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《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》(CECS146︰2003)
 
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文章来源:加固改造网   添加人:admin   添加时间:2013-12-18 9:51:53

中国工程建设标准化协会标准

碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程

Technical specification for strengthening concrete structures with carbon fiber reinforcea polymer laninate

CECS 146:2003


主 编 单 位:国家工业建筑诊断与改造工程技术研究中心
副主编单位:四 川 省 建 筑 科 学 研 究 院
批 准 单 位:中 国 工 程 建 设 标 准 化 协 会
施 行 日 期:2 0 0 3 年 5 月 1 日

 

前 言

根据中国工程建设标准化协会(98)建标协字第13号文的要求,由国家工业建筑诊断与改造工程技术研究中心(冶金工业部建筑研究总院)和四川省建筑科学研究院会同有关单位共同编制了本规程。
本规程包括总则、术语及符号、材料、加固设计计算方法和构造要求、施工、检验与验收以及附录等内容。本本是在总结近年来国内各高校和科研单位的研究成果以及各设计、施工施工单位采用炭纤维片材进行结构加固的实践经验,参考国外大量相关资料,并进行了大量试算和调研的基础上研制的。

根据国家计委计标[1986]649号文《关于请中国工程建设标准化委员会负责组织推荐性工程建设标准试点工作的通知》要求,现批准协会标准《碳纤维片材加固溡结构技术规程》,编号为CECS146︰2003,推荐给工程设计、施工、使用单位采用。本规程由中车工程建设标准化协会建筑物鉴定与加固委员会归口管理,由国家工业建筑诊断与改造工程技术研究中心(北京市海淀区西土城路33号中冶集团建筑研究总院内,邮编:100088)负责解释。在使用中如发现需要修改或补充之处,请将意见和资料径寄解释单位。

主编单位:国家工业建筑诊断与改造工程技术研究中心

副主编单位:四川省建筑科学研究院

参编单位:清华大学、中国电子工程设计院、中国建筑科学研究院、同济大学、武汉钢铁(集团)公司、西安建筑科技大学、武汉大学、东南大学、江苏省建筑科学研究院、上海加固建筑材料有限公司

主要起草人:岳清瑞 叶列平 罗苓隆 陈小兵 李 荣 娄 宇 胡孔国 陈 瑜 颜子涵 陈义军 张 誉 张小冬 马永欣 高作平张继文 张 轲 毛星明 沈 琨 顾瑞南 杨勇新 涂庆胜

中国工程建设标准化协会
2003年3月31日

1 总 则

1.0.1 为使采用碳纤维片材加固修复混凝土结构技术做到技术先进、安全适用、经济合理、确保质量,制定本规程。

1.0.2 本规程适用于房屋和一般构筑物的混凝土结构加固修复设计、施工和验收;铁路工程、公路工程、港口工程和水利水电等工程混凝土结构的加固修复及砌体结构、木结构加固修复中的共性技术问题,可参照本规程的有关规定执行。

1.0.3 采用粘贴碳纤维片材加固修复混凝土结构的设计、施工及验收,除应符合本规程的规定外,尚应遵守国家现行有关标准和规范的规定。

1.0.4 采用粘贴碳纤维片材加固修复的混凝土结构,长期使用环境温度不应高于60℃。对处于特殊环境(腐蚀、放射、高温等)下的混凝土结构采用碳纤维片材进行加固修复时,还应遵守相应的国家现行有关标准和规范的规定,并应采取相应的防护措施。

1.0.5 采用碳纤维片材加固修复混凝土结构前,应按照国家现行有关标准和规范对原有结构进行检测鉴定或评估。

1.0.6 采用粘贴碳纤维片材加固修复混凝土结构时,应由对该加固修复方法有经验的设计人员进行设计,并应由专业施工队伍进行施工。

2 术语、符号

2.1 术 语


2.1.1 碳纤维片材 Carbon Fiber Reinforced Polymer Laminate
碳纤维布和碳纤维板的总称。

2.1.2 碳纤维布 Carbon Fiber Sheet
碳纤维布为连续碳纤维单向或多向排列、未经树脂浸渍的布状碳纤维制品。

2.1.3 碳纤维板 Carbon Fiber Plate
碳纤维板为连续碳纤维单向或多向排列、并经树脂浸溃固化的板状碳纤维制品。

2.1.4 底层树脂 Primer
用于基底处理的树脂。

2.1.5 找平材料 Putty Fillers
用于对加固构件表面进行找干处理的材料。

2.1.6 漫溃树脂 Saturating Resin
用于粘贴井浸透碳纤维布的树脂。

2.1.7 粘结树脂 Adhesives
用于粘贴碳纤维板的树脂。

 

3 材 料 

3.1 材料种类及一般要求

3.1.1 采用粘贴碳纤维片材对混凝土结构进行加固修复时,应使用碳纤维片材、配套树脂类粘结材料及表面防护材料. 

