西卡钢筋混凝土钢材高效碳纤维加固系统

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

类型

Sika CarboDur XS 514

Sika CarboDur XS 1014

Sika CarboDur XS 1214

Sika CarboDur S 612

84

Sika CarboDur S 914

Sika CarboDur S 1014

1.4

Sika CarboDur M 614

Sika CarboDur M 914

Sika CarboDur M1014

Sika CarboDur M 1214

Sika CarboDur UH

类型

Sika CarboDur XS 514UH

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％

弹性模量(均值)

弹性模量最小值

抗拉强度最小值

极限抗拉强度（均值）

3100 N/mm²

极限应变最小值

>1.35％

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℃）

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

50mm

0.35kg/m

60mm

80mm

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。