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Sika CarboDur 高效碳纤维加固系统

简介

此加固系统可用于钢筋混凝土、砌体、天然石灰,钢材和木材上。

系统组成

  • Sika CarboDur碳纤维板
  • Sikadur 30结构胶
  • Sika CarboDur预应力系统

应用

 

 

经EMPA大量测试研究,用碳纤维制成的抗腐蚀板进行钢筋混凝土结构、砌体结构、钢结构、铝材和木结构的外贴式加固是可行的。西卡在此基础上发展了只要将基层处理一下,无需其它工序的经济型的碳纤维板加固系统。

需要加固的原因

荷载增加

  • 动载增加
  • 交通荷载增加
  • 工业建筑中安装重型机械设备
  • 建筑物使用功能的改变

部份结构损坏

  • 建筑材料的老化
  • 钢筋锈蚀
  • 车辆冲撞
  • 火灾
  • 地震

使用要求提高

  • 变形量减小
  • 钢筋内应力降低
  • 裂缝宽度缩小

结构体系的改变

  • 去掉了墙或栏
  • 楼板开孔

结构规范要求的改变

  • 抗震等级
  • 因设计规范改变而作调整

设计或施工的失误

  • 配筋不足
  • 构件厚度不足

优点

  • 自重轻
  • 可任意长度、免搭接
  • 厚度小
  • 运输方便(卷型)
  • 材料交叉施工简单
  • 施工费用低、无需起重安装设备
  • 强度极高
  • 有不同弹性模量的材料可以选择
  • 杰出的抗疲劳性能
  • 高抗碱性
  • 不会腐蚀
  • 边缘整齐没有外露的纤维丝
  • 在很多国家的常规建筑上都允许使用

测试报告/许可

  • 用Sika CarboDur 加固的砼梁的静载测试(EMPA报告号:154490/1,1994)
  • 红外线成像仪对Sika滚压施工法进行空鼓分析(EMPA报告号:154490。1994)
  • 用Sika CarboDur 加固的砼梁的火灾实验(EMPA报告号:148795,1994)
  • 在动荷载状况下进行Sika CarboDur的粘贴施工,(EMPA报告号:170 569e 1999)
  • Sika CarboDur的疲劳破坏测试,(EMPA报告号:402017E/2,1999)
  • Sika CarboDur预应力碳纤维板加固测试,(EMPA报告号:172475/2,1998)。
  • 混凝土梁外贴Sika CarboDur碳纤维板加固的分析方法和设计建议(美国材料协会,SSRP报告,2000)
  • Sika CarboDur碳纤维板对混凝土梁的预应力加固(VTVV,报告号:R-9-00,2000)
  • 允许使用Sika CarboDur的结构德国建筑技术协会Z-36,12-29,1997)
  • Sika CarboDur碳纤维板和Sikawarp碳纤维布的实验(法文)

学术论文

  • BanzlgegH Stelgegw;1989年)《用于承受荷载的节点处的环氧粘结剂》,1989年8月瑞士Baublat No.64.
  • Deaglgg M.,1993年德国《用预应力复合碳纤维材料进行结构加固》,联邦材料测试中心,EMPA报告编号:1993年 224号
  • Deaglgg M.,1994年《碳纤维板在建筑工业中加固混凝土结构的运用》,瑞士建筑工程第26号:1994年6月23日.
  • Deaglgg M.,1994年《碳纤维板在建筑工业中加固混凝土结构的运用》,瑞士建筑工程第26号,19994年6月23日
  • Meleg,J 1994(德国)《用碳纤维复合材料进行结构加固》,VDI报告编号:1080,1994,第587-594页)
  • SIKA联邦材料测试中心(德国)《用碳纤维板进行结构加固档案号》,D0182,21.9.95
  • SIKA公司1997年《用碳纤维片材进行结构加固》,Sika CacooD大会1997年11月
  • Kropf W.,Mele,H.,1999年(德国)《用碳纤维板加固大结构建筑》Weinfelden 1999年11月
  • Andra H,-P.,1999年(德国)《在桥梁结构上的碳纤维预应力加固》,Bavariag道路结构管理部门,Kalmoaog,1995年9月
  • Seim W., KarbhanV.,SeibleF.,1999年(德国)《用外贴碳纤维加固混凝土楼板》Betoo-und Stahicetonbau 94(1999),NO,11
  • MeierH,2000(德国)《复合碳纤维材料加固结构:特别应用案例,用于改变用途和新建工程结构的复合碳纤维材料》TFB Wildegg, 2003年3月

