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摘要:在現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域中,纖維復(fù)合材料應(yīng)用不僅是新熱點(diǎn),還是新趨勢。纖維復(fù)合材是一種融合了碳纖維與樹脂的復(fù)合材料,其具備高強(qiáng)度、高耐久性的特點(diǎn),用于建筑結(jié)構(gòu)加固,比應(yīng)用其他材料的加固效果更佳。本文主要介紹了纖維復(fù)合材料的概念及優(yōu)勢,探討了纖維復(fù)合材料加固建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)的應(yīng)用要點(diǎn),為相應(yīng)工作的開展提供參考。
關(guān)鍵詞:纖維復(fù)合材料;加固;建筑結(jié)構(gòu)
0引言
自上個(gè)世紀(jì)60年代起,纖維復(fù)合材料就被納入到了建筑結(jié)構(gòu)加固研究體系中。時(shí)至今日,纖維復(fù)合材料已經(jīng)在我國的建筑結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域中得到了十分廣泛的應(yīng)用。建筑結(jié)構(gòu)加固本身是一項(xiàng)非常重要的工作,所以必須要采取科學(xué)有效的加固措施,而纖維復(fù)合材料的應(yīng)用效果久經(jīng)考驗(yàn),獲得了業(yè)內(nèi)的普遍認(rèn)可與信賴。本文將實(shí)際對纖維復(fù)合材料加固建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)進(jìn)行淺析。
1纖維復(fù)合材料的概念及應(yīng)用優(yōu)勢
1.1概念
纖維復(fù)合材料又被稱之為碳纖維復(fù)合材料、碳纖維增強(qiáng)復(fù)合材料或碳纖維加強(qiáng)塑料等。碳纖維是一種由碳元素為主要成份構(gòu)成的物質(zhì),并且它具有很多種類,具體的種類區(qū)別主要在于含碳量的不同,但大多數(shù)碳纖維的含碳量都>90%。由于碳元素是主要構(gòu)成元素,因此碳纖維具備普通碳元素材料的很多基本性能,例如較強(qiáng)的抗腐蝕性能與耐高溫性能、良好的導(dǎo)熱性能與導(dǎo)電性能等。此外,碳纖維擁有特殊的優(yōu)點(diǎn),例如柔軟度好、外形特異性明顯、軸方向強(qiáng)度高、容重比較小等??偟膩碚f,碳纖維是一類力學(xué)性能較好的新型優(yōu)質(zhì)材料。而纖維復(fù)合材料本身為一種新型的復(fù)合材料,其在建筑結(jié)構(gòu)加固中擁有十分重要的應(yīng)用價(jià)值。
1.2應(yīng)用優(yōu)勢
與其他材料相比,纖維復(fù)合材料優(yōu)越性較強(qiáng)。具體來說,首先,與普通的鋼材相比,纖維復(fù)合材料抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值高出10倍以上,其次,與其他材料對比,纖維復(fù)合材料自振頻率較高,可更好地預(yù)防共振,抗震性能較強(qiáng);再者,與其他材料對比,纖維復(fù)合材料耐久性、抗鹽侵蝕性、抗酸侵蝕性及抗堿侵蝕性等較優(yōu);最后,與其他材料對比,纖維復(fù)合材料柔軟性、著色性更高,因?yàn)槠渲械臉渲鲜且环N具備流動性的物質(zhì),方便改變成不同形狀,在著色方面也具有很大的選擇空間?;谝陨线@些優(yōu)勢,纖維復(fù)合材料在現(xiàn)代建筑領(lǐng)域內(nèi),獲得了廣泛應(yīng)用,發(fā)展前景良好。
2纖維復(fù)合材料在建筑結(jié)構(gòu)加固中應(yīng)用的意義
