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Sika CarboDur 高效碳纖維加固系統

簡介

此加固系統可用于鋼筋混凝土、砌體、天然石灰,鋼材和木材上。

系統組成

  • Sika CarboDur碳纖維板
  • Sikadur 30結構膠
  • Sika CarboDur預應力系統

應用

 

 

經EMPA大量測試研究,用碳纖維制成的抗腐蝕板進行鋼筋混凝土結構、砌體結構、鋼結構、鋁材和木結構的外貼式加固是可行的。西卡在此基礎上發展了只要將基層處理一下,無需其它工序的經濟型的碳纖維板加固系統。

需要加固的原因

荷載增加

  • 動載增加
  • 交通荷載增加
  • 工業建筑中安裝重型機械設備
  • 建筑物使用功能的改變

部份結構損壞

  • 建筑材料的老化
  • 鋼筋銹蝕
  • 車輛沖撞
  • 火災
  • 地震

使用要求提高

  • 變形量減小
  • 鋼筋內應力降低
  • 裂縫寬度縮小

結構體系的改變

  • 去掉了墻或欄
  • 樓板開孔

結構規范要求的改變

  • 抗震等級
  • 因設計規范改變而作調整

設計或施工的失誤

  • 配筋不足
  • 構件厚度不足

優點

  • 自重輕
  • 可任意長度、免搭接
  • 厚度小
  • 運輸方便(卷型)
  • 材料交叉施工簡單
  • 施工費用低、無需起重安裝設備
  • 強度極高
  • 有不同彈性模量的材料可以選擇
  • 杰出的抗疲勞性能
  • 高抗堿性
  • 不會腐蝕
  • 邊緣整齊沒有外露的纖維絲
  • 在很多國家的常規建筑上都允許使用

測試報告/許可

  • 用Sika CarboDur 加固的砼梁的靜載測試(EMPA報告號:154490/1,1994)
  • 紅外線成像儀對Sika滾壓施工法進行空鼓分析(EMPA報告號:154490。1994)
  • 用Sika CarboDur 加固的砼梁的火災實驗(EMPA報告號:148795,1994)
  • 在動荷載狀況下進行Sika CarboDur的粘貼施工,(EMPA報告號:170 569e 1999)
  • Sika CarboDur的疲勞破壞測試,(EMPA報告號:402017E/2,1999)
  • Sika CarboDur預應力碳纖維板加固測試,(EMPA報告號:172475/2,1998)。
  • 混凝土梁外貼Sika CarboDur碳纖維板加固的分析方法和設計建議(美國材料協會,SSRP報告,2000)
  • Sika CarboDur碳纖維板對混凝土梁的預應力加固(VTVV,報告號:R-9-00,2000)
  • 允許使用Sika CarboDur的結構德國建筑技術協會Z-36,12-29,1997)
  • Sika CarboDur碳纖維板和Sikawarp碳纖維布的實驗(法文)

學術論文

  • BanzlgegH Stelgegw;1989年)《用于承受荷載的節點處的環氧粘結劑》,1989年8月瑞士Baublat No.64.
  • Deaglgg M.,1993年德國《用預應力復合碳纖維材料進行結構加固》,聯邦材料測試中心,EMPA報告編號:1993年 224號
  • Deaglgg M.,1994年《碳纖維板在建筑工業中加固混凝土結構的運用》,瑞士建筑工程第26號:1994年6月23日.
  • Deaglgg M.,1994年《碳纖維板在建筑工業中加固混凝土結構的運用》,瑞士建筑工程第26號,19994年6月23日
  • Meleg,J 1994(德國)《用碳纖維復合材料進行結構加固》,VDI報告編號:1080,1994,第587-594頁)
  • SIKA聯邦材料測試中心(德國)《用碳纖維板進行結構加固檔案號》,D0182,21.9.95
  • SIKA公司1997年《用碳纖維片材進行結構加固》,Sika CacooD大會1997年11月
  • Kropf W.,Mele,H.,1999年(德國)《用碳纖維板加固大結構建筑》Weinfelden 1999年11月
  • Andra H,-P.,1999年(德國)《在橋梁結構上的碳纖維預應力加固》,Bavariag道路結構管理部門,Kalmoaog,1995年9月
  • Seim W., KarbhanV.,SeibleF.,1999年(德國)《用外貼碳纖維加固混凝土樓板》Betoo-und Stahicetonbau 94(1999),NO,11
  • MeierH,2000(德國)《復合碳纖維材料加固結構:特別應用案例,用于改變用途和新建工程結構的復合碳纖維材料》TFB Wildegg, 2003年3月