3.1.2 加固修复用材料应具有产品合格证和质检部门的产品性能检测报告:碳纤维片材及配套树脂类粘结材料应具有符合本规程第3.3节规定的物理力学性能指标:配套树脂类粘结材料还应提供耐久性能指标及施工和使用环境要求。 

3.1.3 混凝土、钢筋及其它材料的有关设计指标应按国家现行有关标准和规范采用。 

3.1.4 本规程所列碳纤维片材的性能指标是对单向碳纤维片材的要求,双向或多向碳纤维片材的指标要求可以参照执行。

4 设 计 规 定 

4.1 一 般 规 定

4.1.1 采用粘贴碳纤维片材加固混凝土结构时,应通过配套粘结材料将碳纤维片材粘贴于构件表面,使碳纤维片材承受拉力,并与混凝土变形协调,共同受力。 

4.1.2 碳纤维片材可采用下列方式对混凝土结构构件进行加固: 

1 在梁、板构件的受拉区粘贴碳纤维片材进行受弯加固,纤维方向与加固处的受拉方向一致。 
2 采用封闭式粘贴、U形粘贴或侧面粘贴对梁、柱构件进行受剪加固,纤维方向宜与构件轴向垂直。 
3 采用封闭式粘贴对柱进行抗震加固,纤维方向与柱轴向垂直。 
4 当有可靠依据时,碳纤维片材也可用于其它形式和其它受力状况的混凝土结构构件的加固。 

4.1.3 采用粘贴碳纤维片材加固混凝土结构时,应按国家现行有关标准采用以概率理论为基础的极限状态设计法进行承载能力极限状态计算和正常使用极限状态验算。 
钢筋和混凝土材料宜根据检测得到的实际强度,按国家现行有关标准确定其相应的材料强度设计指标。 
碳纤维片材应根据构件达到极限状态时的应变,按线弹性应力应变关系确定其相应的应力。 

4.1.4 碳纤维片材应取生产厂提供的不小于95%保证率的极限抗拉强度作为抗拉强度标准值  
碳纤维片材的极限拉应变应取其抗拉强度标准值除以弹性模量  

4.1.5 当采用粘贴碳纤维片材对结构或构件进行加固时,应考虑加固后对结构中其它构件或构件的其它性能可能产生的影响。 

4.1.6 采用粘贴碳纤维片材进行结构加固时,宜卸除作用在结构上的活荷载。如不能在完全卸载条件下进行加固,应考虑二次受力的影响。 

4.1.7 在受弯加固和受剪加固时,被加固混凝土结构和构件的实际混凝土强度等级不应低于Cl5。采用封闭粘贴碳纤维片材加固混凝土柱时,混凝土强度等级不应低于C10。

5 施 工 规 定

5.1 一 般 规 定

5.1.1 粘贴碳纤维片材加固修复混凝土结构应由热悉该技术施工工艺的专业施]完成,井应有加固修复方案和施工技术措施。

5.1.2 施工必须遵循下列工序进行;
1 施工准备
2 混凝土表面处理;
3 配制并涂刷底层树脂:
4 配制找平材料并对不平整处修复处:
5 配制并涂刷浸渍树脂或粘贴树脂;
6 粘贴碳纤维片材:
7 表面防护。

5.1.3 施工宜在5℃以上环境温度条件下进行,并应符合配套树脂的施工使用温度环境温度低于5℃时,应使用适用于低温环境的配套树脂或采用升温处理措施。

5.1.4 施工时应考虑环境湿度对树脂固化的不利影响。

5.1.5 在表面处理和粘贴碳纤维片材前,应按加固设计部位放线定位。

5.1.6 树脂配制时应按产品使用说明中规定的配比称量置于容20中,用搅拌器均匀搅拌至色泽均匀。搅拌用容器内及搅拌器上不得有油污及杂质.应根据现场实际环境温度决定树脂的每次拌合量,并按使用要求严格控制使用时间。

