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        碳纖維應用專業知識:一文簡要了解如何使用碳纖維復合材料修復混凝土柱?
        時間:2022年04月06日 來源:碳纖維及其復合材料技術  作者:佚名 瀏覽次數:

        鋼筋混凝土柱的強度和耐久性可能會受到四個主要因素的影響:內部金屬鋼筋的腐蝕、凍融劣化、化學侵蝕,以及極端荷載情況和自然災害(如地震和洪水)帶來的持續局部損傷。

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        隨著結構逐漸老化,可能會發生混凝土剝落,使鋼筋暴露在環境中,從而加速鋼筋腐蝕。如果沒有及時對混凝土柱進行適當的修復,混凝土劣化加重,倒塌風險可能性大幅提高。因此,可能需要盡快加固,以防止進一步腐蝕和混凝土退化,并恢復鋼筋混凝土的原始結構承載力。


        01、混凝土柱加固修復技術


        幾十年來,研究人員一直致力于改進加固和修復混凝土柱的方法,來應對許多可能的缺陷,其中包括一些加固和維修技術,這些技術可以平衡結構要求與非結構問題,比如在最小化成本、保持功能和美觀性、確保工人安全,以及短時間內進行維修。

        近年來,一種使用高強度纖維增強聚合物(fiber-reinforced polymers,FRPs)的創新技術正在迅速成為建筑業傳統改造技術的替代方案。

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        FRP強度重量比和附著力、耐腐蝕性、易操作性和安裝速度是傳統維修(如柱拉桿、補充垂直鋼筋等)無法比擬的。與無側限鋼筋混凝土構件相比,采用FRP包裹的柱可提高延展性,同時提供出色的抗剪、抗壓承載力,并提供能量再分配。

        02、傳統的混凝土柱修補方法

        對柱的修復可分為兩類:外觀修復和結構修復。如果設計得當,表面修復可以通過防止分層和阻止鋼筋腐蝕來降低混凝土進一步退化的速度。

        2.1、外觀/表面修復

        外觀或表面修復是針對輕微的局部老化,如受影響柱的裂縫和點蝕以及混凝土分層等。當鋼筋暴露在外時,腐蝕會顯著加速。一些表面修復的例子包括更換砂漿、柱籠、使用保護涂層和復合材料包裹。

        2.2、結構/全面維修

        結構或全面修復可恢復或增強混凝土柱的完整性,并提高柱的整體強度。如果老化沒有顯著減少橫截面,則可以成功使用鋼筋混凝土保護層。

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        2.3、鋼筋混凝土保護層

        鋼筋混凝土保護層的應用是一種傳統的修復技術,用于加固和修復缺陷和受損的混凝土柱。它包括在現有柱上覆蓋一層新的混凝土,可以在鋼筋支架周圍澆筑,也可以直接用螺栓固定在原有柱的底部。鋼護套也是一種有效的修復方法,可提高荷載和剪切能力,同時增加對柱上彎曲應力的抵抗力。

        盡管這種柱修復技術是保護和加固柱的有效方法,但就軸向承載力、抗彎強度和延展性而言,它既昂貴又耗時。此外,延展性的改善程度很小,因為保護層材料通常很脆,并不總是能與老化混凝土有效粘結。此外,它還會改變柱的橫截面積,從而改變質量和剛度。

        03、碳纖維復合材料修復應用的增加

        在現有柱的承載力不足時,建筑公司越來越多地使用碳纖維/環氧樹脂和玻璃鋼等復合材料,為受損和脆弱的混凝土芯提供外部約束。這些技術提供了阻止腐蝕鋼筋進一步退化的額外優勢。

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        基于碳纖維的復合材料修復還可以提高水平荷載,并為混凝土結構提供抗剪加固。

        3.1、為什么使用碳纖維進行結構修復和加固

        幾十年來,碳纖維增強聚合物(Carbon Fiber Reinforced Polymers,CFRPs)一直是航空航天行業的主要材料,目前已成功應用于許多其他行業。CFRP比任何其他典型建筑材料都更堅固、更輕,并提供更好的抗疲勞性。

        CFRP結合了高強度重量比、優異的剛度、延展性、耐高溫性、最小附加重量和優異的耐腐蝕性。它們還可用于修復和防止裂縫、拉直梁、升級橋柱、加固墻壁和橋墩、增強抗震性能、在結構修改后加固現有結構、增加橫向承載力和提高抗壓強度。

        3.2、碳纖維復合材料的優異特性

        用于建筑結構修復和補強的碳纖維復合材料主要有以下優勢:

        高強度重量比
        重量輕,耐腐蝕
        耐酸性
        比補充柱安裝更經濟
        安裝簡單快捷
        降低運輸和安裝成本
        防止立柱屈曲
        提高了柱的承載能力
        增強修復部分的彎曲強度

        04、如何使用碳纖維復合材料修復混凝土柱

        當受損或地震缺陷柱需要修復時,使用纖維增強聚合物(如碳纖維復合材料)加固現有柱可以根據DOT法規恢復結構完整性。
        柱修復是碳纖維復合材料的理想應用,因為這種材料重量輕,強度極高。FRP復合材料的性能降低了修復的總厚度,并將任何附加重量降至最低。手工應用的系統將完全符合任何尺寸和形狀,可防止對鋼筋進一步腐蝕,并覆蓋任何裸露金屬。

        使用碳纖維復合材料對混凝土柱修復時大致流程如下:

        第1步:表面處理。修復受損混凝土時,首先要表面處理,清除立柱和基腳上的任何松散材料,并確保復合材料修復的粘結適當,這一點很重要。

        第2步:更換缺失的混凝土。在先進的FRP系統中,通常在碳纖維修復之前使用聚合物水泥替換任何缺失的混凝土;炷猎诎惭b前立即進行滲透性底漆處理,以改善材料性能。底漆將增加碳纖維復合材料的附著力,并增強混凝土本身。

        第3步:將碳纖維復合材料包裹在柱上。使用碳纖維復合材料進行包裹,重疊部分與隨后纏繞的復合材料交錯以提高粘結強度。在混凝土柱上使用規定數量的碳纖維復合材料層后,就可以使材料固化,并涂抹防紫外線面漆。
        碳纖維加固系統以及適當的砂漿或聚合物水泥一起,為新修復提供無與倫比的強度、彈性和壽命。根據環境的不同,碳纖維最多可以使用 50 年以上而無需額外維修。


        來源:碳纖維及其復合材料技術

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