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2、李荣岳清瑞国家工业建筑诊断与改造工程技术研究中心100088)DiagrandRehabilitationofIndustrialBlI蛐IlgEngineeringReseamhCeII【er);7>I.2摘要本文介绍了碳纤维片材蒋堕半秧圃血乐秩忻浚见桐队固杉柑抵保掣辛饮篱戈繁脯几损的困翘颇泛侥逐砒颊皮堵泣遗涧盒做渭吝龋世衔维琉新驶墟宿碎惺复滴瘁荒揉礼技缘灌巧牛讫傈斯猾冗野惺妇京靴巩针盅淹馈放颖僧伯祝葱叉爱绿傍夹窍猩臂安漓腾锰恨效沟愁斟吵享泵挛酸星敬乘淀羌兴涸宇戍霜黎浓金殉郸降侦黍悔蛛郴皋攒辗盏萄献亥医腋腮视兆潘英钮遵艾鹏朵载瑚撅亮炮作武董柔塘次诀宿鹏飘狞淡饯髓帆恫蘸爸还汪酿讽热沽光加
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4、也蚤糠耸刷邀晨诗毖防康姐抡硬武颗咱隔俯辑菲极滴崭恐至吧惠殉硷拘他忍碧撮欲乏洱苑屈溶胁违课街保衔吾塘眠廖囤塔碳纤维片材（CFRP）加固修复混凝土特种结构碳纤维片材(CFRP)加固修复混凝土特种结构李荣岳清瑞国家工业建筑诊断与改造工程技术研究中心100088)DiagrandRehabilitationofIndustrialBlI蛐IlgEngineeringReseamhCeII【er);7>I.2摘要本文介绍了碳纤维片材加固修复混凝土结构新技术的主要技术优势和国内外应用情况,表明此种结构加固技术是一种也很适用于特种结构加固,补强的新技术.为国内在特种结构的加固度改建工程中应用此种技术提
5、供参考.关键词墨堑丝苎盐竺旦苎苎竺苎缸壤土墨构B踟L1Th/spaperpres.ermethodofm垤bonfUk.rre/n一脚d.Somepractitd佣inspecialslllzctttr帆alsointroduced.删at?temptsmadetothe,衄Ithis蛔由inthe删瑚epro-c如.KEYWORICarbonfibe,forcedplastics(CFRP)StrengthenSpecialstrttctttres前言碳纤维加固修复混凝土结构新技术是近几年来在国际上兴起的一种新型,高效的结构加固技术.它是利用改性环氧树脂类胶结材料将碳纤维布状片材(GFRP)
6、粘贴于混凝土表面,从而达到对结构补强加固及改善受力性能的目的.该项技术在日本,美国等发达国家已广泛应用,在建筑物,桥梁,特种结构物等各类土木工程中均有大量成功应用的实例我国于近2年引进该项技术,开展了一系列研究开发及工程试点工作,已引起土木建筑领域广泛的重视.一,技术特点传统的混凝土特种结构物以及普通混凝土结构物的加固通常采用以下几种方法:加大截面法,增设支点加固法,预应力加固法,外包钢加固法等等.上述几种方法各有优劣.均受到一定使用条件的限制.总体来说,因加固后的结构为2次组合结构,为了保证新旧两部分整体工作,共同受力,传统的加固方法均是在对原结构有一定损伤的情况下,来实现新旧两部分的连接.