可用的材料

Sika CarboDur XS 抗拉弹性模量 165000 N/mm2

类型

宽度(mm) 厚度(mm) 截面面积(mm2

Sika CarboDur XS 514

50 1.4 70

Sika CarboDur XS 1014

100 1.4 140

Sika CarboDur XS 1214

120 1.4 168
Sika CarboDur XS 1514 150 1.4 210


Sika CarboDur S 抗拉弹性模量 165000 N/mm2
类型 宽度(mm) 厚度(mm) 截面面积(mm2
Sika CarboDur S 512 50 1.2 60

Sika CarboDur S 612

60 1.2 72
Sika CarboDur S 812 80 1.2 96
Sika CarboDur S 1012 100 1.2 120
Sika CarboDur S 1212 120 1.2 144
Sika CarboDur S 1512 150 1.2 180
Sika CarboDur S 614 60 1.4

84

Sika CarboDur S 914

90 1.4 126

Sika CarboDur S 1014

100 1.4 140
Sika CarboDur XS 1214 120

1.4

168
Sika CarboDur M(相当于钢材) 抗拉弹性模量 210000 N/mm2
类型 宽度(mm) 厚度(mm) 截面面积(mm2
Sika CarboDur M 514 50 1.4 70

Sika CarboDur M 614

60 1.4 84

Sika CarboDur M 914

90 1.4 126

Sika CarboDur M1014

100 1.4 140

Sika CarboDur M 1214

120 1.4 168

Sika CarboDur UH


抗拉弹性模量 400000 N/mm2

类型

宽度(mm) 厚度(mm) 截面面积(mm2

Sika CarboDur XS 514UH

50 1.4 70

包装

Sika CarboDur碳纤维板:

  • 包装上有碳纤维板宽度尺寸的说明
  • 每包为20m长

Sikadur -30结构粘接剂

  • 每套(A组份+B组份):5kg
  • 每托架400kg(80×5kg)

其它包装:A组份30kg桶装,B组份10kg桶装

每托架560kg(14×30kgA组份和14×10kg B组份)

丙酮清洁剂:

1-5kg桶装,20 kg -160kg圆桶装

Sika CarboDur

Sika CarboDur施工专用橡皮滚筒

  • 另行购买

西卡搅拌棒

  • 另行购买

技术参数

Sika CarboDur

碳纤维板

有效期

无限(避免阳光直射)

材质

碳纤维增强聚合物(环氧基材)

颜色

黑色

碳纤维含量

70%

 

Sika CarboDurXS Sika CarboDurS SikaCarboDurM Sika CarboDur HU

弹性模量(均值)

165000 N/mm2 165000 N/mm2 210000 N/mm2 400000 N/mm2

弹性模量最小值

>160000 N/mm2 >160000 N/mm2 >200000 N/mm2 >390000 N/mm2

抗拉强度最小值

>2200 N/mm2 >2800 N/mm2 >2800 N/mm2 >1800 N/mm2

极限抗拉强度(均值)

2400 N/mm2

3100 N/mm2

3100 N/mm2 1900 N/mm2

极限应变最小值

>1.35% >1.70%

>1.35%

>0.45%

沿碳纤维纵向的机械性能

Sika dur 30结构粘结剂

外观

A组份:白色浆体

B组份:黑色浆体

A组份+B组份:混合后是浅灰色的

混合比

A组份:B组份=3:1(重量比),用磅称能确保准确的混合比

粘稠度

A+B组份混合:糊状浆体

保质期

在5℃~25℃存贮条件下,原厂包装24个月

施工温度

基面温度和环境温度在10℃~35℃

施胶时间(F.I.P*)

120分钟(-10℃),40分钟(+35℃)

粘胶时间(F.I.P*)

30分钟(+35℃)

抗压强度

抗压强度的发展(图表)


收缩率

0.04%

玻化温度(F.I.P*)

+62℃

抗热变性

(ASTM D648)

