1、預應力混凝土空心板粘貼碳纖維加固技術(shù)研究
1.1 試驗材料
選用冷軋帶肋鋼筋預應力混凝土空心板，圖集號：L95G404,板號為YKBL33-22d，尺寸為3280mm×590mm×120mm，受力主筋為650級8φLL5冷軋帶肋鋼筋，混凝土強度等級C25。其中B1、B2為對比試驗板，未進行加固處理；B3～B6底部通長粘貼日本產(chǎn)FTS-C1-20碳纖維120㎜寬兩道。
試驗用FTS-C1-20碳纖維材料性能指標：厚度0.111㎜，單位面積重量200g/㎡，密度1.8 g/cm3,拉伸強度3550Mpa，拉伸模量235Gpa，粘貼碳纖維結(jié)構(gòu)膠選用日本產(chǎn)FR-E3P。
1.2 試驗方案
在預應力混凝土空心板跨中混凝土及碳纖維上粘貼電阻應變片，按《預制混凝土構(gòu)件質(zhì)量檢驗評定標準》（GBJ321-90）對預應力混凝土空心板進行結(jié)構(gòu)性能試驗。在1.0倍正常使用短期荷載檢驗值作用下持荷30min，其余每級荷載作用下持荷10min。持荷載結(jié)束時，使用靜態(tài)電阻應變采集儀跟蹤記錄混凝土及碳纖維在各級荷載作用下的應力應變情況，用百分表量測空心板在各級荷載作用下的撓度變化，用讀數(shù)顯微鏡觀測裂縫寬度并記錄裂縫開展情況，所有試驗均做到破壞為止。試驗結(jié)果見表1。
表1 空心板試驗結(jié)果
|
板號 |
開裂荷載/KN |
開裂彎矩/KN·m |
極限荷載/KN |
極限彎矩/KN·m |
Mu，t/Mu |
加固材料應變με |
破壞特征 | |
|
試驗值Mu，t |
計算值 Mu | |||||||
|
B1 |
11.2 |
5.92 |
24.8 |
11.33 |
10.37 |
1.09 |
- |
主筋拉斷 |
|
B2 |
11.2 |
5.92 |
25.8 |
11.73 |
10.37 |
1.13 |
- |
主筋拉斷 |
|
B3 |
24.6 |
11.25 |
47.0 |
20.15 |
17.15 |
1.17 |
11000 |
主筋、碳纖維均拉斷 |
|
B4 |
21.8 |
10.14 |
42.6 |
18.40 |
17.15 |
1.07 |
9876 |
主筋、碳纖維均拉斷 |
|
B5 |
21.8 |
10.14 |
45.8 |
19.68 |
17.15 |
1.15 |
12000 |
主筋、碳纖維均拉斷 |
|
B6 |
21.8 |
10.69 |
42.6 |
18.40 |
17.15 |
1.07 |
8884 |
主筋、碳纖維均拉斷 |
1.3 試驗分析
板底粘貼碳纖維加固正截面抗彎驗算，根據(jù)現(xiàn)行規(guī)范抗彎設(shè)計計算的基本原理，參照國內(nèi)外關(guān)碳纖維加固混凝土受彎構(gòu)件正截面抗彎設(shè)計的試驗研究成果，假定：⑴預制混凝土空心板受彎后，變形規(guī)律符合平截面；⑵忽略混凝土的抗拉強度；⑶在極限狀態(tài)下，碳纖維的應力達到抗拉設(shè)計強度。正截面內(nèi)力平衡方程：
ΣFx=0 Acf%26#402;cf+As%26#402;y=bx%26#402;cm （1）
ΣM=0 Mu=Acf%26#402;cf（h-x/2）+As%26#402;y（ho-x/2） （2）
1.4 試驗結(jié)論
⑴采取粘貼碳纖維加固預應力混凝土空心板，可以有效地提高預應力混凝土空心板的承載力。
⑵在同樣荷載作用下，粘貼碳纖維加固后可以有效減少預應力混凝土空心板的撓度。
⑶粘貼碳纖維加固后預應力混凝土空心板的開裂荷載增大。
⑷采取粘貼碳纖維加固預應力混凝土空心板，基本不影響構(gòu)件的截面高度及自重，對用戶空間的凈高度及建筑物的其他結(jié)構(gòu)沒有影響。
⑸試驗中碳纖維最大拉應變?yōu)?2000με，建議設(shè)計時碳纖維抗拉強度取2000Mpa。
2、工程實例
2.1 工程概況