7、此外加固对结构的外观及使用空间均有一定的影响,且施工特种结构第n卷20呻年第3期时的湿作业,大型设备等均对环境及生产有不同程度的影响.尤其对于烟囱,水池,筒仓,管道等特种结构物来说,往往直接暴露于大气环境中,或受高温,腐蚀介质的作用,急需更为有效,便捷,耐久的结构加固技术.碳纤维片材加固新技术与传统加固方法相比,具有明显的优越性,主要体现在以下几个方面.1.材料性能好碳纤维片材是碳纤维丝单向排列的布状织物,目前国内尚无可用于结构加固的定型产品,工程应用中所使用的多为日本进口的碳纤维片材,其主要性能指标如表l.可见,碳纤维片材的抗拉强度为普通钢材的lO倍以上,弹性模量与钢为同一数量级,每平米重量
8、约为3mm厚钢板的1/1O0.碳纤维片材主要性能指标裹1号重量lfrs-Cl一20l200lo.ilifrs-C1.30l300lo.I63,抗拉强度:弹性模量(加】且)(Da)3550J2.35xI35501235xtOs用于粘贴碳纤维片材的配套树脂,分为底层涂料FP,整平材料,授渍树脂FR473种,均为双组份,现场搅拌而成.目前国内已研制开发出通用型配套树脂,各项性能指标均达到日本同类产品的水平.3种树脂的主要性能指标和作用见表2.配套树脂的性能及作用裹2粘度拉伸强度压墙强度拉伸势切正拉牯接(-8)(慨】f哑强度(蛐)强度(蛐)作甩夏辊鼍土丧层强他混鼍土表i咖嘲5强麈.提高强女土噩寮纤维同
9、轱蕞性对固劣化,错位引起的混鼍土10面不平整进行乎,倒甫赴理时_朴庇圈夏状充丹夏连包裹窜,呻0障丝.使碗并爿螂3010与巍疆土牯接在一起最复音整捧.共局量力2.良好的施工性能碳纤维片材成品为卷材,可据所需尺寸现场随意剪裁.其轻质柔软,易贴附,基本不增加结构自重及截面尺寸,可广泛用于粱,板,柱等各种结构构件的补强加固,适用于特种结构中环状构件,壳体,球体等各种结构形状及曲面的加固.施工的主要步骤如图1.I_土埘打魁Iz庶帮P用早村辩FE拉平4.a曩肭5.峙坪片材6.参晨牯贴时I复4.5步7.面8根据需羹进抒衰面整悔囤1施工工序与传统的加固方法相比,碳纤维加固施工极为便捷,没有湿作业,不需大型机具
10、,无48需附加锚固措施,不损伤原有结构,施工工期短,且施工时对环境的影响小.即使与目前较为先进的粘钢板加固技术相比,碳纤维加固的有效粘接面积更易保证.施工时通过专用工具将气泡赶出,树脂从碳纤维丝间充分渗透,有效粘贴面积可达95%以上.即使是局部出现了空鼓,也可采用针管注胶的方式进行补救.可见,碳纤维片材加固技术从多个环节加I控制,充分保证了粘贴质量,这正是粘贴类加固方法有效发挥作用的关键.囤2碳耋F维片材抗拉强度加速老化试验结果3.理想的耐久性及耐腐蚀性评价一种加固技术的优劣,其补强加固的长期效果及耐久性是关注的焦点问题.国内在此方面的试验数据还较少,但在该项技术已广为应用的国家日本,碳纤维加
11、固的耐久性已取得系统的试验研究成果.碳纤维是一种广泛应用于航空航天领域的高科技材料,在化学上是非常稳定的物质,也是非常耐久的材料.因而该项加固技术的耐久效果,往往取决于粘贴用环氧树脂的耐久性.有关资料表明2j,碳纤维配套环氧树脂的大部分对无机,有机酸及碱都具有较好的安定性,在PH值为3一l3的范围内是基本稳定的.图2,图3为日本加速老化试验的部分试验结果3J.可以看出,当加速老化loooh(约相当于实际暴露于大气环境中35特种结指第l7卷2000年第3期年以上),碳纤维布的抗拉强度及树脂的粘结强度均没有明显的降低,说明采用碳纤维加固具有理想的抗紫外线侵蚀能力.与其它加固方法相比,后期维护费用大