固化时间 热变形温度

7天 +10℃ +36℃

7天 +35℃ +53℃

6小时 +60℃ +53℃

3小时 +80℃ +53℃

弹性模量(F.I.P*)

12800 N/mm2

粘结强度

湿状态(F.I.P*)

混凝土破坏 (~4N/mm2

抗剪强度(F.I.P*)

混凝土破坏 (~15N/mm2

热膨胀系数(按西卡标准)

9*10-6/℃(-10℃~+40℃)


注:

F.I.P*为国际预应力协会

所给数值可能随搅拌后的混合物的密度和含气量不同产生变化

预应力碳纤维板系统

用途

  • 桥梁纵向和横向的结构加固
  • 砖墙和混凝土墙体的抗震加固
  • 工业、商业建筑物和大跨度结构的加固
  • 所有气候条件下的加固
  • 提高体外预应力结构的耐久性

优点

  • 应用在既有结构上,预应力施工简单
  • 自重轻,施工容易
  • 初始应变较高,预应力损失小
  • 截面小,不增大结构体积
  • 具有与预应力钢索同级的预应力
  • 无应力腐蚀开裂风险
  • 可用作无腐蚀预应力筋
  • 充分利用Sika CarboDur碳纤维板的高机械强度
  • 与非预应力相比,能节省30%-50%的材料用量
  • 在加固钢筋混凝土结构时,能得到最优性价比
  • 提高结构使用年限,通过缩小裂缝宽度,降低受拉钢筋的应变和提高腐蚀性能
  • 预应力加固也适用于恒载突然增加的状况
  • 减少既有结构中钢筋的拉伸应变
  • 在基面温度较低和环境温度较高的情况下,无需加热,即可进行结构加固施工
  • 板厚最大达到2.4mm
  • 较短的板端锚固区域

系统构成

Sika LCB

Sika-StrasssHead

Sika碳纤维板型号

V914

V624

横截面面积

126mm2

144mm2

施加的预应力

200KN

220KN

预加拉应力

9.5%

9.5%

张拉锚具

Leoba LCB

SressHead 220

设计要点

一般概述

Sika CarboDur碳纤维板无残余变形。

因此当碳板在钢筋屈服后混凝土破坏前发生破坏时,加固部份就达到最大抗弯强度。破坏的形态与碳板的截面厚度有关。为了限制裂缝宽度和和变形,在使用状况下,钢筋不应达到屈服点。必须避免由于加固面的位移或碳纤维层面剥离而产生剪切裂缝。可以用常用方法计算应力和变形,并应按SIKA 160(1989年)和162(1989年)的标准加以硬认。

评估结构状况的过程

尺寸因素(几何、钢筋面积、布筋情况,要加固施工面的平整度),原有建筑材料的质量。环境气候状况,使用情况,结构原设计使用条件。

验证

荷载安全性

  • 未经加固的结构(允许降低总安全系数>1.0)
  • 加固过的结构(若有上述破坏方式的产生,检查应变)
  • 碳纤维板的剪力
  • 锚固

抗疲劳性能

  • 检核混凝土和钢筋中的应力

结构的使用性能

  • 考虑平均应变值(假定结构弹性阶段和混凝土应变会随时间变化)
  • 钢筋中应力(在使用条件下无塑性变形)
  • 裂缝宽度(在使用条件下,钢筋中应力受限制)

施工

重点

  • 处理过的基面与结构胶的粘接拉伸强度平均为2.0N/mm2,最小达到1.5N/mm2
  • Sika CarboDur系统必须 避免长期阳光直射。
  • 粘接剂的最高允许使用温度是+50℃,在使用Sika CarboDur Heating设备时和用Sikadur30LP型粘接剂时,其长期使用温度可达到+70℃
  • 基面最大含水率为4%,最低施工温度是+10℃
  • 在施工过程中,周围环境和基面温度不得低于露点温度以上+3℃
  • 施工Sikadur30粘接剂必须符合技术指导上的说明

基层(要求)

钢筋混凝土结构:

干净、无油脂、疏松剥离的混凝土,干燥

处理方法:喷砂或打磨

木结构或砖石结构:

干净、无油、表面无疏松

处理方法:喷砂、创平或打磨

钢结构:

干净、无油脂和锈蚀

处理方法:喷砂或打磨,用Icosit-277 或 Sikagard-63N做界面剂

处理完后,用工业吸尘器吸去表面所有的粉尘。

表面在施胶前必须磨平整,凸起部份和模板印不得超过0.5mm。

基面的平整度必须用金属板检核,最大高差为2m长度内10mm。

Sikadur 30的

拌合

  • 预定剂量的包装!

