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煙囪碳纖維修復(fù)、補強混凝土結(jié)構(gòu)施工工法

近年來，結(jié)構(gòu)修復(fù)、補強技術(shù)廣泛應(yīng)用于橋梁、隧道以及工業(yè)民用建筑中的鋼筋砼梁、板、柱及剪力墻結(jié)構(gòu)。特別是采用煙囪碳纖維修復(fù)補強技術(shù)時更獲得具大成功，其產(chǎn)品性能優(yōu)異，操作簡單，安全可靠，與傳統(tǒng)方法相比較，有更大的經(jīng)濟效益、社會效益和環(huán)境效益。某工程框架柱的加固補強，采用該項技術(shù)，取得了良好效果。

一 特點

1 煙囪碳纖維片材輕質(zhì)高強：其抗拉強度比普通鋼材高8～10倍，將它用粘結(jié)樹脂與結(jié)構(gòu)粘貼后形成一體，能可靠地與鋼筋混凝土共同工作，有優(yōu)異的補強效果，而結(jié)構(gòu)自重的增加幾乎可以忽略。

2 抗腐蝕：煙囪碳纖維能有效地防護構(gòu)件的混凝土和鋼筋免職受酸、堿、鹽、水等介質(zhì)的腐蝕。

3 耐老化：煙囪碳纖維與膠結(jié)構(gòu)本身及經(jīng)其補強的構(gòu)件可以長期承受紫外線、核幅射；長期在-54～80℃下使用，強度不會降低；經(jīng)加速暴露老化試驗驗證可歷時40年性能不變；且在表面涂裝后，耐用性更加突出。

4 保持結(jié)構(gòu)原狀，外形美觀：煙囪碳纖維片材便于隨構(gòu)件原形貼附，基本不改變構(gòu)件斷面尺寸，貼片后表面可以涂刷、粘貼飾面材料、防火材料。

5 施工簡便、快捷：采用傳統(tǒng)的加固補強方法，如包混凝土法、粘鋼法，均需進行大量剔鑿、植筋、焊接、澆混凝土作業(yè)，煙囪碳纖維片材施工卻不需要。因此，它對施工空間要求很低，便于狹窄空間作業(yè)，施工快捷，對生產(chǎn)、使用的干擾很小。

二 工藝原理

煙囪碳纖維片材是用抗拉強度極高的煙囪碳纖維絲“拉拔”成型，單向排列，

并經(jīng)環(huán)氧樹脂預(yù)浸而成的結(jié)構(gòu)增強復(fù)合材料。將它用粘結(jié)樹脂作為粘結(jié)劑，沿受力方向或垂直于裂縫方向粘貼在受損構(gòu)件表面，粘結(jié)劑作為它們之間的剪力連接媒介，形成新的復(fù)合體。使增強貼片與原有鋼筋共同受力，增大了結(jié)構(gòu)抗拉或抗剪能力，能有效地提高強度、剛度、抗裂性和延性。整個工藝的關(guān)鍵在于煙囪碳纖維片材粘結(jié)的緊密、牢固，保證與原結(jié)構(gòu)形成整體，能夠共同工作。

三 適用范圍

煙囪碳纖維片材修復(fù)、補強、加固適用于隧道、橋梁及各類工業(yè)民用建筑

中鋼筋混凝土梁、板、柱、剪力墻結(jié)構(gòu)、涵洞、襯砌、鋼筋混凝土煙囪、筒倉、水池、罐體等，由于設(shè)計、施工、使用、老化或某種浸蝕、災(zāi)害造成的損壞，以及因超載所致的承載力不足。