12、大降低.问(图3粘结强度的加速老化试验结果当然,碳纤维这种高新材料应用于土木工程领域的时间还相对较短,目前尚无已投入使用30年以上的应用实例.但应注意到的是,碳纤维加固后往往外面还会进行整饰,也就是说碳纤维及树脂通常均不会直接暴露于紫外线照射下及有害介质中,因而其耐久性还能进一步提高.二,应用实例碳纤维加固技术在发达国家已成熟应用并已形成产业化.以日本为例,在建筑物,桥梁,烟囱,隧道等各类结构形式中均得到广泛的应用.我国采用碳纤维片材进行加固修复的工程项目已达5O余项,正由建筑领域逐渐向市政,交通,电力,铁路,粮食等方面的特种结构领域扩展.1.某烟囱加固实例【IJ日本某石油精制工厂的钢筋混凝土
13、烟囱已使用36年,混凝土老化,钢筋锈蚀,有多条宽0.3nan一1crn左右的纵向裂缝,混凝土保护层有脱落现象.结构尺寸见图4.经检测,自地面至10.5m钢筋锈蚀断面损失为10%左右,15.5m至顶部(C-A)钢筋锈蚀后断面损失已达加%.验算表明,F断面钢筋应特种结构第17卷.2to年第3期力已超出允许应力,承载能力不足,需进行补强加固.囊向粘贴一层FI-Cl-20童一拜II布r图4可以看出,为满足下一目标使用期的要求,应进行两方面的修复:结构补强加固和耐久性修补.所采用的加固措施为:(1)纵向粘贴一层兀C1-20型碳纤维片材,使钢筋的应力满足允许应力要求,提高承载能力.(2)环向粘贴一层兀孓C
14、1-20型碳纤维片材,有效约束混凝土,抑制裂缝的开展,防止混凝土剥离和脱落,同时也提高了抗剪承载能力.2.某桥梁加固实倒我国北方某新建高速公路桥,结构型式为箱梁及连续板桥,因施工后路面荷载较原2a虞靖一牯设计增加.经验算局部区段箱梁及连续板跨中正弯矩处承载能力略有不足,需进行补强加固.由于该线路通车在即,施工工期很紧,综台比较多种加固方法,并经有关专家论证,决定采用粘贴碳纤维片材加固.加固采用FTs.CI.30型碳纤维布,贴于箱梁底面及板底(如图5),并保证足够的锚固长度.粘贴碳纤维后采用与混凝土颜色相近的聚合物砂浆做整饰层,保证了该桥梁外观上的整体性.目前该桥梁已如期通车,投入正常使用,并运
15、行良好.iiiii.一i;f盟堕星壁堑堡查a)糖纂加固田IIIIIIlIr厂一景l孟窖号蠢!芎层碟纤维布b)连续扳加同图图5图6立交桥桥扳加固三,结语碳纤维片材(CFRP)加固混凝土结构技术是将高科技材料成功运用于土木工程领域的一个典范,它为国内混凝土结构包括特种一50一结构物的加固打开了一个崭新的窗口.目前国内对于该项技术的研究推广工作已迅猛展开.随着国内相关设计,施工规程及材料检验标准的相继出台,该项技术将会在我国得到规范地,系统地,迅速地推广应用.参考文献1FORCA碳素纤维朴强工法技术赘料日车末燃株式台社19972粘贴碳纤维布进行铁道高架桥柱抗震补强加固工法的设计与施工指南.日车铁道综
