賀瑩
(安徽多維施工圖審查有限責(zé)任公司,安徽合肥 230001)
構(gòu)件表面處理是纖維復(fù)合材料加固建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)的前期環(huán)節(jié),主要需注意以下兩點:①在構(gòu)件表面處理過程中應(yīng)把握好溫度和濕度因素,盡量將溫度控制在6~35℃范圍內(nèi),構(gòu)件外表層的相對濕度約為85%,且其中含水量須≤4%。②在實際加固施工過程中,加固區(qū)域出現(xiàn)裂縫問題,則應(yīng)立即暫停施工,先對裂縫進行有效修補后再繼續(xù)加固[2]。
在建筑結(jié)構(gòu)的待加固構(gòu)件上粘貼完纖維復(fù)合材料后,需再涂刷底膠。在底膠涂刷過程中主要需注意以下兩點:①涂刷底膠需使用專門的涂刷工具如滾筒等,以保證涂刷均勻。②涂刷底膠時需對待加固構(gòu)件表面進行細(xì)致的涂刷,涂刷邊界不能小于纖維復(fù)合材料的邊界。
待底膠干燥后,應(yīng)仔細(xì)檢查其表面情況,一旦發(fā)現(xiàn)了有凹凸、缺損等問題而又無法通過砂紙來有效磨平時,應(yīng)及時采用找平膠進行處理。在找平膠材料的選擇中,需注意選擇與底膠相同的材料進行調(diào)制[3]。
內(nèi)嵌FRP筋加固法具有施工方便、維修費用低、可以有效避免加固材料磨損和撞擊等優(yōu)點,現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于結(jié)構(gòu)加固改造工程中。加固構(gòu)件和結(jié)構(gòu)在服役期間同樣會遭受潮濕、凍融循環(huán)、腐蝕介質(zhì)侵蝕等惡劣環(huán)境,出現(xiàn)FRP筋劣化、FRP筋與混凝土界面黏結(jié)強度下降等問題。由于FRP筋與黏結(jié)材料界面和黏結(jié)材料與混凝土界面既是傳遞應(yīng)力的關(guān)鍵部位,又是加固構(gòu)件的薄弱環(huán)節(jié),因此開展惡劣環(huán)境下內(nèi)嵌FRP筋加固混凝土界面黏結(jié)性能的研究尤為重要[4]。目前,國內(nèi)外對內(nèi)嵌FRP筋加固混凝土界面黏結(jié)破壞模式、黏結(jié)應(yīng)力-滑移本構(gòu)關(guān)系、FRP筋的受拉承載力以及不同影響因素對界面黏結(jié)性能的影響進行了大量的研究,取得了豐富的研究成果。
在應(yīng)用纖維復(fù)合材料加固建筑結(jié)構(gòu)技術(shù)對建筑結(jié)構(gòu)加固完畢后,還需做好后期的養(yǎng)護工作,在養(yǎng)護過程中需注意以下3點。
(1)養(yǎng)護期間避免受外界干擾和外力沖擊。
(2)養(yǎng)護時間應(yīng)≥1d。
為了盡量避免頻譜分配過程中使用過強的假設(shè)條件,本文基于物理干擾模型,將傳輸功率離散化為若干等級,從彈性用戶收益角度設(shè)計目標(biāo)函數(shù),提出一種僅需與同信道相鄰用戶進行信息交互的博弈模型,并從理論上證明其為嚴(yán)格潛在博弈,分析了納什均衡解的存在及有效性.同時,為了進一步降低了問題求解的復(fù)雜度,引入隨機學(xué)習(xí)理論,提出基于隨機學(xué)習(xí)博弈的信道分配與功率控制算法,給出了該博弈收斂到純策略納什均衡的形式化證明.最后通過一系列仿真實驗驗證了所提算法的有效性.