建筑結(jié)構(gòu)在長期使用過程中,受外界環(huán)境因素、人為因素等的作用,會逐漸出現(xiàn)功能降低、結(jié)構(gòu)不穩(wěn)的情況,而只有通過對建筑結(jié)構(gòu)進(jìn)行有效加固,才能夠解決這一問題。一般情況下,我國對于建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)使用期限多為50年,這意味著大部分建筑結(jié)構(gòu)僅能夠在50年內(nèi)滿足人們的使用需求,而超過50年后若想再繼續(xù)使用,就必須要再次加固建筑結(jié)構(gòu),否則存在著嚴(yán)重的安全隱患。另外,有時(shí)遇到一些特殊情況,例如地震破壞、外力撞擊破壞等,建筑結(jié)構(gòu)也許不到使用期限就需要進(jìn)行加固。由此可見,加固建筑結(jié)構(gòu)是一項(xiàng)非常重要的工作。而若想切實(shí)保證建筑結(jié)構(gòu)加固效果,就必須要采取一些科學(xué)有效的加固建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)。經(jīng)大量實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)表明,應(yīng)用纖維復(fù)合材料來進(jìn)行建筑結(jié)構(gòu)加固是一項(xiàng)十分行之有效的方法,我們可以稱這種方法為纖維復(fù)合材料加固建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)。利用纖維復(fù)合材料加固建筑結(jié)構(gòu)技術(shù),不僅可以良好解決建筑結(jié)構(gòu)受損問題,大大提高建筑結(jié)構(gòu)性能,并且還能夠保存原本的建筑結(jié)構(gòu)狀態(tài),而不必使建筑結(jié)構(gòu)發(fā)生改變。同時(shí),纖維復(fù)合材料加固建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)在實(shí)際施工過程中非常方便簡單、省時(shí)省力。無論是對于工業(yè)建筑還是民用建筑,均可以應(yīng)用纖維復(fù)合材料加固建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)來提高建筑結(jié)構(gòu)的抗震性能;再者,在樓面板加固、鋼筋混凝土梁抗彎等方面,也可以應(yīng)用到纖維復(fù)合材料加固建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)。
3纖維復(fù)合材料加固建筑結(jié)構(gòu)的技術(shù)要點(diǎn)
3.1構(gòu)件表面處理的要點(diǎn)
構(gòu)件表面處理是纖維復(fù)合材料加固建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)的前期環(huán)節(jié),主要需注意以下幾項(xiàng)要點(diǎn):(1)在構(gòu)件表面處理過程中應(yīng)把握好溫度和濕度因素,盡量將溫度控制在6~35℃范圍內(nèi),構(gòu)件外表層的相對濕度應(yīng)之85%,且其中含水量須≤4%;(2)在實(shí)際加固施工過程中,加固區(qū)域出現(xiàn)裂縫問題,則應(yīng)立即暫停施工,先對裂縫進(jìn)行有效修補(bǔ)后再繼續(xù)加固;(3)在實(shí)際加固施工過程中,一旦發(fā)現(xiàn)待加固建筑結(jié)構(gòu)表面出現(xiàn)了混凝土缺陷問題,需要立即處理,然后再有效磨平,確保區(qū)域平整,在使用丙酮溶液對其進(jìn)行反復(fù)清洗,確保區(qū)域內(nèi)干凈,表面無灰塵或油污??偟膩碚f,碳纖維是一類力學(xué)性能較好的新型優(yōu)質(zhì)材料,纖維復(fù)合材料在建筑結(jié)構(gòu)加固中具有十分重要的應(yīng)用價(jià)值。
3.2底膠涂刷的要點(diǎn)
在建筑結(jié)構(gòu)的待加固構(gòu)件上粘貼完纖維復(fù)合材料后,需再涂刷底膠。在底膠涂刷過程中主要需注意以下幾項(xiàng)要點(diǎn):(1)涂刷底膠需使用專門的涂刷工具如滾筒等,以保證涂刷均勻;(2)在涂刷底膠時(shí),需對待加固構(gòu)件表面進(jìn)行細(xì)致的涂刷,涂刷邊界不能小于纖維復(fù)合材料的邊界﹔(3)待底膠凝結(jié)后,應(yīng)仔細(xì)檢查表面的光滑度,一旦發(fā)現(xiàn)了有凹凸不平的地方,應(yīng)及時(shí)用砂紙磨平,確保表面光滑平整。
3.3找平膠涂刷的要點(diǎn)
待底膠干燥后,應(yīng)仔細(xì)檢查其表面情況,一旦發(fā)現(xiàn)了有凹凸、缺損等問題而又無法通過砂紙來有效磨平時(shí),應(yīng)及時(shí)采用找平膠進(jìn)行處理。在找平膠材料的選擇中,需注意選擇與底膠相同的材料進(jìn)行調(diào)制。
