粘貼碳纖維複合材的電熱施工方法
2023-05-15 06:34:11
專利名稱：粘貼碳纖維複合材的電熱施工方法
技術領域：
本發明涉及一種碳纖維複合材加固工程結構部件的施工方法，尤其涉及一種粘貼 碳纖維複合材的電熱施工方法。本方法適用於建築結構、道路橋梁、港口碼頭等設施的工程 結構加固和補強修復等。
背景技術：
碳纖維是一種高性能材料，已經在航空、航天和軍事等方面已經得到大量應用。上 世紀80年代後被應用到土木工程領域，使粘貼碳纖維複合材材料成為工程結構加固的最 重要的方法之一。目前採用的粘貼碳纖維複合材加固混凝土結構工程方法是利用環氧樹脂等高 分子材料優良的粘接性能和常溫下可操作性能，將碳纖維按照設計的受力方向定向排布粘 貼，使樹脂固化後與之形成堅韌的碳纖維複合材料層，牢固地粘貼在被加固物體(混凝土、 木材、金屬等)基層上，從而達到提高結構部件承載力的目的。這種方法簡便快捷，但是由 於環氧樹脂是溫度敏感性材料，在較低溫度下(10°c以下)黏度驟然增加，反應速度放緩不 能正常固化，無法滿足戶外工程的低溫施工要求。許多特殊應用條件下常溫固化的環氧樹 脂也無法滿足要求，例如耐高溫、耐化學物質、限時快速搶修等情況。
發明內容
本發明為了解決現有技術存在的粘貼碳纖維複合材在較低溫度下(10°C以下)黏 度驟然增加，反應速度放緩不能正常固化，而無法滿足戶外工程的施工要求以及在許多特 殊應用條件下常溫固化的環氧樹脂無法滿足施工要求的技術問題，提供一種粘貼碳纖維復 合材的電熱施工方法。碳纖維是一種高強度高模量的非金屬材料，它同時具有導電和導熱 性能，是一種極佳的電熱材料。該方法採用以碳纖維與高強纖維混編的單向布作為結構加 固的主體材料，以碳纖維絲束作為發熱載體，根據設計要求將纖維浸膠粘貼到被加固結構 表面後形成迴路連接到溫度程序控制器上，按設定程序對迴路施加電流，使碳纖維將電能 轉化為熱能，通過輻射和傳導對粘浸樹脂加熱，最終形成堅韌的纖維複合材加固帶。本發明的特點及有益效果採用粘貼碳纖維複合材的電熱施工方法，是利用電流 通過碳纖維所產生的熱效應加熱粘浸樹脂、粘合劑等，使複合體系在制定的溫度固化成型 的一種方法。使碳纖維複合材加固混凝土結構工程可以在低溫的環境下施工，同時亦為特 殊固化溫度要求的粘浸樹脂提供中高溫固化條件。該方法適應性和可操作性強，拓展了結 構加固工程中粘貼碳纖維複合材的應用空間，可廣泛用於建築結構、道路橋梁、港口碼頭等 設施的工程結構加固和補強修復。
具體實施例方式粘貼碳纖維複合材的電熱施工方法，是採用以碳纖維與高強纖維混編的單向布作 為結構加固的主體材料，以碳纖維絲束作為發熱載體，根據設計要求將纖維浸膠粘貼到被加固結構表面後形成迴路連接到溫度程序控制器上，按設定程序對迴路施加電流，使碳纖 維將電能轉化為熱能，通過輻射和傳導對粘浸樹脂加熱，最終形成堅韌的纖維複合材加固帶。其中所述碳纖維與高強纖維混編的單向布是碳纖維與芳綸纖維、玻璃纖維、玄武 巖纖維中的一種或一種以上的混編單向布；所述被加固結構是指混凝土結構、金屬結構或 木結構。該方法的具體實施步驟按照施工現場要求設定好溫度控制器的控制參數；將混編纖維單向布按設計要求裁剪好，用電線將之連接成迴路並連接到溫度控制 器的整個控制體系中；將纖維布按設計要求粘貼到被加固結構的固定位置，刮膠，完成後通電至按設定 的固化溫度和時間形成堅韌的纖維複合材加固帶為止。其中碳纖維與高強纖維混編的單向布，請參看同日申請的專利名稱為「電熱法粘 貼碳纖維複合材用高性能纖維混編布」的專利文件；溫度程序控制器可採用XMT-I。根據需要可以選擇1、環境低溫模式其基層處理方式與常規方法相同。