(3)養(yǎng)護期間做好防護措施,避免受雨水及其他物質(zhì)污染。
對施工作業(yè)人員進行技術(shù)和安全交底,使其掌握膠黏劑調(diào)配和纖維布粘貼工藝的操作要點,特殊作業(yè)人員需要持證上崗。同時,準(zhǔn)備馬凳、鋼絲刷、腳手架、空壓機等后續(xù)可能需要加固補強的機具。在加固施工前,保證粘貼碳纖維布的構(gòu)件上面沒有堆載現(xiàn)象,避免其處于受載狀態(tài),影響后續(xù)加固效果[5]。另外,施工前應(yīng)按設(shè)計要求對需要加固構(gòu)件的碳纖維布位置進行放線定位,保證施工精度。
(1)采用角磨機打磨處理構(gòu)件混凝土表面的抹灰層,直至露出混凝土密實結(jié)構(gòu)。檢查構(gòu)件是否有露筋現(xiàn)象,露筋時采用必要措施進行除銹。對構(gòu)件存在凸出及缺損部分進行剔鑿或填補,保證基層平整。構(gòu)件表面棱角打磨成內(nèi)徑不小于20mm的棱角。
(2)對構(gòu)件表面的裂縫進行處理。裂縫寬度大于等于0.2mm時,采用環(huán)氧樹脂膠以一定的壓力進行灌縫處理;裂縫寬度小于0.2mm時,采用結(jié)構(gòu)修補膠進行表面封閉處理。
(3)用吹風(fēng)機或棉絲等除去混凝土上的粉末和灰塵。清洗打磨過的構(gòu)件表面,并使其充分干燥。
底膠的涂刷有利于提高構(gòu)件混凝土基層的強度,并更好地與碳纖維材料結(jié)合為整體。涂刷底膠前保證施工環(huán)境處于適宜的溫濕度范圍且基層干燥、無積水。底膠按產(chǎn)品說明書要求進行配制,一次性不得配制過多,以一次施工完成為準(zhǔn),多余的底膠不得在超過規(guī)定時間后繼續(xù)使用。
采用滾筒或刷子將底膠均勻涂刷于混凝土表面上,陰陽角或拐彎處適當(dāng)涂厚點。底膠自然風(fēng)干后,應(yīng)將凸出于基層表面的部分用砂紙磨平,磨平后露出混凝土實體時應(yīng)再次用底膠涂刷,直至基層平整且底膠均勻涂抹。
涂刷底膠后,為防止后續(xù)施工時基層粘貼面和纖維布之間起鼓膨脹,應(yīng)采取措施對階差、針孔、凹凸處等進行處理,保證粘貼面平整。對于凹陷部分,應(yīng)采用高強度修補料進行修補,確?;鶎悠秸?,保證粘貼效果。修補料加固后強度達(dá)一定程度時方能進行下一道工序。
在碳纖維布粘貼完成后,應(yīng)在其表面上再涂刷一層面膠。涂刷面膠時應(yīng)沿著碳纖維的方向均勻涂刷,保證面膠充分浸濕纖維布。纖維布施工時一般以一層一天為進度,每天工作結(jié)束后均應(yīng)保證及時地進行面膠涂刷,不得拖延至第二天。面膠涂刷后待其自然風(fēng)干,風(fēng)干后檢查其表面有無纖維布剝落、浮起、褶皺等不良現(xiàn)象,有則及時進行刮平、擠泡等修正處理。
碳纖維布粘貼施工時不得同時進行會產(chǎn)生灰塵的相關(guān)作業(yè),且需要待其自然養(yǎng)護至具備初步強度,在這之前(一般為24~48h),不得使粘貼纖維布的構(gòu)件受力或其他擾動。養(yǎng)護期間應(yīng)保持一定的溫度,一般為20~30℃。溫度較低時應(yīng)適當(dāng)延長養(yǎng)護時間。碳纖維布養(yǎng)護完成后,可采用邵氏硬度計檢測其膠層厚度,并采用粘結(jié)強度檢測儀檢測其粘結(jié)強度,保證其達(dá)到相應(yīng)的加固效果。在纖維布面膠干燥后,需按照設(shè)計要求對碳纖維表面采取防護措施[6]。在構(gòu)件有防火要求時,可進一步采取防火涂料或水泥等進行涂裝處理。防護涂裝前,應(yīng)確保碳纖維粘貼質(zhì)量通過驗收。
由于建筑結(jié)構(gòu)的設(shè)計過程較為復(fù)雜,設(shè)計人員在進行設(shè)計時,要將化學(xué)纖維聚合物材料應(yīng)用于土木工程結(jié)構(gòu)加固時,首先是規(guī)劃土木工程項目的總體加固策略,然后再確定具體的加固技術(shù)方案。碳纖維材料塑料板在鋼筋混凝土彎曲預(yù)制構(gòu)件的抗彎結(jié)構(gòu)加固,抗剪結(jié)構(gòu)加固和柱抗震等級結(jié)構(gòu)加固應(yīng)用較多。在加強彎曲結(jié)構(gòu)時,碳纖維塑料片的化學(xué)纖維取向應(yīng)與拉伸區(qū)的拉伸應(yīng)力取向一致。當(dāng)增強剪切結(jié)構(gòu)時,應(yīng)將碳纖維塑料板的化學(xué)纖維取向作為混凝土中的主要張力。應(yīng)力方向是相同的,但是為了使施工更加方便,可以使用化纖方向和預(yù)制構(gòu)件的縱向坐標(biāo)進行結(jié)構(gòu)加固。加強抗震等級結(jié)構(gòu)時,應(yīng)將碳纖維布封閉地纏繞在圓柱上。另外,碳纖維材料塑料片還可以沿著預(yù)制構(gòu)件的徑向方向粘貼,可沿著腋下角度粘貼,可在樞轉(zhuǎn)力下對預(yù)制構(gòu)件進行結(jié)構(gòu)加固。當(dāng)在彎曲下加固結(jié)構(gòu)時,也可以向碳纖維塑料板中添加預(yù)應(yīng)力鋼的方法來增強結(jié)構(gòu)加固的實際效果。碳纖維塑料板還可以用于框架柱和特殊結(jié)構(gòu),例如殼體,筒倉和煙囪。
