住宅结构设计之混凝土结构
以混凝土为主制作的结构。包括素混凝结构、钢筋混凝土结构和预应力混凝土结构等。"砼"(音tóng)，与"混凝土"同义，可并用，但在同一技术文件、图纸、书刊中，两者不宜混用。
1.混凝土是由胶凝材料(水泥)、水和粗、细骨料按适当比例配合，拌制成拌合物，经一定时间硬化而成的人造石材。普通混凝土干表观密度为1900～2500kg/m↑3，是由天然砂、石作骨料制成的。当构件的配筋率小于钢筋混凝土中纵向受力钢筋最小配筋百分率时，应视为素混凝土结构。这种材料具有较高的抗压强度，而抗拉强度却很低，故一般在以受压为主的结构构件中采用，如柱墩、基础墙等。
2.当在混凝土中配以适量的钢筋，则为钢筋混凝土。钢筋和混凝土这种物理、力学性能很不相同的材料之所以能有效地结合在一起共同工作，主要靠两者之间存在粘结力，受荷后协调变形。再者这两种材料温度线膨胀系数接近，此外钢筋至混凝土边缘之间的混凝土，作为钢筋的保护层，使钢筋不受锈蚀并提高构件的防火性能。由于钢筋混凝土结构合理地利用了钢筋和混凝土两者性能特点，可形成强度较高，刚度较大的结构，其耐久性和防火性能好，可模性好，结构造型灵活，以及整体性、延性好，适用于抗震结构等特点，因而在建筑结构及其他土木工程中得到广泛应用。
3.预应力混凝土是在混凝土结构构件承受荷载之前，利用张拉配在混凝土中的高强度预应力钢筋而使混凝土受到挤压，所产生的预压应力可以抵销外荷载所引起的大部分或全部拉应力，也就提高了结构构件的抗裂度。这样的预应力混凝土一方面由于不出现裂缝或裂缝宽度较小，所以它比相应的普通钢筋混凝土的截面刚度要大，变形要小;另一方面预应力使构件或结构产生的变形与外荷载产生的变形方向相反(习惯称为"反拱")，因而可抵销后者一部分变形，使之容易满足结构对变形的要求，故预应力混凝土适宜于建造大跨度结构。混凝土和预应力钢筋强度越高，可建立的预应力值越大，则构件的抗裂性越好。同时，由于合理有效地利用高强度钢材，从而节约钢材，减轻结构自重。由于抗裂性高，可建造水工、储水和其它不渗漏结构。
高强混凝土 一般把强度等级为C60及其以上的混凝土称为高强混凝土。它是用水泥、砂、石原材料外加减水剂或同时外加粉煤灰、F矿粉、矿渣、硅粉等混合料，经常规工艺生产而获得高强的混凝土。高强混凝土作为一种新的建筑材料，以其抗压强度高、抗变形能力强、密度大、孔隙率低的优越性，在高层建筑结构、大跨度桥梁结构以及某些特种结构中得到广泛的应用。高强混凝土最大的特点是抗压强度高，一般为普通强度混疑土的4～6倍，故可减小构件的截面，因此最适宜用于高层建筑。试验表明，在一定的轴压比和合适的配箍率情况下，高强混凝土框架柱具有较好的抗震性能。而且柱截面尺寸减小，减轻自重，避免短柱，对结构抗震也有利，而且提高了经济效益。高强混凝土材料为预应力技术提供了有利条件，可采用高强度钢材和人为控制应力，从而大大地提高了受弯构件的抗弯刚度和抗裂度。因此世界范围内越来越多地采用施加预应力的高强混凝土结构，应用于大跨度房屋和桥梁中。此外，利用高强混凝土密度大的特点，可用作建造承受冲击和爆炸荷载的建(构)筑物，如原子能反应堆基础等。利用高强混凝
土抗渗性能强和抗腐蚀性能强的特点，建造具有高抗渗和高抗腐要求的工业用水池等。
篇2:碳纤维修复补强混凝土结构施工方法
近年来,结构修复、补强技术广泛应用于桥梁、隧道以及工业民用建筑中的钢筋砼梁、板、柱及剪力墙结构。特别是采用碳纤维修复补强技术时更获得具大成功,其产品性能优异,操作简单,安全可靠,与传统方法相比较,有更大的经济效益、社会效益和环境效益。某工程框架柱的加固补强,采用该项技术,取得了良好效果。
一、特点
1、碳纤维片材轻质高强:其抗拉强度比普通钢材高8~10倍,将它用粘结树脂与结构粘贴后形成一体,能可靠地与钢筋混凝土共同工作,有优异的补强效果,而结构自重的增加几乎可以忽略。
2、抗腐蚀:碳纤维能有效地防护构件的混凝土和钢筋免职受酸、碱、盐、水等介质的腐蚀。
3、耐老化:碳纤维与胶结构本身及经其补强的构件可以长期承受紫外线、核幅射;长期在-54~80℃下使用,强度不会降低;经加速暴露老化试验验证可历时40年性能不变;且在表面涂装后,耐用性更加突出。