 6 检验与验收

6.0.1 在开始施工之前,应确认碳纤维片材及配套树脂类粘结材料的产品合格证,产品质量出厂检验报告,各项性能指标应符合本规程第3.1节、第3.2节、第3.3节规定的要求。

6.0.2 采用碳纤维片材及配套树脂类粘结材料对混凝土结构进行加固修复时,应严格按本规程第5章有关条款进行各工序隐蔽工程检验与验收。如施工质量不能满足本规程第5章有关条款要求时,应立即采取补救措施或返工。

6.0.3 碳纤维片材实际粘贴面积应不少于设计量,位置偏差应不大于l0mm。

6.0.4 碳纤维片材与混凝土之间的粘结质量可用小锤轻轻敲击或手压碳纤维片材表面的方法来检查,总有效粘结面积不应低于95%。当碳纤维布的空鼓面积小于10000mm2时,可采用针管注胶的方式进行补救.空鼓面积大于10000mm2时,宜将空鼓处的碳纤维片材切除,重新搭接贴上等量的碳纤维片材,搭接长度应不小于l00m。

6.0.5 必要时应按附录月方法对施工质量进行现场检验。

6.0.6 必要时可对碳纤维片材和配套树脂类粘结材料进行现场取样检验。

附录A 碳纤维片材配套树脂类粘结材料与混凝土的正拉粘结强度测定方法

A.1 适 用 范 围

A.1.1 本方法适用于与碳纤维片材配套的树脂类粘结材料单层或复合涂层与混凝土间的正拉粘结强度的测定。

A.2 试验设备和试样

A.2.1 拉力试验机。
拉力试验机的量程选择应与试样的破坏荷载相适应。试验时所用的夹具应能使试样对中、固定,试验机应能使拉力平稳地增加。

A.2.2 试验机具。
试验所用机具应采用钢材加工而成(图A.2.2)。

A.2.3 混凝土试块。
试验所用混凝土试块的尺寸为70mm×70mm×40mm。预切缝深度取2~3mm。宽度1~2mm(图A.2.3)。

A.2.4 试样制备。
试样为钢标准块与混凝土试块的组合件。在混凝土试块的中央位置按照正常的施工工序粘贴尺寸为40mm×40mm的碳纤维片材,然后将钢标准块与混凝土试块粘结(图A.2.4)。

 

 

 

图A.2.4试样组成示意
1— 脂类粘结材料及碳纤维片材 2—钢标准块 3—预切缝
4—混凝土试块 5——钢夹具

 

A.3 试 验 条 件

A.3.1 试验环境应保持在:温度23±1℃,相对湿度60%~70% 。

A.4 试 验 步 骤

A.4.1 将制备好的试样放入拉力试验机的夹具中并对中。
A.4.2 以1500~2000N/min的速度进行加载,直至破坏。记录试样破坏时的荷载值 并观察破坏形式。

A.5 试 验 结 果

A.5.1 强度计算。
正拉粘结强度应按下式计算:

                (A.5.1)

式中 f ——正拉粘结强度,MPa; 
 ——试样破坏时的荷载值,N;
 ——钢标准块的粘结面面积,mm2。

A.5.2 破坏形式。
1 混凝土破坏:混凝土试块破坏,以 表示。 
2 层间破坏:树脂与混凝土问复合涂层界面破坏,以 表示。 
3 碳纤维片材破坏:碳纤维片材内部破坏,以 表示。 
4 粘结失效:碳纤维片材与钢标准块之间破坏,以 表示。 

破坏形式为  时,量测结果符合粘结强度试验要求。如出现两种或两种以上的破坏形式,则应注明。破坏形式为  时,量测结果应予剔除。

A.5.3 试验结果的表示。

每组被测试样应不少于5个。单个试样的f值与该组试样的算术平均值的误差不超过±15% 时为有效值。至少取3个有效值的算术平均值作为该组正拉粘结强度的试验结果。 
试验结果用正拉粘结强度的试验结果和破坏形式共同表示,如3.5MPa ,

A.5.4 试验报告应包括下列内容: 
(1)树脂的名称、牌号、批号和来源;
(2)制备试样的工艺条件;
(3)试样的编号和数量;
(4)试验时环境的温度、湿度;
(5)拉力试验机的型号、量程、加载速度;
(6)试样的破坏荷载、破坏形式、粘结强度及其平均误差;
(7)试验中出现的偏差和异常现象;
(8)试验日期、试验人员。

 

