贴于需粘贴位置,用专用滚筒顺纤维方向多次滚压,排除气泡,直至胶料渗出,使浸渍树脂充分浸透碳纤维布,滚压碳纤维布时可以向一个方向,也可以从中间两个方向滚动,但不允许来回反复滚动,以免损伤碳纤维。在纤维表面浸渍树脂指触干燥后,在纤维布表面均匀涂抹浸渍树脂。粘结剂在常温固化,24小时内严禁扰动粘贴好的碳纤维布材。工序质量管理要求粘贴后的碳纤维布材必须平整、顺直,不得有波纹、皱折或位置偏差。

  4.6 验收

  在施工后3天,用金属小锤轻击或用手压碳纤维片材表面的方法检查,总有效粘结面积不应低于95%,当碳纤维布空鼓面积小于1000mm2时,可用针管注射进行补胶,并用手或滚筒挤压至消除空鼓,当空鼓面积大于1000mm2时,宜将空鼓处切除,重新搭接贴上等厚度的碳纤维片材,搭接长度不小于100mm。质量验收后,进行抹20mm厚水泥砂浆,作为保护层。同时,工程竣工验收还需具备以下质量记录:结构胶合格证明书及进场复试报告、碳纤维布试验报告、粘贴碳纤维布分项工程质量检验评定、粘贴碳纤维布施工日志。

  五、结束语

  在保证满足设计要求,严格监控碳纤维加固工序质量的前提下,经过一年多时间的跟踪、监控,该加固校舍未发现碳纤维外粉刷有裂缝、变形、空鼓等问题。

  碳纤维加固技术随着全国中小学校舍安全工程的实施,将得到更为广泛的应用,在混凝土结构的加固中,碳纤维布主要分担钢筋受力,即碳纤维主要提高结构构件的抗拉强度,在其他结构中,碳纤维布也起到比较良好的抗拉强度作用。具不完全统计,几乎所有校舍加固均采用了碳纤维加固技术,并已产生较大的经济效益。

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