可用的材料

Sika CarboDur XS 抗拉彈性模量 165000 N/mm2

類型

寬度(mm) 厚度(mm) 截面面積(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 抗拉彈性模量 165000 N/mm2
類型 寬度(mm) 厚度(mm) 截面面積(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(相當于鋼材) 抗拉彈性模量 210000 N/mm2
類型 寬度(mm) 厚度(mm) 截面面積(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


抗拉彈性模量 400000 N/mm2

類型

寬度(mm) 厚度(mm) 截面面積(mm2

Sika CarboDur XS 514UH

50 1.4 70

包裝

Sika CarboDur碳纖維板:

  • 包裝上有碳纖維板寬度尺寸的說明
  • 每包為20m長

Sikadur -30結構粘接劑

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

其它包裝:A組份30kg桶裝,B組份10kg桶裝

每托架560kg(14×30kgA組份和14×10kg B組份)

丙酮清潔劑:

1-5kg桶裝,20 kg -160kg圓桶裝

Sika CarboDur

Sika CarboDur施工專用橡皮滾筒

  • 另行購買

西卡攪拌棒

  • 另行購買

技術參數

Sika CarboDur

碳纖維板

有效期

無限(避免陽光直射)

材質

碳纖維增強聚合物(環氧基材)

顏色

黑色

碳纖維含量

70%

 

Sika CarboDurXS Sika CarboDurS SikaCarboDurM Sika CarboDur HU

彈性模量(均值)

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

彈性模量最小值

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

抗拉強度最小值

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

極限抗拉強度(均值)

2400 N/mm2

3100 N/mm2

3100 N/mm2 1900 N/mm2

極限應變最小值

>1.35% >1.70%

>1.35%

>0.45%

沿碳纖維縱向的機械性能

Sika dur 30結構粘結劑

外觀

A組份:白色漿體

B組份:黑色漿體

A組份+B組份:混合后是淺灰色的

混合比

A組份:B組份=3:1(重量比),用磅稱能確保準確的混合比

粘稠度

A+B組份混合:糊狀漿體

保質期

在5℃~25℃存貯條件下,原廠包裝24個月

施工溫度

基面溫度和環境溫度在10℃~35℃

施膠時間(F.I.P*)

120分鐘(-10℃),40分鐘(+35℃)

粘膠時間(F.I.P*)

30分鐘(+35℃)

抗壓強度

抗壓強度的發展(圖表)


收縮率

0.04%

玻化溫度(F.I.P*)

+62℃

抗熱變性

(ASTM D648)

固化時間 熱變形溫度

7天 +10℃ +36℃

7天 +35℃ +53℃

6小時 +60℃ +53℃

3小時 +80℃ +53℃

彈性模量(F.I.P*)

12800 N/mm2

粘結強度

濕狀態(F.I.P*)

混凝土破壞 (~4N/mm2

抗剪強度(F.I.P*)

混凝土破壞 (~15N/mm2

熱膨脹系數(按西卡標準)

9*10-6/℃(-10℃~+40℃)


注:

F.I.P*為國際預應力協會

所給數值可能隨攪拌后的混合物的密度和含氣量不同產生變化

預應力碳纖維板系統

用途

  • 橋梁縱向和橫向的結構加固
  • 磚墻和混凝土墻體的抗震加固
  • 工業、商業建筑物和大跨度結構的加固
  • 所有氣候條件下的加固
  • 提高體外預應力結構的耐久性