3.4加固技術(shù)的要點(diǎn)
內(nèi)嵌FRP筋加固法具有施工方便、維修費(fèi)用低、可以有效避免加固材料磨損和撞擊等優(yōu)點(diǎn),現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)加固改造工程中。加固構(gòu)件和結(jié)構(gòu)在服役期間同樣會遭受潮濕、凍融循環(huán)、腐蝕介質(zhì)侵蝕等惡劣環(huán)境,出現(xiàn)FRP筋劣化、FRP筋與混凝土界面黏結(jié)強(qiáng)度下降等問題。由于FRP筋與黏結(jié)材料界面和黏結(jié)材料與混凝土界面既是傳遞應(yīng)力的關(guān)鍵部位,又是加固構(gòu)件的薄弱環(huán)節(jié),因此開展惡劣環(huán)境下內(nèi)嵌FRP筋加固混凝土界面黏結(jié)性能的研究尤為重要。目前,國內(nèi)外對內(nèi)嵌FRP筋加固混凝土界面黏結(jié)破壞模式、黏結(jié)應(yīng)力-滑移本構(gòu)關(guān)系、FRP筋的受拉承載力以及不同影響因素對界面黏結(jié)性能的影響進(jìn)行了大量的研究,取得了豐富的研究成果。
3.5養(yǎng)護(hù)過程中的要點(diǎn)
在應(yīng)用纖維復(fù)合材料加固建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)對建筑結(jié)構(gòu)加固完畢后,還需做好后期的養(yǎng)護(hù)工作,在養(yǎng)護(hù)過程中需注意以下幾項(xiàng)要點(diǎn):(1)養(yǎng)護(hù)期間避免受外界干擾和外力沖擊﹔(2)養(yǎng)護(hù)時(shí)間應(yīng)≥1d;(3)養(yǎng)護(hù)期間做好防護(hù)措施,避免受雨水及其他物質(zhì)污染。
4土木建筑工程中纖維復(fù)合材料的應(yīng)用
4.1纖維復(fù)合材料加固技術(shù)方案設(shè)計(jì)
由于建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)過程較為復(fù)雜,設(shè)計(jì)人員在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí),要將化學(xué)纖維聚合物材料應(yīng)用于土木工程結(jié)構(gòu)加固時(shí),首先是規(guī)劃土木工程項(xiàng)目的總體加固策略,然后再確定具體的加固技術(shù)方案。碳纖維材料塑料板在鋼筋混凝土彎曲預(yù)制構(gòu)件的抗彎結(jié)構(gòu)加固,抗剪結(jié)構(gòu)加固和柱抗震等級結(jié)構(gòu)加固應(yīng)用較多。在加強(qiáng)彎曲結(jié)構(gòu)時(shí),碳纖維塑料片的化學(xué)纖維取向應(yīng)與拉伸區(qū)的拉伸應(yīng)力取向一致。當(dāng)增強(qiáng)剪切結(jié)構(gòu)時(shí),應(yīng)將碳纖維塑料板的化學(xué)纖維取向作為混凝土中的主要張力。應(yīng)力方向是相同的,但是為了使施工更加方便,可以使用化纖方向和預(yù)制構(gòu)件的縱向坐標(biāo)進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固。加強(qiáng)抗震等級結(jié)構(gòu)時(shí),應(yīng)將碳纖維布封閉地纏繞在圓柱上。另外,碳纖維材料塑料片還可以沿著預(yù)制構(gòu)件的徑向方向粘貼,可沿著腋下角度粘貼,可在樞轉(zhuǎn)力下對預(yù)制構(gòu)件進(jìn)行結(jié)構(gòu)加固。當(dāng)在彎曲下加固結(jié)構(gòu)時(shí),也可以向碳纖維塑料板中添加預(yù)應(yīng)力鋼的方法來增強(qiáng)結(jié)構(gòu)加固的實(shí)際效果。碳纖維塑料板還可以用于框架柱和特殊結(jié)構(gòu),例如殼體,筒倉和煙囪。
4.2應(yīng)重視纖維復(fù)合材料的研發(fā)及技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)制定
