一种锚固碳纤维表层嵌贴加强混凝土结构的方法及应用与流程

本发明涉及一种锚固碳纤维表层嵌贴加强混凝土结构的方法及应用，属于建筑施工技术领域。

背景技术：

碳纤维材料用于混凝土结构加固修补的研究始于80年代美、日等发达国家，我国的这项技术起步较晚。1997年,国家工业建筑诊断与改造工程技术研究中心最早开展用cfrp加固混凝土构件研究,取得一定的研究成果。此后,国内专家学者进行了大量的理论分析和试验研究。

碳纤维加固技术由于具有许多优点,及具有良好的技术经济效益、社会效益和环境效益,近年来随着材料成本的不断降低,被广泛地应用于建筑物、隧道、桥梁、涵洞及地下结构工程。在我国,碳纤维加固结构的研究与起步较晚,其主要应用于结构的抗震设防加固补强、混凝土强度补强、配筋不足补强、结构延性补强等,在北京、上海、天津、江苏、福建、四川等地应用较多,如北京民族文化宫北京民族文化宫由于大部分结构已无法满足抗震安全和使用要求,采用粘贴碳纤维布对其进行抗震加固改造,效果良好。

目前国内碳纤维加固混凝土结构的方法主要是eb技术：

externalbonded，简称eb：体外粘贴加固法。该方法被中国规范所采用，优点是施工步骤简单，易于安装。但缺点是该方法采用的外贴工艺容易导致cfrp剥离破坏，很难充分发挥cfrp的抗拉强度，只能发挥其抗拉强度的40％-50％左右。

nearsurfacemounted，简称nsm：该方法的施工步骤是：首先按照设计的位置在混凝土上开槽，之后对槽内进行清理的预处理，之后将碳纤维筋嵌入槽内，最后用环氧树脂胶将槽内灌满，形成一个新的复合体来加固结构。但由于无锚固系统，该加固方法也无法保证完全发挥出cfrp的抗拉强度。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种锚固碳纤维表层嵌贴加强混凝土结构的方法及应用，用简便的方法加入了易于安装的锚固系统，使得cfrp的抗拉强度能够充分发挥，通过锚固系统的使用大大减少了槽内环氧树脂胶的使用量。

本发明通过以下技术手段解决上述技术问题：

本发明的一种锚固碳纤维表层嵌贴加强混凝土结构的方法，其为以下步骤：

(1)在梁受拉侧进行开槽及开孔，使用空气压缩机将梁表面及孔内灰尘清理干净；

(2)制备碳纤维筋，用环氧树脂胶将裁剪好的碳纤维布浸润3分钟以保证充分浸润，之后刮去多余的胶，再将碳纤维布进行三次沿宽度方向的对折，每次对折后需反复压实赶出气泡以保证碳纤维布之间紧密贴合；

(3)调配环氧树脂胶，采用s环氧树脂胶，a胶和b胶体积比为100：42，使用搅拌器按照400-600rpm的转速搅拌五分钟，将ab胶混合均匀，用调配好的环氧树脂胶将孔注满并将槽内表面抹上环氧树脂；

(4)裁剪一段铁丝，将铁丝弯折为u形，将制作好的碳纤维筋的中点与槽的中点对齐，再使用铁丝将碳纤维筋缓慢压进孔洞中，与此同时另一侧孔洞也进行相同操作，通过该操作使碳纤维筋拉紧以保证成一条直线，将纤维筋压至孔底部后缓慢拔出铁丝；

(5)安装完成后向槽内灌注环氧树脂胶至刚好能覆盖碳纤维筋表面的高度，之后将安装好的梁放置在干净的环境下等待胶的固化，胶固化时间为1-2周。

所述步骤(5)向槽内灌注环氧树脂胶至刚好能覆盖碳纤维筋表面的高度。

一种锚固碳纤维表层嵌贴加强混凝土结构的应用，其应用于工业或者民用建筑的梁、板、柱,及桥梁、隧道和涵洞的加固。

eb法的缺点是该方法采用的外贴工艺容易导致cfrp剥离破坏，很难充分发挥cfrp的抗拉强度，只能发挥其抗拉强度的40％-50％左右。本发明相较于eb技术，能完全的发挥出材料的抗拉强度，使cfrp加固材料断裂破坏；nsm法的缺点是由于没有可靠的锚固系统，无法使nsm系统中的cfrp材料达到其抗拉强度，且由于需要在槽内灌注环氧树脂胶，因此施工需要用大量的环氧树脂胶，本发明相较于nsm技术，首先加入了可靠的锚固系统以达到完全发挥cfrp抗拉强度的目的，同时由于锚固系统的使用，也有效地减少了环氧树脂胶的使用量，由此减小材料成本方便施工。