優點

  • 應用在既有結構上,預應力施工簡單
  • 自重輕,施工容易
  • 初始應變較高,預應力損失小
  • 截面小,不增大結構體積
  • 具有與預應力鋼索同級的預應力
  • 無應力腐蝕開裂風險
  • 可用作無腐蝕預應力筋
  • 充分利用Sika CarboDur碳纖維板的高機械強度
  • 與非預應力相比,能節省30%-50%的材料用量
  • 在加固鋼筋混凝土結構時,能得到最優性價比
  • 提高結構使用年限,通過縮小裂縫寬度,降低受拉鋼筋的應變和提高腐蝕性能
  • 預應力加固也適用于恒載突然增加的狀況
  • 減少既有結構中鋼筋的拉伸應變
  • 在基面溫度較低和環境溫度較高的情況下,無需加熱,即可進行結構加固施工
  • 板厚最大達到2.4mm
  • 較短的板端錨固區域

系統構成

Sika LCB

Sika-StrasssHead

Sika碳纖維板型號

V914

V624

橫截面面積

126mm2

144mm2

施加的預應力

200KN

220KN

預加拉應力

9.5%

9.5%

張拉錨具

Leoba LCB

SressHead 220

設計要點

一般概述

Sika CarboDur碳纖維板無殘余變形。

因此當碳板在鋼筋屈服后混凝土破壞前發生破壞時,加固部份就達到最大抗彎強度。破壞的形態與碳板的截面厚度有關。為了限制裂縫寬度和和變形,在使用狀況下,鋼筋不應達到屈服點。必須避免由于加固面的位移或碳纖維層面剝離而產生剪切裂縫。可以用常用方法計算應力和變形,并應按SIKA 160(1989年)和162(1989年)的標準加以硬認。

評估結構狀況的過程

尺寸因素(幾何、鋼筋面積、布筋情況,要加固施工面的平整度),原有建筑材料的質量。環境氣候狀況,使用情況,結構原設計使用條件。

驗證

荷載安全性

  • 未經加固的結構(允許降低總安全系數>1.0)
  • 加固過的結構(若有上述破壞方式的產生,檢查應變)
  • 碳纖維板的剪力
  • 錨固

抗疲勞性能

  • 檢核混凝土和鋼筋中的應力

結構的使用性能

  • 考慮平均應變值(假定結構彈性階段和混凝土應變會隨時間變化)
  • 鋼筋中應力(在使用條件下無塑性變形)
  • 裂縫寬度(在使用條件下,鋼筋中應力受限制)

施工

重點

  • 處理過的基面與結構膠的粘接拉伸強度平均為2.0N/mm2,最小達到1.5N/mm2
  • Sika CarboDur系統必須 避免長期陽光直射。
  • 粘接劑的最高允許使用溫度是+50℃,在使用Sika CarboDur Heating設備時和用Sikadur30LP型粘接劑時,其長期使用溫度可達到+70℃
  • 基面最大含水率為4%,最低施工溫度是+10℃
  • 在施工過程中,周圍環境和基面溫度不得低于露點溫度以上+3℃
  • 施工Sikadur30粘接劑必須符合技術指導上的說明

基層(要求)

鋼筋混凝土結構:

干凈、無油脂、疏松剝離的混凝土,干燥

處理方法:噴砂或打磨

木結構或磚石結構:

干凈、無油、表面無疏松

處理方法:噴砂、創平或打磨

鋼結構:

干凈、無油脂和銹蝕

處理方法:噴砂或打磨,用Icosit-277 或 Sikagard-63N做界面劑

處理完后,用工業吸塵器吸去表面所有的粉塵。

表面在施膠前必須磨平整,凸起部份和模板印不得超過0.5mm。

基面的平整度必須用金屬板檢核,最大高差為2m長度內10mm。

Sikadur 30的

拌合

  • 預定劑量的包裝!