4、保持结构原状,外形美观:碳纤维片材便于随构件原形贴附,基本不改变构件断面尺寸,贴片后表面可以涂刷、粘贴饰面材料、防火材料。
5、施工简便、快捷:采用传统的加固补强方法,如包混凝土法、粘钢法,均需进行大量剔凿、植筋、焊接、浇混凝土作业,碳纤维片材施工却不需要。因此,它对施工空间要求很低,便于狭窄空间作业,施工快捷,对生产、使用的干扰很小。
二、 工艺原理
碳纤维片材是用抗拉强度极高的碳纤维丝“拉拔”成型,单向排列,并经环氧树脂预浸而成的结构增强复合材料。将它用粘结树脂作为粘结剂,沿受力方向或垂直于裂缝方向粘贴在受损构件表面,粘结剂作为它们之间的剪力连接媒介,形成新的复合体。使增强贴片与原有钢筋共同受力,增大了结构抗拉或抗剪能力,能有效地提高强度、刚度、抗裂性和延性。整个工艺的关键在于碳纤维片材粘结的紧密、牢固,保证与原结构形成整体,能够共同工作。
三、适用范围
碳纤维片材修复、补强、加固适用于隧道、桥梁及各类工业民用建筑
中钢筋混凝土梁、板、柱、剪力墙结构、涵洞、衬砌、钢筋混凝土烟囱、筒仓、水池、罐体等,由于设计、施工、使用、老化或某种浸蚀、灾害造成的损坏,以及因超载所致的承载力不足。
四、主要材料
1、碳纤维片材的规格及性能(表略)。
2、底层涂料的规格及性能(表略)。
3、环氧腻子的规格及性能(表略)。
4、浸渍树脂的规格及性能(表略)。
五、主要工、机具
1、画线工具:墨斗、卷尺、水平议、铅锤;
2、切削工具:角向砂轮、锤子、凿子、钻、錾子;
3、碳纤维片切割工具:卷尺、钢直尺、壁纸刀;
4、调和涂刷工具:台秤、搅拌容器、橡胶抹子、滚筒刷子、油漆刷、搅拌器、托灰板;
5、工具:罗拉(专用工具)、橡胶刮板、塑料刮板;
6、安全用具:安全帽、安全带、防护眼镜、橡胶手套、口罩;
7、施工管理用器具:R量尺、温湿度计;
8、其它:空压机、通风设备、养护复合材料、棉纱。
六、 施工工艺
1. 工艺流程
2. 操作要点
2.1 混凝土基底处理
2.1.1 将混凝土构件表面的残缺、破损部分清除干净达到结构密实部位。
2.1.2 检查外露钢筋是否锈蚀,如有锈蚀,进行必要处理。
2.1 对经过剔凿、清理和露筋的构件残缺部分,进行修补、复原。
2.1.4 裂缝修补:缝宽小于0.20mm的裂缝,用环氧树脂进行表面涂抹封闭;大于0.20mm的裂缝用环氧树脂灌缝。
2.1.5 将构件表面凸出部分(混凝土构件交接部位、模板的段差)打磨平整,修复后的段差要尽量平顺。
2.1.6 棱角部位,用磨光机磨圆角,圆角半径≥30mm。
2.1.7 对清洗过的混凝土构件进行围挡,并让其充分干燥。
2.2 刷底层涂料
2.2.1 把底层涂料的主剂和固化剂按规定比例称量准确后放入容器,用搅拌器搅拌均匀,一次调和量应以要使用时间内用完为准。
2.2.2 在底层涂料中严禁加溶剂,含有溶剂的毛刷或用溶剂弄湿了的滚筒不得使用。
2.2.3 用滚筒刷均匀地涂抹底层涂料。
2.2.4 涂料指触时间因气温不同,一般在3h到24h之间变化。
2.2.5 底层涂料固化后,在表面上有凸起部分时,要用砂纸磨光。
2.2.6 根据施工部位的温度、湿度选择适当的底层涂料,在气温底于5℃,相对湿度RH>85%,混凝土表面含水率>8%,有结露可能而无有效措施时,不得施工。
2.3 构件表面的残缺修补
2.3.1 构件表面凹陷部位应用环氧腻子填平,修复至表面平整。
2.3.2 接槎部位要用环氧腻子填补,使之平顺。在残缺修补中使用环氧树脂时,要在气温5℃以上,相对湿度RH<85%的条件下施工。腻子刮平后,表面仍存在的凹凸糙纹,应再用砂纸打磨平整。
2.4 贴碳纤维片材
2.4.1 确认粘贴表面干燥.气温在5℃以下,相对湿度RH>85%时不得施工。
2.4.2 碳纤维应用钢直尺与壁纸刀按规定尺寸进行切断,每段长度一般不超过6m为宜,若要使用更长的片材时,除精心防止弯折外,对脱泡、渗浸过程必须加倍谨慎操作。为防止片材在保管过程中损坏,片材的裁切数量应按当天的使用量为准。
2.4.3 碳纤维的纵向接头必须搭接10cm以上,且该部位应多涂粘结树脂,碳纤维横向不需要搭接。