四 主要材料

1 煙囪碳纖維片材的規(guī)格及性能（表略）。

2 底層涂料的規(guī)格及性能（表略）。

3. 環(huán)氧膩子的規(guī)格及性能（表略）。

4 浸漬樹脂的規(guī)格及性能（表略）。

五 主要工、機具

1 畫線工具：墨斗、卷尺、水平議、鉛錘；

2 切削工具：角向砂輪、錘子、鑿子、鉆、鏨子；

3 煙囪碳纖維片切割工具：卷尺、鋼直尺、壁紙刀；

4 調(diào)和涂刷工具：臺秤、攪拌容器、橡膠抹子、滾筒刷子、油漆刷、攪拌器、托灰板；

5 工具：羅拉（專用工具）、橡膠刮板、塑料刮板；

6 安全用具：安全帽、安全帶、防護眼鏡、橡膠手套、口罩；

7 施工管理用器具：R量尺、溫濕度計；

8 其它：空壓機、通風設(shè)備、養(yǎng)護復(fù)合材料、棉紗。

六 施工工藝

1. 工藝流程

構(gòu)件表面處理 基層處理 涂底層涂料 

用環(huán)氧膩子缺陷修補 貼煙囪碳纖維 養(yǎng)護 涂裝

圖1 工藝流程圖

2. 操作要點

2.1 混凝土基底處理

2.1.1 將混凝土構(gòu)件表面的殘缺、破損部分清除干凈達到結(jié)構(gòu)密實部位。

2.1.2 檢查外露鋼筋是否銹蝕,如有銹蝕,進行必要處理。

2.1 對經(jīng)過剔鑿、清理和露筋的構(gòu)件殘缺部分,進行修補、復(fù)原。

2.1.4 裂縫修補：縫寬小于0.20mm的裂縫,用環(huán)氧樹脂進行表面涂抹封閉；大于0.20mm的裂縫用環(huán)氧樹脂灌縫。

2.1.5 將構(gòu)件表面凸出部分(混凝土構(gòu)件交接部位、模板的段差)打磨平整，修復(fù)后的段差要盡量平順。

2.1.6 棱角部位,用磨光機磨圓角,圓角半徑≥30mm。

2.1.7 對清洗過的混凝土構(gòu)件進行圍擋,并讓其充分干燥。

2.2 刷底層涂料

2.2.1 把底層涂料的主劑和固化劑按規(guī)定比例稱量準確后放入容器，用攪拌器攪拌均勻,一次調(diào)和量應(yīng)以要使用時間內(nèi)用完為準。

2.2.2 在底層涂料中嚴禁加溶劑,含有溶劑的毛刷或用溶劑弄濕了的滾筒不得使用。

2.2.3 用滾筒刷均勻地涂抹底層涂料。

2.2.4 涂料指觸時間因氣溫不同,一般在3h到24h之間變化。

2.2.5 底層涂料固化后,在表面上有凸起部分時,要用砂紙磨光。

2.2.6 根據(jù)施工部位的溫度、濕度選擇適當?shù)牡讓油苛?在氣溫底于5℃,相對濕度RH>85%,混凝土表面含水率>8%,有結(jié)露可能而無有效措施時,不得施工。

2.3 構(gòu)件表面的殘缺修補

2.3.1 構(gòu)件表面凹陷部位應(yīng)用環(huán)氧膩子填平,修復(fù)至表面平整。

2.3.2 接槎部位要用環(huán)氧膩子填補,使之平順。在殘缺修補中使用環(huán)氧樹脂時,要在氣溫5℃以上,相對濕度RH<85%的條件下施工。膩子刮平后,表面仍存在的凹凸糙紋,應(yīng)再用砂紙打磨平整。

2.4 貼煙囪碳纖維片材

2.4.1 確認粘貼表面干燥.氣溫在5℃以下,相對濕度RH>85%時不得施工。

2.4.2 煙囪碳纖維應(yīng)用鋼直尺與壁紙刀按規(guī)定尺寸進行切斷,每段長度一般不超過6m為宜,若要使用更長的片材時,除精心防止彎折外,對脫泡、滲浸過程必須加倍謹慎操作。為防止片材在保管過程中損壞,片材的裁切數(shù)量應(yīng)按當天的使用量為準。

2.4.3 煙囪碳纖維的縱向接頭必須搭接10cm以上,且該部位應(yīng)多涂粘結(jié)樹脂,煙囪碳纖維橫向不需要搭接。

2.4.4 粘結(jié)樹脂的主劑與固化劑應(yīng)按規(guī)定的比例稱量準確,裝入容器,用攪拌器攪拌均勻,一次調(diào)和量應(yīng)以在可使用時間內(nèi)和完為準。

2.4.5 貼片前用滾筒刷均勻地涂抹粘結(jié)樹脂,稱為下涂,下涂的涂量標準如下:

200g/m2的煙囪碳纖維片,400～500g/m2

300g/m2的煙囪碳纖維片,500～600g/m2

2.4.6 貼片時,在煙囪碳纖維片和樹脂之間盡量不要有空氣,可用羅拉(專用工具)沿著纖維方向在煙囪碳纖維片上滾壓多次,使樹脂滲浸入煙囪碳纖維中。

2.4.7 煙囪碳纖維片施工30min后,用滾筒刷均勻涂抹粘結(jié)樹脂,稱為上涂,上涂涂量標準如下:

