玻璃钢建材-建筑的修补材料

    玻璃钢补强法是将玻璃纤维或碳纤维增强树脂块以树脂粘着于钢筋混凝土结构或构件外部使其补强,而加强承载能力的方法。与传统的钢板补强方法相比,具有重量轻、强度高、耐腐蚀、施工简单迅速、工期短、成本低的优点。混凝土上涂有底漆与较低粘度的树脂,易渗透进干混凝土中,使建筑保持强度和整体承载性能。在工业发达已获广泛应用。如桥梁接承点、桥柱、烟囱、隧道、水下建筑、防爆墙、地下管线、古迹的修复和补强。玻璃钢对混凝土工程补强的步骤与环氧树脂胶粘剂施工相同,第二步骤是在裂缝外部粘接或包覆玻纤树脂,美国开发出用复合纤维织物(如具有几个方向增强的编缝织物)增强环氧树脂包覆加固,取得成功。结构中混凝土的拉伸强度相对很低,再由于建筑物设计欠佳,长期承受动载荷、地震,导致混凝土构件在受拉情况下出现裂缝,混凝土内的钢筋产生锈蚀或施工不良,从而降低了混凝土建筑物的安全系数,甚至导致建筑物坍塌事故的发生。由于混凝土的裂缝仅为表面破坏迹象,裂缝内部的宽度、深度以及破坏截面,用常规方式无法观察,所以,很难做出有效地处理。近年来,人们使用环氧树脂胶粘剂,先后修复、加固了办公大楼、招待所、教学楼、公路桥梁等多项工程,均收到良好的效果。在某种程度上,胶接部分也是一种人造石。
    1.环氧树脂胶粘剂粘接法
    环氧树脂胶粘剂具有粘接力强、收缩性小、化学稳定性好,并能在常温下固化等特点。由于环氧树脂胶粘剂配方很多,不同环境、不同用途的配方亦不同。现就混凝土工程的修补、加固,推荐两个比较适用的环氧树脂胶粘剂配方。

    此配方适合在冬季低温(-11-7℃ )条件下使用。
    1.混凝土裂缝的表面处理 去除表面尘土,沿裂缝凿“ U”型槽,宽10mm、深15mm 。
    2.安装注胶嘴 在“U ”型槽内插入注胶嘴,相邻的注胶嘴间距为500-1500mm。
    3.封缝 用快速固化胶粘剂密封、填充“U ”型槽,同时将注胶嘴固定牢。
    4.灌注胶粘剂 将注胶罐上的输胶高压管与注胶嘴连接、扎紧。再用空压机将高压气输入罐中,压力控制在
0.1-0.5MPa之间,观察与注胶管相邻的注胶嘴是否有胶粘剂溢出,一旦发现,停机止胶,并把输胶管连接在出胶的注胶嘴上,开机注胶,直至结束。
    5.固化养护 混凝土裂缝注胶结束后,应保证胶粘剂在裂缝中自然固化,要注意防止混凝土结构受力震动,否则,就不可能达到混凝土恢复整体性能的要求,影响注胶修补或加固的效果。混凝土裂缝的修补时间一般选在冬季寒冷时期,此时混凝土收缩,裂缝大,便于胶粘剂浆液流入裂缝细微之处,使修补后的混凝土整体性能达到预期效果。[-page-] 
    2.玻璃钢补强工法
    对各类建筑修补,可能难度大的是对于已经损伤,同时还要承担川流不息车辆,下部还有各类活动的桥梁维修。仅在美国,就有20多万座桥梁出现结构缺陷, 1992年批准的维修费用高达1550 亿美元。
    美国加州福里斯顿赫氏飞伍公司发明的使用复合纤维增强环氧树脂的抗震加固方法修补缺陷严重,桥梁已取得成功,可作为修补建筑范例。
    赫氏- 飞伍公司方法具有以下突出优点
   (1)抗腐蚀、防火、防盐,安装费用低;
   (2)这种材料不像钢护套那样改变桥柱的刚度,从而成轻设计费用(改变桥柱刚度,会引起整个桥梁结构的反应);
   (3)这种材料可以装饰各种图案,外表美观;
   (4)这种材料易于施工,通常4 个工人一组,2人在上,2人在下,手工可以触及之处均可施工,这是传统钢护套无法实现的,一组2 人( 4人),平均每天可以加工3-4根桥梁,根据需要不同,复合材料增强环氧树脂材料可以任意裁剪,而钢护套却要切割、焊接,底部要密封、灌浆等烦杂手续。
    清楚看出工人站在手脚架上下,相互合作,用复合纤维防护材料包裹桥柱。新方法具有很大的优点,同时提供了优越的技术特性。用浸泡过树脂的纤维直接包裹在柱子上,减少了使用沉重钢件产生的许多麻烦。它不需要关闭车道,不需动用起重机将钢件吊来吊去,不用焊接,不会影响桥下娱乐场正常营业,不会产生各种潜在的威胁,同时,劳动力投入也减少了,检查费用也大大降低了,不会出现扬尘,不用弄坏屋顶,也不影响交通。