碳纖維材料高分子材料目前在國內(nèi)建筑行業(yè)應(yīng)用尚不十分廣泛,目前主要應(yīng)用于一些專業(yè)性較高的建筑結(jié)構(gòu)中。主要原因在于許多碳纖維材料產(chǎn)品仍然必須從國外購買,這不僅增加了建造成本,而且限制了新材料和新技術(shù)的應(yīng)用。同時(shí),我國現(xiàn)階段依然使用的是國外的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)加固和修復(fù)技術(shù)方法已越來越不適用。迫切需要制定適合于我國國情的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和建筑加固施工作業(yè)規(guī)程,以改善碳纖維材料和高分子材料的建筑應(yīng)用技術(shù)。因此,加強(qiáng)對纖維復(fù)合材料的研發(fā)力度,提升產(chǎn)品質(zhì)量,并制定適合的材料生產(chǎn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和建筑加固施工作業(yè)規(guī)程,是現(xiàn)階段的重點(diǎn)問題。
4.3結(jié)構(gòu)加固補(bǔ)強(qiáng)的關(guān)鍵技術(shù)的研發(fā)
FRP聚合物材料,尤其是CFRP聚合物材料已經(jīng)取得了很好的進(jìn)展,在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程加固技術(shù)應(yīng)用也較為廣泛,但是仍然有很多課題有待解決,主要包括兩個(gè)方面:一是在預(yù)應(yīng)力加固補(bǔ)增技術(shù)研究;另一個(gè)是界面受力性能研究。為了使用該類復(fù)合材料在建筑結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域發(fā)揮更大價(jià)值,還需要進(jìn)一步的深入研發(fā)。
5結(jié)束語
綜上所述,由于纖維復(fù)合材料的諸多優(yōu)勢,使得它在建筑結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域中展現(xiàn)出了十分重要的應(yīng)用價(jià)值與非常廣闊的發(fā)展前景。但現(xiàn)階段還有許多制約其發(fā)展的因素存在,需要在未來一段時(shí)間,加強(qiáng)對纖維復(fù)合材料及其應(yīng)用的研究。CFRP板與混凝土之間的粘結(jié)應(yīng)力不是通過試驗(yàn)直接得到的,而是通過CFRP板變形分析間接得到的。加載開始時(shí),CFRP板僅在加載點(diǎn)附近區(qū)域生成變形,自由點(diǎn)附近的變形為零,此時(shí)變形傳輸區(qū)域較小。載荷增加時(shí),載荷端的變形會增加,并傳遞到自由端。在載荷開始時(shí),粘結(jié)應(yīng)力從載荷端分布在不超過60mm的范圍內(nèi),從自由端逐漸減小到零。隨著負(fù)載的增加,負(fù)載末端的貼合約束也會相應(yīng)增加,并且貼合約束開始轉(zhuǎn)移至自由末端。接近極限載荷時(shí),粘結(jié)點(diǎn)會傳遞到自由端附近,試驗(yàn)將發(fā)生挖方斷裂。使纖維復(fù)合材料加固技術(shù)的應(yīng)用更加廣泛深入,在建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及安全性建設(shè)中充分發(fā)揮其應(yīng)用價(jià)值。
參考文獻(xiàn)
[1]魏成惠.纖維復(fù)合材料加固建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)研究進(jìn)展[J].塑料科技,2020,48(5):139-141.
[2]崔友國.淺析碳纖維復(fù)合材料在建筑結(jié)構(gòu)加固中的應(yīng)用[J].城市建設(shè)理論研究(電子版),2017(14):246.
[3]周美川.淺談碳纖維復(fù)合材料在建筑結(jié)構(gòu)加固中的應(yīng)用[J].中國包裝工業(yè),2015(6):122.
[4]楊桂權(quán).碳纖維加固混凝土在工程建筑中的應(yīng)用[J].中國水運(yùn)(下半月),2013,13(3):283-284.
[5]袁毓模.碳纖維復(fù)合材料在某建筑柱子結(jié)構(gòu)加固中的應(yīng)用[J].中國西部科技,2008(23):39+3434.
作者:范冰倩 單位:河南大學(xué)