將組份B加入組份A,為避免空氣進入,用低速電鉆(最大500 rpm轉/分)攪拌。攪拌3分鐘以上達到外觀顏色一致。然后將整個混合物倒入干凈的容器里,再次低速攪拌至少一分鐘,攪拌過程中盡量減少空氣的進入。

  • 散裝,非預計劑量!

在容器內攪拌材料。

稱取正確的比例的A.B組份,先將材料在容器內拌勻,再采用上述預定劑量包裝相同的攪拌方法用低速電鉆正確攪拌。

結構膠的施膠時間在樹脂和固化劑混合后,就開始了。在高溫時施膠時間短些,在低溫時施工時間會延長些。一次拌合量越大,施膠時間越短。為了在高溫情況下得到較長的工作時間,拌合結構膠可以分成幾份攪拌。另一種方法是在攪拌之前,在低溫下保存A、B組份。

Sika CarboDur

碳纖維板的施工應用

如果是在混凝土表面有大的砂眼或蜂窩磨面,必須首先用修補砂漿修補。Sikadur-30型粘結劑必須被用作確保混凝土基面(與碳纖維板)良好粘結的粘結層,修補砂漿用Sikadur 41 或Sikadur 30。如果采用Sikadur-30,則加入大約1:1的重量比的Sikadur-501石英砂配置而成。

將碳纖維板放置在桌上,用白布蘸丙醇清潔劑擦拭板的空白面。將Sikadur-30以T型涂覆在碳板上。用抹刀將Sikadur-30均勻的在已做過處理的無塵的基面上涂很薄的一層。

在粘結劑的粘貼時間內,將Sika CarboDur碳纖維板按在準備好的基面上。用西卡橡皮滾筒壓至粘結劑從板的兩邊擠出來,去除多余的粘結劑。

在現場應該做樣板來檢測粘結劑的固化速率和最終強度。檢測固化后的抗拉和抗彎強度。

標準平均值:在+23℃時,固化期7天

抗壓強度>75Mpa

抗彎強度>35Mpa

假設碳板需要交叉施工,則在第一層施工完畢的碳纖維板上用丙醇清潔劑去油,如果要多層粘貼,則必須用丙醇清潔劑擦拭碳板的兩面(都要接觸粘結劑),在這種情況下,建議用Sikadur-330作為粘結劑。

如果需要,Sika CarboDur碳纖維板必須有防火材料保護。

當Sikadur-30粘結劑固化后,必須用輕輕敲擊的方法和紅外探測儀對碳纖維板進行空鼓試驗。

暴露位置的碳纖維板可用類似Sikagard-550W Elastlc Sikagard-ElastoColor CW的保護涂料涂覆。

粘結劑用量

 

碳纖維板寬度

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纖維板的橫截面狀況,粘結劑實際用量可能較高。

清潔

用丙醇清潔劑用好的施工工具,用溫水肥皂徹底沖洗手和皮膚。固化后的材料只能用機械鏟除。

對于Sika CarboDur碳纖維板的一些建議

切割

優先采用金剛石切割機切割要求的長度。

保護措施

切割時戴好防細微纖維的護目鏡,面具和手套。

Sikadur-30安全指導

安全性提示

本產品可引起皮膚過敏(表皮刺激)!

工作開始前先在手上和其它皮膚暴露部位涂覆防護霜,穿防護服(手套和護目鏡)。如眼鏡或粘膜接觸本產品,請立即用潔凈溫水沖洗,并迅速求醫。

生態環境影響

未固化組份對水有污染,因此不應隨意倒入下水道,水源或土壤地面,丙醇和Sikadur-30的殘余特應根據當地相關法規處理。

毒性

A組份:參見包裝上的相關說明

B組份:無毒

運輸要求

A組份:非危險品

B組份:包裝在500kg內,8/65c。

具體細節請參閱材料安全說明書。

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