将组份B加入组份A,为避免空气进入,用低速电钻(最大500 rpm转/分)搅拌。搅拌3分钟以上达到外观颜色一致。然后将整个混合物倒入干净的容器里,再次低速搅拌至少一分钟,搅拌过程中尽量减少空气的进入。

  • 散装,非预计剂量!

在容器内搅拌材料。

称取正确的比例的A.B组份,先将材料在容器内拌匀,再采用上述预定剂量包装相同的搅拌方法用低速电钻正确搅拌。

结构胶的施胶时间在树脂和固化剂混合后,就开始了。在高温时施胶时间短些,在低温时施工时间会延长些。一次拌合量越大,施胶时间越短。为了在高温情况下得到较长的工作时间,拌合结构胶可以分成几份搅拌。另一种方法是在搅拌之前,在低温下保存A、B组份。

Sika CarboDur

碳纤维板的施工应用

如果是在混凝土表面有大的砂眼或蜂窝磨面,必须首先用修补砂浆修补。Sikadur-30型粘结剂必须被用作确保混凝土基面(与碳纤维板)良好粘结的粘结层,修补砂浆用Sikadur 41 或Sikadur 30。如果采用Sikadur-30,则加入大约1:1的重量比的Sikadur-501石英砂配置而成。

将碳纤维板放置在桌上,用白布蘸丙醇清洁剂擦拭板的空白面。将Sikadur-30以T型涂覆在碳板上。用抹刀将Sikadur-30均匀的在已做过处理的无尘的基面上涂很薄的一层。

在粘结剂的粘贴时间内,将Sika CarboDur碳纤维板按在准备好的基面上。用西卡橡皮滚筒压至粘结剂从板的两边挤出来,去除多余的粘结剂。

在现场应该做样板来检测粘结剂的固化速率和最终强度。检测固化后的抗拉和抗弯强度。

标准平均值:在+23℃时,固化期7天

抗压强度>75Mpa

抗弯强度>35Mpa

假设碳板需要交叉施工,则在第一层施工完毕的碳纤维板上用丙醇清洁剂去油,如果要多层粘贴,则必须用丙醇清洁剂擦拭碳板的两面(都要接触粘结剂),在这种情况下,建议用Sikadur-330作为粘结剂。

如果需要,Sika CarboDur碳纤维板必须有防火材料保护。

当Sikadur-30粘结剂固化后,必须用轻轻敲击的方法和红外探测仪对碳纤维板进行空鼓试验。

暴露位置的碳纤维板可用类似Sikagard-550W Elastlc Sikagard-ElastoColor CW的保护涂料涂覆。

粘结剂用量

 

碳纤维板宽度

Sikadur-30用量

50mm

0.35kg/m

60mm

0.40kg/m

80mm

0.55kg/m

90mm

0.70kg/m

100mm

0.80kg/m

120mm

1.0kg/m

150mm

1.2kg/m

由于基面的平整度和碳纤维板的横截面状况,粘结剂实际用量可能较高。

清洁

用丙醇清洁剂用好的施工工具,用温水肥皂彻底冲洗手和皮肤。固化后的材料只能用机械铲除。

对于Sika CarboDur碳纤维板的一些建议

切割

优先采用金刚石切割机切割要求的长度。

保护措施

切割时戴好防细微纤维的护目镜,面具和手套。

Sikadur-30安全指导

安全性提示

本产品可引起皮肤过敏(表皮刺激)!

工作开始前先在手上和其它皮肤暴露部位涂覆防护霜,穿防护服(手套和护目镜)。如眼镜或粘膜接触本产品,请立即用洁净温水冲洗,并迅速求医。

生态环境影响

未固化组份对水有污染,因此不应随意倒入下水道,水源或土壤地面,丙醇和Sikadur-30的残余特应根据当地相关法规处理。

毒性

A组份:参见包装上的相关说明

B组份:无毒

运输要求

A组份:非危险品

B组份:包装在500kg内,8/65c。

具体细节请参阅材料安全说明书。