某住宅樓采用冷軋帶肋鋼筋預應力混凝土空心板，圖集號L95G404，板號YKBL33-22d，尺寸為3280㎜×590㎜×120㎜，受力主筋為650級8φLL5冷軋帶肋鋼筋，混凝土強度等級C25，跨中彎矩設(shè)計值為5.79KN·m。居民入住后，陸續(xù)發(fā)現(xiàn)多處空心板跨中附近存在垂直受力主筋的裂縫，裂縫寬度在0.6～1.2㎜范圍，上下貫通，相鄰3塊空心板裂縫并排在一塊的有1處?！痘炷两Y(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范》（GBJ10-89）規(guī)定，冷拔低碳鋼絲或冷軋帶肋鋼筋預應力混凝土空心板在正常使用條件下不允許出現(xiàn)裂縫。裂縫的存在嚴重影響預應力混凝土空心板的整體性和承載力，埋下了結(jié)構(gòu)安全隱患，必須進行加固處理。
通過對現(xiàn)場裂縫情況分析，上述預應力混凝土空心板裂縫是因吊裝、運輸不當引起的，在施工安裝前即已出現(xiàn)。
2.2 加固方案確定及計算分析
按居民要求，對空心板加固后要保證房間恢復原狀，不影響原使用功能。時至冬季，處理速度要快，盡量不影響居民正常生活。為此，選擇灌漿封縫和粘貼碳纖維布的加固處理方案。通過灌漿封閉裂縫，堵塞有害介質(zhì)腐蝕鋼筋的通路，并將已開裂的混凝土粘結(jié)起來，使空心板成為一個整體，提高其耐久性，在板底粘貼碳纖維可減少空心板的變形，提高其承載力。
板底粘貼碳纖維加固正截面抗彎驗算，本工程計算不考慮原鋼筋作用?？紤]碳纖維布與混凝土粘貼破壞特性，碳纖維布設(shè)計抗拉強度%26#402;cf=2400Mpa。經(jīng)計算實配2條100㎜寬碳纖維，并在端部各橫貼1條100㎜寬碳纖維以加強端部錨固。
加固施工圖見圖1。
圖1 預應力混凝土空心板加固作法
1－空心板圓孔直徑76mm；2－粘貼100mm寬碳纖維布
2.3 施工工序
2.3.1 支撐卸荷
將空心板上下抹灰層剔除，露出空心板頂面和底面。在每塊空心板底設(shè)直徑或邊長為100㎜的原木或方木支撐2根，支撐上下設(shè)墊塊，用木楔打緊。
2.3.2 封縫灌漿
灌漿封縫工藝如下：⑴在裂縫處粘貼兩個灌漿嘴、出氣嘴；⑵裂縫外表封閉；⑶按比例配制好灌漿漿液，開始壓力灌漿；⑷待漿液固化后進行下道工序。
2.3.3 粘貼碳纖維
按所選定的碳纖維和粘結(jié)膠的品種、規(guī)格準備材料后，按下列工序進行：基面處理→涂刷底膠→粘貼面修補→粘貼碳纖維→養(yǎng)護→表面防護處理。
2.4 荷載試驗
加固施工后，選取有代表性的空心板做結(jié)構(gòu)性能試驗，以試驗結(jié)果評價加固技術(shù)的可靠性和加固效果。本工程選擇裂縫并排的3塊空心板做試驗。試驗時上下抹灰層已施工完畢，恒載全部作用到空心板上。按圖集L95G 404規(guī)定，YKBL33-22d空心板活荷載為2.0KN/㎡，試驗荷載加至活荷載的1.4倍，檢驗加固后的空心板在各級荷載作用下的變形及卸荷后變形恢復情況，驗證空心板裂縫的加固效果。
試驗過程采用分級加載，逐級觀察撓度變化情況和裂縫的開展情況。
整個加荷過程中，空心板的撓度變化很微小，正常使用短期荷載作用下3塊空心板的實測撓度分別為0.09㎜、0.07㎜和0.05㎜，加荷至1.4倍活荷載時，3塊空心板的最大實測撓度分別為0.11㎜、0.08㎜和0.06㎜，被灌漿封閉的裂縫未開裂。最后分3級卸荷，每級卸荷后持荷10min觀察撓度回彈情況。撓度的回彈量與卸荷量成正比，卸荷完成后觀察，外加荷載使空心板產(chǎn)生的撓度全部回彈。說明加固后的空心板在上述荷載作用下，外在彈性工作狀態(tài)，滿足正常使用要求。
3、結(jié)語
粘貼碳纖維加固預制混凝土空心板具有施工簡便，不需專門機械設(shè)備；施工周期短，不影響居民正常生活；重量輕，不增加結(jié)構(gòu)重量等優(yōu)點。將其結(jié)合灌漿封縫和剔槽埋筋作法，可提高被加固構(gòu)件的抗彎、抗剪性能，加強結(jié)構(gòu)整體性和耐久性，通過荷載試驗證明加固效果良好。
參考文獻
1 曲文俊等.碳纖維布加固混凝土梁抗彎強度計算及施工規(guī)程建議.建筑物鑒定與加固改造.汕頭：汕頭大學出版社，2000