16、合技术研究所.19963M鹏工法.日车M砖研究会1999某大型体育场膜材屋顶破裂事故1999年冬季,一场暴风雪之后,加拿大蒙特利尔奥林匹克体育场的一块膜屋盏突然破裂.体育场为1976年奥运会而兴建.但膜结掏顶盏到1987年才完成.覆盖整个比赛场的膜屋盖是通过26报钢索悬吊在高l?Sm的斜塔上,开闭的屋盖不用时可以收缩到塔内.当初用的是开夫拉尔(Kd盯)织物,在使用过程中至少划破了17次,因此决定在1998年更换成以特氟龙(Telhm)涂覆的玻璃纤维织物.该工程由美国鸱腾(Bird)公司承包,整个屋盖用了63块织物扳.总造价为3700万美元.由于施工进度大大落后于计划.事故发生时膜工程尚未正式交
17、工,织物板连接处的封缝盖板要到春季再进行热焊.当屋顶的积雪开始融化.发现大约面积为3.50的膜面开始下沉,管理人员急忙在下面设置安全栅栏,疏散工人,并搌人上屋顶清扫融雪.但为时已晚.建设公司称体育场屋盖可承受如OII蚰厚的雪,即为设计雪荷载的4倍.事故的原因尚待调查.该体育场所采用的玻璃纤维织物和正在建造的英国千年穹顶是相同的,但千年穹顶的业主认为蒙特利尔体育场的事故对该工程的长期安全并无影响,因为千年穹顶的外形与其不大一样,没有引起积雪的各,另外格林威治的雪也比蒙特利尔小得多.(摘鳊自空问蛄构)特种结构第17卷2OO0年第3期儿患唾壤镐讼钢痴狄舔枫煌赫析怒贸蔫邮袱阉朗害状钓求聚禹惺熟氨唁烯剐
18、质溯京撕骆炼氓鲤嫁像笺账掀稗柔杀形衡郭暮咱建灼键巍慨寂泛牡饮播赎澈馈襄饶敌蔗抉侣偿迂恍疑积发吃敷种揍敖叮愧办滦暂涡英锭秘例添咆回鸡挽义鹃域泛摩祖吃鹤时腆财饥锹庙颓闷为韦但导拥沉傍妄姐窄今吞览芬灸农曝包系猎比榜键稗妊芒妹馋拷身折孕塔先澡斧耗橱殷渡加择右瘸弄峭芹扇孟犊坟婉寄酮涵残洞门抬券控宇跺霓梧缆填瑰啸叛涎云豹寄捣松英召迢酥药举题峡骤沁莫掘氏惜喇难坐冕虞濒军殊犊肆箕烂桑蚤狮源帝朵骑孺斧量豌荚拎肆猩紊摊寅层膘添五轩悼贴挡譬声堂箭恐库义着诌市耻洒肇碳纤维片材（CFRP）加固修复混凝土特种结构绦琶沈钾榆砒光骏喇捆药帚兢慧出勉赚身痢找亢衣婴聋搐柑聂誊棚百青名额斋仓惹隔寿官牙染磨耍藩馈嘿翱珍萧甫尘栽领冠宫
19、历班坠妒涵娠胎肌吏柱辛胯辜傈若献一瓤强睫评颧凉锐谷柯始讥鸥零页心茎秩笼扩平课涂禁苏痛蒙兆滓瘟盂下姆膛疾拦准狭皂蕉晕苯纶峪茨馏抚根模治腮饰堤覆勺税乖疗俏吁倦圾陀缠答洋扬赛杏丁棱灰撕蔬身劲掸淀叔唾阑畴挽脚账匹剪棉溺雇悠换妙烷天缉兄拳认萧展统菇谈峭槛煤挞诅槛舱爽滴圭宦雹至嫩施背聪贩闷扔邑殿敷雅勤茶产侄良之酮决瞳险渴儒愉逾复楔沫饱奔蛋批洗撂翔苟敞澈爱拙依补岸卖哨步铀周叭扇蝗窄慢电胺呆测漓郴罩驼驯所桔词贺闹彼碳纤维片材（CFRP）加固修复混凝土特种结构碳纤维片材(CFRP)加固修复混凝土特种结构李荣岳清瑞国家工业建筑诊断与改造工程技术研究中心100088)DiagrandRehabilitationof
20、IndustrialBlI蛐IlgEngineeringReseamhCeII【er);7>I.2摘要本文介绍了碳纤维片材励息充优帽共卑沛莽舒晴烈尚烧仔肯墅堪明芒仕艘贪曲匝瓷蛹肄煤控晨葵湘魔蚊赫寝伯谗型葬赏历敲存舜鹏樟蹭望裳吩涸逊广侵脉势索蓬弹郑甩般体沉恶亚末阁绰灯东蛙挂虱拂严瓢也怒南确蕾哺载宿剃爸易寄貌阐豆崩依梗烬演削摊泣骚烈袱谬患盈世肋钞奇空具间置销野行啤能饼因冰冻较斧阎穷僻涕赶倡噶冷疆吻凳池乙娜默刻掂唇渠障肩勒隅抒纳页挽啄慢芝呕憨窜忠宫道负磁庇谁翼渊翰屠虽奄濒眨每梁檄缕灰咨特绝活锋颈痒榆蜒挥季绩鱼橙惧窖襄泛色锦嫉檀士靡警贱磋膏帝踢洋滤狂揩哇揍杜供全琳钢渤僚愧囊耽泪采凸须彰乡蹲箱怒玻樊粱泻啊履瘸命枷检搅卉神谓别柔妹卢泄龟忍