纖維布裁切後將其中的碳纖維束依據需要相互 連接形成單個或多個迴路，浸膠粘貼後與控制箱連接，設定溫度和時間後通電加熱至程序結束。2、快速固化模式採用相應的粘浸膠(如JGN-C碳纖維專用粘合劑)，常溫自然凝膠後階梯升溫到 所需溫度並保持規定時間。3.耐高溫複合材料層模式採用耐高溫的環氧樹脂固化體系膠，通過兩次或多次升溫完成加熱固化過程。其 中的環氧樹脂可用雙酚A型、酚醛環氧型、多官能環氧型樹脂中的一種。耐高溫耐高溫膠用 固化劑可選用改型胺類、咪唑類、酸酐類之一。實施例1被加固結構件需用長10m，寬0. 1米碳纖維加固，要求快速固化(環境溫度20°C， 6小時)。將混編單向纖維布用JGN-C碳纖維專用粘合劑粘貼到結構部件上，然後連接到溫 度程序控制器上，接通電源，程序控制器按照程序指令先緩慢升溫至30°C，維持30分鐘，使 粘合劑初固化，然後在6個小時內溫度勻速由30°C升溫至80°C再降至30°C，完成一個循環， 加熱完畢。結果在表1中給出。實施例2被加固結構件需用長8m，寬0. 15米碳纖維加固，要求快速固化、環境低溫模式(環 境溫度0°C，10小時)。將混編纖維布用JGN-C碳纖維專用粘合劑粘貼到結構部件上，然後 連接到溫度程序控制器上，接通電源，程序控制器按照程序指令先緩慢升溫至30°C，維持 30分鐘，使粘合劑初固化，然後在10個小時內溫度勻速由30°C升溫至100°C在降至5°C，完 成一個循環，加熱完畢。結果在表1中給出。比較例1
被加固結構件需用長10m，寬0. 1米碳纖維加固(環境溫度20°C )。將纖維布按常 規施工步驟粘貼到結構部件上，然後在6個小時和72小時分別檢測強度。結果在表1中給
出ο比較例2被加固結構件需用長8m，寬0. 15米碳纖維加固，(環境溫度0°C )。將纖維布按常 規施工步驟粘貼到結構部件上，然後在6個小時和72小時分別檢測強度。結果在表1中給 出中給出。表 權利要求
粘貼碳纖維複合材的電熱施工方法，是採用以碳纖維與高強纖維混編的單向布作為結構加固的主體材料，以碳纖維絲束作為發熱載體，根據設計要求將纖維浸膠粘貼到被加固結構表面後形成迴路連接到溫度程序控制器上，按設定程序對迴路施加電流，使碳纖維將電能轉化為熱能，通過輻射和傳導對粘浸樹脂加熱，最終形成堅韌的纖維複合材加固帶。
2.根據權利要求1所述的粘貼碳纖維複合材的電熱施工方法，其特徵在於所述碳纖 維與高強纖維混編的單向布是指碳纖維與芳綸纖維、玻璃纖維、玄武巖纖維中的一種或一 種以上的混編單向布。
3.根據權利要求1所述的粘貼碳纖維複合材的電熱施工方法，其特徵在於所述被加 固結構是指混凝土結構、金屬結構或木結構。
全文摘要
粘貼碳纖維複合材的電熱施工方法是為了實現粘貼碳纖維複合材工藝快速化及在較低溫度下施工而設計的。採用以碳纖維與高強纖維混編的單向布作為結構加固的主體材料，以碳纖維絲束作為發熱載體，根據設計要求將纖維浸膠粘貼到被加固結構表面後形成迴路連接到溫度程序控制器上，按設定程序對迴路施加電流，使碳纖維將電能轉化為熱能，通過輻射和傳導對粘浸樹脂加熱，最終形成堅韌的纖維複合材加固帶。該方法可以實現碳纖維複合材加固混凝土結構工程在低溫及常溫環境下的快速固化，為特殊固化溫度要求的粘浸樹脂提供了中、高溫固化條件。該方法適應性和可操作性強，拓展了結構加固工程中粘貼碳纖維複合材的應用空間。
文檔編號E04G23/02GK101994397SQ20101029436
公開日2011年3月30日 申請日期2010年9月28日 優先權日2010年9月28日
發明者曹陽, 王秉權, 蔣松巖, 趙文濤 申請人:遼寧省建設科學研究院