碳纖維材料高分子材料目前在國內(nèi)建筑行業(yè)應(yīng)用尚不十分廣泛,目前主要應(yīng)用于一些專業(yè)性較高的建筑結(jié)構(gòu)中。主要原因在于許多碳纖維材料產(chǎn)品仍然必須從國外購買,這不僅增加了建造成本,而且限制了新材料和新技術(shù)的應(yīng)用。同時,我國現(xiàn)階段依然使用的是國外的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范,現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)加固和修復(fù)技術(shù)方法已越來越不適用。迫切需要制定適合于我國國情的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和建筑加固施工作業(yè)規(guī)程,以改善碳纖維材料和高分子材料的建筑應(yīng)用技術(shù)[7]。因此,加強對纖維復(fù)合材料的研發(fā)力度,提升產(chǎn)品質(zhì)量,并制定適合的材料生產(chǎn)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和建筑加固施工作業(yè)規(guī)程,是現(xiàn)階段的重點問題。
FRP聚合物材料,尤其是CFRP聚合物材料已經(jīng)取得了很好的進展,在基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)工程加固技術(shù)應(yīng)用也較為廣泛,但是仍然有很多課題有待解決,主要包括兩個方面:一是在預(yù)應(yīng)力加固補增技術(shù)研究;另一個是界面受力性能研究。為了使用該類復(fù)合材料在建筑結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域發(fā)揮更大價值,還需要進一步深入研發(fā)。
(1)原材料檢驗。施工前對原材料進行質(zhì)量把控,在監(jiān)理和試驗員共同見證下,隨機抽取碳纖維布(一般為5m)和配套的粘結(jié)膠樣品(一般為1kg)并送至第三方檢驗機構(gòu)進行檢測,檢測項目主要包括抗拉強度、彈性模量和伸長率等,確認(rèn)其符合設(shè)計要求后方可入場使用,從源頭確保工程的施工質(zhì)量。
(2)施工過程控制。編制碳纖維布的專項施工方案,并通過監(jiān)理單位審批,施工前務(wù)必落實技術(shù)交底,保證工人的操作水平。在大面積施工之前,應(yīng)采取“樣板先行”制度,通過樣板工程進行工藝參數(shù)和方法的驗證和優(yōu)化,從而保證后期大面施工時的一次成活率,避免返工帶來的工期延誤和成本增加。
(3)碳纖維布的空鼓處理。在碳纖維施工過程中,空鼓是較為常見的一種不良現(xiàn)象。此時應(yīng)及時進行技術(shù)處理,避免粘貼質(zhì)量不達(dá)標(biāo)影響加固效果。對于空鼓問題,當(dāng)其面積不大(小于10000mm2)時,可采用注膠法進行補充注射;而當(dāng)空鼓面積較大時(大于等于10000mm2)時,則需要將此處空鼓位置剪切割除,再重新粘貼碳纖維布。在重新粘貼時,其沿纖維方向(順紋)的每端搭接量不得少于200mm,如果補充粘貼層數(shù)超過三層,則相應(yīng)的搭接量應(yīng)不少于300mm。
碳纖維布施工完成后,應(yīng)按一定的標(biāo)準(zhǔn)對其施工質(zhì)量進行檢驗,具體檢驗標(biāo)準(zhǔn)如下。
(1)粘結(jié)膠與碳纖維充分浸潤,膠水深入碳纖維布的每一個細(xì)小結(jié)構(gòu)之中,將纖維絲粘合在一起,達(dá)到共同承載外力的目的。
(2)碳纖維布與構(gòu)件的混凝土基層粘結(jié)牢固,粘結(jié)強度達(dá)到預(yù)期要求。
(3)碳纖維布外觀上沒有偏移、起鼓、褶皺、松脫等不良現(xiàn)象,搭接處的長度符合設(shè)計要求。
(4)加固位置處的碳纖維布施工方向、位置、層數(shù)及尺寸等與設(shè)計方案要求的一致。
綜上所述,由于纖維復(fù)合材料的諸多優(yōu)勢,使得它在建筑結(jié)構(gòu)加固領(lǐng)域中展現(xiàn)出了十分重要的應(yīng)用價值與非常廣闊的發(fā)展前景。但現(xiàn)階段還有許多制約其發(fā)展的因素存在,需要在未來一段時間,加強對纖維復(fù)合材料及其應(yīng)用的研究。CFRP板與混凝土之間的粘結(jié)應(yīng)力不是通過試驗直接得到的,而是通過CFRP板變形分析間接得到的。加載開始時,CFRP板僅在加載點附近區(qū)域生成變形,自由點附近的變形為零,此時變形傳輸區(qū)域較小。載荷增加時,載荷端的變形會增加,并傳遞到自由端。在載荷開始時,粘結(jié)應(yīng)力從載荷端分布在不超過60mm的范圍內(nèi),從自由端逐漸減小到零。隨著負(fù)載的增加,負(fù)載末端的貼合約束也會相應(yīng)增加,并且貼合約束開始轉(zhuǎn)移至自由末端。接近極限載荷時,粘結(jié)點會傳遞到自由端附近,試驗將發(fā)生挖方斷裂。使纖維復(fù)合材料加固技術(shù)的應(yīng)用更加廣泛深入,在建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性及安全性建設(shè)中充分發(fā)揮其應(yīng)用價值。