附录B 碳纤维片材加固混凝土结构施工质量现场检验方法

B.1 适 用 范 围

B.1.1 本方法适用于碳纤维片材加固混凝土结构施工质量的现场检验。

B.2 试验设备和试样

B.2.1 粘结强度检测仪。
对粘结强度检测仪的要求,可参照现行行业标准《数显式粘结强度检测仪》JG 3056的规定。粘结强度检测仪应每年检定一次,发现异常时应随时维修、检定。

B.2.2 取样规则。
现场检验应在已完成碳纤维片材粘贴加固的结构表面上进行。按实际粘贴碳纤维片材的加固结构表面面积计,500m2以下工程取一组试样,500m2至1000m2工程取两组试样,1000m2以上工程每1000m2取两组试样。试样应由检验人员随机抽取,试样间距不得小于500mm。

B.2.3 现场试样制备。
1 表面处理:被测部位的加固表面应清除污渍并保持干燥。
2 切割预切缝:从加固表面向混凝土基体内部切割预切缝,切入混凝土深度2~3mm,宽度1~2mm。预切缝形状为直径40mm的圆形。
3 粘贴钢标准块:采用取样粘结剂粘贴直径为40mm的圆形钢标准块(图B.2.3)。取样粘结剂的正拉粘结强度应大于碳纤维片材粘贴树脂的正拉粘结强度。钢标准块粘贴后应及时固宁。

 

B.3 试 验 步 聚

B.3.1 按照粘结强度检测仪生产厂提供的使用说明书,连接钢标准块。

B.3.2 以1500~2000N/min匀速加载,记录破坏时的荷载值,并观察破坏形态。

B.4 试 验 结 果

B.4.1 强度计算。
正拉粘结强度应按下式计算:

                 ( B.4.1)

式中 f ——正拉粘结强度,MPa; 
P——试样破坏时的荷载值,N;
A——钢标准块的粘结面面积,mm2。

B.4.2 破坏形式。
1 混凝土破坏:混凝土试块破坏,以Af表示。
2 层间破坏:树脂与混凝土间复合涂层界面破坏,以Bf表示。 
3 碳纤维片材破坏:碳纤维片材内部破坏,Cf表示。 
4 粘结失效:碳纤维片材与钢标准块之间破坏,以Df表示。 

B.4.3 试验结果的表示。
每组取3个被测试样,以算术平均值作为该组正拉粘结强度的试验结果。
试验结果应包括破坏形式、3个试样的正拉粘结强度值和该组正拉粘结强度的试验平均值。

B.4.4 按照下列判据对施工质量进行判定:
1 破坏形式为Af时,施工质量判定为合格;
2 破坏形式为Bf、Cf、Df时,如满足每组试样的正拉粘结强度试验平均值不小于2.5MPa,且其中单个试样的正拉粘结强度最小值不小于2.25MPa的要求,施工质量判定为合格;
3 破坏形式为Bf、Cf,如不能满足每组试样的正拉粘结强度试验平均值不小于2.5MPa,且其中单个试样的正拉粘结强度最小值不小于2.25MPa的要求,施工质量判定为不合格,或根据实际工程情况加大样本数量重新检验;
4 破坏形式为Df时,如不能满足每组试样的正拉粘结强度试验平均值不小于2.5MPa,且其中单个试样的正拉粘结强度最小值不小于2.25MPa的要求,应重新制备试样和检验。 

B.4.5 试验报告应包括下列内容:
(1)建设单位、委托单位、施工单位和检验单位的名称;
(2)制备试样的工艺条件;
(3)工程名称、取样部位、试样的数量和编号;
(4)试验时环境的温度、湿度,
(5)粘结强度检测仪的型号、量程、加载速度;
(6)试样的破坏荷载值、破坏形式、粘结强度及其平均误差;
(7)试验中出现的偏差和异常现象;
(8)试验日期、试验人员。

本规程用词说明

一、为便于在执行本规程条文时区别对待,对要求严格程度不同的用词说明如下:
1 表示很严格,非这样做不可的:
正面词采用“必须”;
反面词采用“严禁”。

2 表示严格,在正常情况下均应这样做的:
正面词采用“应”;
反面词采用“不应”或“不得”。

3 表示允许稍有选择,在条件许可时首先应这样做的:
正面词采用“宜”;
反面词采用“不宜”。
表示有选择,在一定条件下可以这样做的,采用“可”。

二、条文中指明应按其它有关标准的规定执行时,写法为“应符合……的规定”或“应按……执行”。非必须按所指定的标准执行时,写法为“可参照……执行”。

 

 

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