2.4.4 粘结树脂的主剂与固化剂应按规定的比例称量准确,装入容器,用搅拌器搅拌均匀,一次调和量应以在可使用时间内和完为准。
2.4.5 贴片前用滚筒刷均匀地涂抹粘结树脂,称为下涂,下涂的涂量标准如下:
200g/m2的碳纤维片,400~500g/m2
300g/m2的碳纤维片,500~600g/m2
2.4.6 贴片时,在碳纤维片和树脂之间尽量不要有空气,可用罗拉(专用工具)沿着纤维方向在碳纤维片上滚压多次,使树脂渗浸入碳纤维中。
2.4.7 碳纤维片施工30min后,用滚筒刷均匀涂抹粘结树脂,称为上涂,上涂涂量标准如下:
200g/m2的碳纤维片,200~100g/m2
300g/m2的碳纤维片,300~200g/m2
2.4.8 进行空鼓检查,并进行处理。
2.4.9 如需粘贴多层碳纤维,重复以上步骤。
2.4.10. 如碳纤维片施工不符合质量标准,则需进行相应处理。其中空鼓处理方法如下:
注入粘结树脂法:在大纤维片上打开两个以上的小孔,使用注射器注入粘结树脂(或低粘度型树脂)。
割刀切入填充树脂补修法:沿纤维方向切入2~3刀,用橡胶刮板、毛刷沾上适量树脂,填进割开的缝内。
补丁修补法:当贴片完全固化后,且无法用割刀切开或注入树脂时;或出现褶皱和松弛时,应采用此方法割去不良部分,重新粘贴碳纤维片。
2.5 养护
2.5.1 粘贴碳纤维片后,需自然养护24h达到初期固化,应保证固化期间不受干扰。
2.5.2 在每道工序以后树脂固化之之前,宜用塑料薄膜等遮挡以防止风沙或雨水侵袭。
2.5.3 当树脂固化期间存在气温降低到5℃以下的可能时,可采用低温固化树脂,或采取有效的升温措施。
2.5.4 碳纤维片材粘贴后达到设计强度所需自然养护的时间:
平均气温在10℃以下时, 需2周;
平均气温在10~20℃之间,需1~2周;
平均气温在20℃以上时, 需1周;
在此之间应防止贴片受到硬性冲击。
2.6 涂装
2.6.1 若加固补强构件需要防火时,可在树脂固化后按业主要求涂刷耐火涂层。
2.6.2 对加固补强构件有外观要求时,可在补强后涂刷所需色彩和质量的涂层。
2.6.3 涂装应在树脂初期固化后进行,并应遵守所用涂料的相关标准和施工规定。
2.6.4 对新材料新工艺的涂装,事前要做好充分研究,必要时应进行试验,确认后方可正式使用。
七 施工管理与劳动组织
1 施工管理
1.1 项目管理:负责根据加固补强
设计文件制定施工组织设计,按计划负责人力、材料、机具和资金等准备,组织施工并对工程质量、进度、安全、物资供应、生活安排、工程的交工验收及结算全面负责。
1.2 技术管理:负责为加固补强设计和技术组织措施的实现,做好技术交底、贯彻施工规程与质量标准等工作,为工序检查和隐蔽工程验收确认把关,处理施工中发生的变更和其他技术问题。
1.3 作业管理:按操作工序划分作业组,分别负责加固补强的构件打磨、涂刷树脂、缺陷修补、裂缝封闭、贴片、养护等操作过程。
八 质量要求
1 所有进场材料,包括碳纤维片材和胶结材料,符合质量标准,并具有出厂产品合格证,符合本工程加固补强设计要求,适合现场温度、湿度条件的材料。
2 碳纤维片粘贴的质量检查标准:
2.1 下涂与上涂渗入碳纤维束良好。
对裂缝必须处理:缝宽<0.20mm的用环氧树脂涂抹封闭,缝宽>0.20mm用环氧树脂灌缝。
2.2 碳纤维片材粘结密实。
2.3 对于直径在10~30mm以下的空鼓,每平方米少于10个为合格;若每平方米在10个以上,则认为不合格,需进行修补;对于直径在30mm以下的空鼓,只要出现即认为不合格,需要进行修补。
2.4 顺纤维方向搭接长度不小于10cm。各层之间的搭接部位不得位于同一条直线上,层间必须错开至少50cm。
2.5 碳纤维片材规格、贴片位置、长度、宽度、纤维方向、层数符合设计规定。
3 养护严格遵守自然养护的时间要求。
4 涂装符合合同规定或业主要求及相应的施工验收规定。
九 工程实例和效果
北京金融街某工程,建筑面积11.6万m2,由于设计变更,加层4层,使得局部框架受力不能满足设计要求,因此,对其中8根直径为1200~1300mm柱子,采用碳纤维片材进行补强加固处理,很好地满足了设计要求,并效地保证了工期和施工质量。