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碳纖維材料以其輕質、高強、耐腐、耐疲勞等優點,在混凝土結構加固中應用廣泛。碳纖維板即碳纖維加固補強單向板材,其成型工藝是將碳纖維浸漬樹脂后在模具內固化并連續拉擠成型。具有拉伸強度高、耐腐蝕性、抗震性、抗沖擊性等良好性能。
嵌入式粘貼碳纖維板加固
在我國,粘貼碳纖維板加固混凝土結構加固方法已較為普及,與其相關的國家標準《混凝土結構加固設計規范》(GB50367-2013)對其也有相關規定。而嵌入式粘貼碳纖維板加固方法,最開始是為避免外貼碳板與混凝土間發生剝離破壞而成為研究熱點。
嵌入式碳板加固:在結構構件表層開槽,將碳纖維板嵌入其中,利用黏結劑使其與構件結合緊密,達到加固和補強的目的。
試驗對比分析
本文參考某論文通過用內嵌碳纖維板條加固法,加固混凝土梁抗彎性能進行試驗研究,利用相關數據解析不同黏結劑、不同加固方法(內嵌與外貼)的加固效果。
試驗內容:
擬對5根試驗梁進行抗彎靜載試驗,1根對比梁L1、1根外貼碳板加固梁L2、3根內嵌不同黏結材料的碳板加固梁(環氧樹脂結構膠L3、環氧砂漿L4、水泥砂漿L5)對加固梁的破壞形態、剛度、荷載-應變、極限承載力、裂縫等進行分析。
試驗做法:
1. 抗彎承載力及破壞形態分析
通過對比發現,1.加固梁極限承載力比未加固梁L1提高幅度17%~37%,2.以環氧樹脂為黏結材料的內嵌碳板效果最好。
2. 荷載—應變分析
從加固梁跨中碳板荷載-應變關系曲線看出,在開裂荷載后,外貼梁L2與內嵌梁的應變差很大,即碳板承擔的力相差很大。由于外貼梁發生剝離破壞,碳板退出工作。內嵌加固梁則呈現一定的塑性。
3. 裂縫分析
通過試驗梁荷載-裂縫寬度曲線,可以看出,未加固梁在混凝土開裂后,曲線斜率變小,裂縫變化較快,平均裂縫間距增大。而加固梁在受拉鋼筋屈服前,裂縫緩慢發展,直到碳板失效,裂縫才迅速增大。
以上試驗數據和分析,相信大家對1.碳板加固梁對比未加固梁抗彎承載力有較大程度提高,抑制了裂縫的發展,裂縫的間距和裂縫的寬度都有減小。2.內嵌碳板黏結材料性能最好的為環氧樹脂,其結果顯而易見,但對于內嵌碳板條加固梁的極限承載力提高幅度要高于外貼碳板加固梁,主要是因為出現剝離破壞現象,有了初步的結論。
但試驗并未對所用外貼碳板環氧樹脂黏結劑指標進行說明(是否滿足國標使用要求),這會不會影響試驗結果有待考究。
另外我想補充的是:針對外貼碳板加固出現剝離破壞,其可以從兩方面進行優化處理。
1.增加碳布U型箍,起到對碳板進行錨固、防止剝離破壞作用,且U型箍對受彎構件中斜截面承載力有提升作用。
2.選用優質的碳板膠,滿足國家標準《工程結構加固材料安全性鑒定技術規范》GB50728-2011對其相關性能要求。尤其不能用粘鋼膠代替碳板膠使用,兩者性能指標有較大差別,尤其伸長率指標,如果碳板膠伸長率只有1.2%(粘鋼膠的伸長率要求),那么碳板膠會先破壞,不能充分發揮碳板的強度。