    伊斯利声称,这种材料的95%是用于水平向的缠绕, 平铺在柱端(两者成0°或90°或 )。而初的方法是让这种材料成正负45°时缠绕。但却大大增加了刚度,此体系的惟一目标就是在地震时,保持柱子有很强的弹性和延性能力。在圣地亚哥的加州大学(UCSD ),卡尔・李・鲍威尔的结构实验室里,对这种材料进行了全方位的测试,证明它非常有效。有一个高2.5m ,直径60mm的钢筋混凝土柱,在模拟地震作用下,搭接处产生 的滑移时,就突然折断;而采用复合防护材料的柱子位移可达到20mm,加固的柱子在构造上提高了延性能力。上述测试结构证实,复合材料的使用将对所有柱子在抵抗地震破坏方面起重要作用。
    钢筋混凝土支柱内部由竖向向纵筋和环向箍筋组成,当发生地震时,在循环荷载作用下,弯曲应力及剪切应力会使基础上的柱子产生运动,并会引起混凝土柱结构上的变化、破碎,混凝土从纵筋上剥落下来,地震对短柱甚至会产生双倍的弯曲应力。在长的纵筋和短的起始筋相搭接的柱脚处,将承受地震产生的变形,而柱子失效时,也常在此处破坏。
    桥柱加固的钢护套法(见图2-7),必须焊接和采用防腐蚀措施,赫氏公司和飞伍公司应用TyfoS 型“玻璃 +芳纶纤维 /环氧树脂”编织成带材料,可在环境温度下套护大截面的柱子。不同的柱子加固的方式也不同,为了决定采用哪种方式,必须考虑到柱子的直径、高度、形状、荷载情况及用钢护套时的数量、柱子的构成,尤其是要看在柱上面或柱脚处是否有铰连接、地震可能引起的加速度,并考虑其延性情况及柱子的位移量。赫氏公司的护套在这些方面很有效,它与混凝土和钢筋的CTE指标更加匹配,用大约15% 现场调制的芳纶纤维就可抵抗高强度剪切。
    关于实际应用,在干的芳纶和玻璃纤维上饱和涂上环氧树脂后,形成50m长的编织带护套,专用的机械设备可以帮助工人在柱周围围上这种宽约1.5m的带子,这种复合材料厚度可以从12mm 到50mm ,而在钢筋搭接处,加
压粘贴时因带子有拉力而产生预应力,这有助于避免钢筋产生临界位移。围好一个直径2m,高15m 的柱子将耗时3 到5 天,用掉约12 卷这种材料带。
    现在已有多达万个利用玻璃钢材料对建筑梁、柱、桥面板 /楼板、墙、拱、烟囱隧道等结构实施维修加固实例,尚无一例使用失败的报道,纽约一座交通繁忙的大桥因钢筋遭受严重腐蚀而成危桥,更替桥柱不仅费用昂贵,同时会造成交通中断,经用玻璃纤维树脂包覆加强,柱的刚性不变、强度、承载能力、耐久性能都有提高。亚特兰大一座30000m2 的楼房加固,仅用8 天时间和 2.3万美元,而传统方法需要16 天时间和 3万美元费用。这种复合材料树脂加固建筑的方法,在我国也应有巨大发展前景。玻璃钢研究人员应该和公路桥梁设计部门通力合作,尽快开发这一项目。