本发明的有益效果：

1.本发明用简便的方法加入了易于安装的锚固系统，使得cfrp的抗拉强度能够充分发挥。

2.通过锚固系统的使用大大减少了槽内环氧树脂胶的使用量。

本发明的应用前景：

eb技术普遍应用于中国，如2017年南京新百商场碳纤维加固就采用了该技术进行加固；nsm技术则在国外应用较多，如；1999年，美国加利福尼亚州hueneme港海军工程服务中心在所开展的一项码头修复计划中，对其中两个项目采用了nsm技术，分别对钢筋混凝土甲板负弯矩区和正弯矩区进行加固。

本发明则可以在很多实际应用中替代eb和nsm技术，且由于本发明相比这两种技术更能充分发挥碳纤维布的抗拉强度，故本发明所加固的建筑会有更高的可靠性；而且相较于nsm技术，本发明减少了环氧树脂胶的使用量，更为经济。可见，本发明的应用前景广泛。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明的实施例1在梁受拉面开单槽的样品尺寸。

图2为本发明的实施例1制作碳纤维加固系统的主要受力构件结构图。

图3为本发明的实施例1梁表面预处理示意图。

图4为本发明的实施例1安装示意图。

图5为本发明的实施例1中安装好的梁的破坏实验结果。

图6为本发明的实施例1中采用eb技术加固混凝土梁的破坏实验结果。

图7为本发明的实施例1中采用nsm技术加固混凝土梁进行破坏实验结果。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明进行详细说明，本实施例的一种锚固碳纤维表层嵌贴加强混凝土结构的方法，其为以下步骤：

(1)在梁受拉侧进行开槽及开孔，使用空气压缩机将梁表面及孔内灰尘清理干净；

(2)制备碳纤维筋，用环氧树脂胶将裁剪好的碳纤维布浸润3分钟以保证充分浸润，之后刮去多余的胶，再将碳纤维布进行三次沿宽度方向的对折，每次对折后需反复压实赶出气泡以保证碳纤维布之间紧密贴合；

(3)调配环氧树脂胶，采用s环氧树脂胶，a胶和b胶体积比为100：42，使用搅拌器按照400-600rpm的转速搅拌五分钟，将ab胶混合均匀，用调配好的环氧树脂胶将孔注满并将槽内表面抹上环氧树脂；

(4)裁剪一段铁丝，将铁丝弯折为u形，将制作好的碳纤维筋的中点与槽的中点对齐，再使用铁丝将碳纤维筋缓慢压进孔洞中，与此同时另一侧孔洞也进行相同操作，通过该操作使碳纤维筋拉紧以保证成一条直线，将纤维筋压至孔底部后缓慢拔出铁丝；

(5)安装完成后向槽内灌注环氧树脂胶至刚好能覆盖碳纤维筋表面的高度，之后将安装好的梁放置在干净的环境下等待胶的固化，胶固化时间为1-2周。

所述步骤(5)向槽内灌注环氧树脂胶至刚好能覆盖碳纤维筋表面的高度。

一种锚固碳纤维表层嵌贴加强混凝土结构的应用，其应用于工业或者民用建筑的梁、板、柱,及桥梁、隧道和涵洞的加固。

实施例1

如图1所示，在梁受拉侧进行开槽及开孔，孔深84mm，槽深16mm。使用空气压缩机将梁表面及孔内灰尘清理干净。

如图2所示，试验中采用的碳纤维布尺寸为948mm×127mm。用环氧树脂胶将裁剪好的碳纤维布浸润3分钟以保证充分浸润，之后刮去多余的胶，再将碳纤维布进行三次沿宽度方向的对折，每次对折后需反复压实赶出气泡以保证碳纤维布之间紧密贴合。

如图3所示，用调配好的环氧胶将孔注满并将槽内表面抹上环氧树脂。

裁剪一段铁丝，将铁丝弯折为u形，将制作好的碳纤维筋在实验设计锚固处进行对折，将对折处放在梁已经打好的孔洞处，使用铁丝将碳纤维筋缓慢压进孔洞中，同时，另一侧孔洞也进行相同操作，通过该操作可以使碳纤维筋拉紧以保证成一条直线。将纤维筋压至孔底部后缓慢拔出铁丝。

如图4所示，安装完成后向槽内灌注环氧树脂胶至刚好能覆盖碳纤维筋表面的高度(槽深一半)，之后将安装好的梁放置在干净的环境下等待胶的固化。

将本实施例1中安装好的梁与采用eb技术加固混凝土梁、nsm技术加固混凝土梁进行破坏实验，结果如图5、6和7。图5为采用本发明的实验室结果，其平均承载力能达到78kn，最高承载力为84kn，通过计算，纤维布所发挥的应力水平平均为128％，最高为140％；图6为采用eb技术的实验室结果，其平均承载力能达到41kn，最高承载力为44kn，通过计算，纤维布所发挥的应力水平平均为58％，最高为62％；图7为采用nsm技术的实验室结果，其平均承载力能达到51kn，最高承载力为58kn，通过计算，纤维布所发挥的应力水平平均为81％，最高为94％。可见，本发明相较于eb和nsm技术，能有效利用纤维布的高强抗拉强度，使其抗拉强度能够充分发挥。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。