200g/m2的煙囪碳纖維片,200～100g/m2

300g/m2的煙囪碳纖維片,300～200g/m2

2.4.8 進行空鼓檢查,并進行處理。 

2.4.9 如需粘貼多層煙囪碳纖維,重復(fù)以上步驟。

2.4.10. 如煙囪碳纖維片施工不符合質(zhì)量標準,則需進行相應(yīng)處理。其中空鼓處理方法如下：

注入粘結(jié)樹脂法:在大纖維片上打開兩個以上的小孔,使用注射器注入粘結(jié)樹脂(或低粘度型樹脂)。

割刀切入填充樹脂補修法:沿纖維方向切入2～3刀,用橡膠刮板、毛刷沾上適量樹脂，填進割開的縫內(nèi)。

補丁修補法：當貼片完全固化后，且無法用割刀切開或注入樹脂時；或出現(xiàn)褶皺和松弛時，應(yīng)采用此方法割去不良部分，重新粘貼煙囪碳纖維片。

2.5 養(yǎng)護

2.5.1 粘貼煙囪碳纖維片后,需自然養(yǎng)護24h達到初期固化,應(yīng)保證固化期間不受干擾。

2.5.2 在每道工序以后樹脂固化之之前,宜用塑料薄膜等遮擋以防止風沙或雨水侵襲。

2.5.3 當樹脂固化期間存在氣溫降低到5℃以下的可能時,可采用低溫固化樹脂,或采取有效的升溫措施。

2.5.4 煙囪碳纖維片材粘貼后達到設(shè)計強度所需自然養(yǎng)護的時間:

平均氣溫在10℃以下時, 需2周；

平均氣溫在10～20℃之間,需1～2周；

平均氣溫在20℃以上時, 需1周；

在此之間應(yīng)防止貼片受到硬性沖擊。

2.6 涂裝

2.6.1 若加固補強構(gòu)件需要防火時,可在樹脂固化后按業(yè)主要求涂刷耐火涂層。

2.6.2 對加固補強構(gòu)件有外觀要求時,可在補強后涂刷所需色彩和質(zhì)量的涂層。

2.6.3 涂裝應(yīng)在樹脂初期固化后進行,并應(yīng)遵守所用涂料的相關(guān)標準和施工規(guī)定。

2.6.4 對新材料新工藝的涂裝,事前要做好充分研究,必要時應(yīng)進行試驗,確認后方可正式使用。

七 施工管理與勞動組織

1 施工管理

1.1 項目管理:負責根據(jù)加固補強

設(shè)計文件制定施工組織設(shè)計,按計劃負責人力、材料、機具和資金等準備，組織施工并對工程質(zhì)量、進度、安全、物資供應(yīng)、生活安排、工程的交工驗收及結(jié)算全面負責。

1.2 技術(shù)管理:負責為加固補強設(shè)計和技術(shù)組織措施的實現(xiàn),做好技術(shù)交底、貫徹施工規(guī)程與質(zhì)量標準等工作，為工序檢查和隱蔽工程驗收確認把關(guān)，處理施工中發(fā)生的變更和其他技術(shù)問題。

1.3 作業(yè)管理:按操作工序劃分作業(yè)組,分別負責加固補強的構(gòu)件打磨、涂刷樹脂、缺陷修補、裂縫封閉、貼片、養(yǎng)護等操作過程。

八 質(zhì)量要求

1 所有進場材料，包括煙囪碳纖維片材和膠結(jié)材料，符合質(zhì)量標準，并具有出廠產(chǎn)品合格證，符合本工程加固補強設(shè)計要求，適合現(xiàn)場溫度、濕度條件的材料。

2 煙囪碳纖維片粘貼的質(zhì)量檢查標準：

2.1 下涂與上涂滲入煙囪碳纖維束良好。

對裂縫必須處理:縫寬<0.20mm的用環(huán)氧樹脂涂抹封閉,縫寬>0.20mm用環(huán)氧樹脂灌縫。

2.2 煙囪碳纖維片材粘結(jié)密實。

2.3 對于直徑在10～30mm以下的空鼓,每平方米少于10個為合格;若每平方米在10個以上,則認為不合格,需進行修補;對于直徑在30mm以下的空鼓,只要出現(xiàn)即認為不合格,需要進行修補。

2.4 順纖維方向搭接長度不小于10cm。各層之間的搭接部位不得位于同一條直線上,層間必須錯開至少50cm。

2.5 煙囪碳纖維片材規(guī)格、貼片位置、長度、寬度、纖維方向、層數(shù)符合設(shè)計規(guī)定。

3 養(yǎng)護嚴格遵守自然養(yǎng)護的時間要求。

4 涂裝符合合同規(guī)定或業(yè)主要求及相應(yīng)的施工驗收規(guī)定。

九 工程實例和效果

昆明焦化廠，高150米，由于設(shè)計變更，加高30米，使得局部框架受力不能滿足設(shè)計要求，因此，對其原150米煙囪，采用煙囪碳纖維片材進行補強加固處理，很好地滿足了設(shè)計要求，并效地保證了工期和施工質(zhì)量。