CN102092158A - 一种混凝土表面粘贴frp纤维材料的结构及其实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种混凝土表面粘贴FRP纤维材料的结构，其特征在于，主要由混凝土结构层、以及依次层叠在其表面上的底胶层、找平层、浸渍胶层及FRP纤维材料层组成。本发明还公开了一种实现混凝土表面粘贴FRP纤维材料的结构的方法，其特征在于，主要包括预先处理疏松、软弱的混凝土结构层的表面，直至混凝土结构层的表面形成坚硬的界面；在所形成的坚硬的混凝土结构层的表面均匀的涂刷底层胶等步骤。本发明能显著提高被加固混凝土构件的刚度和强度，同时由于本发明的FRP纤维材料是嵌贴在混凝土保护层内，从而能使FRP纤维材料受到保护，避免磨损和撞击等意外荷载作用，适合于桥面板和连续梁负弯矩区域的加固。

Description

一种混凝土表面粘贴FRP纤维材料的结构及其实现方法
技术领域
本发明涉及一种片材粘结结构，具体是指一种混凝土表面粘贴FRP纤维材料的结构及其实现方法。
背景技术
FRP(Fiber-Reinforced Plastic/Polymer)是纤维增强复合材料的统称。复合材料是由增强体和基体构成，根据复合材料中增强体的几何形态，可以分为纤维增强复合材料、颗粒增强复合材料、薄片增强复合材料和叠层增强复合材料四种。FRP纤维增强复合材料中的基体种类有：树脂基体、金属基体、陶瓷基体和碳素基体等；纤维种类有：玻璃纤维、硼纤维、碳纤维、芳纶纤维、陶瓷纤维、玄武岩纤维、聚烯烃纤维以及金属纤维等，组分不同，FRP的性能会有很大的差别。同样，不同的制备成型工艺，FRP材料的产品形式和力学性能也有很大的差别，现在FRP材料的产品形式有：片材(纤维布和板)、筋材和索材、网格和格栅、拉挤型材、缠绕型材、模压型材及手糊制品等。FRP材料初期用于航空、航天领域等军用领域，已经形成了成熟的运用技术，如我国神州飞船的主承力结构、低密度模等构件采用的就是FRP材料。随着FRP材料生产工艺的发展和产量的增加，FRP材料在汽车、化工、医学和机械等民用领域得到推广。
目前，虽然FRP材料可以代替钢材作为增强材料应用于现浇混凝土结构或加固混凝土结构中，但这些混凝土结构却十分的复杂，其强度以及FRP材料与混凝土表面的粘结效果仍不是十分理想，因此不适合广泛推广和应用。
发明内容
本发明的目的在于克服采用目前FRP纤维材料与混凝土相结合时其结构复杂、强度及粘结效果不理想的缺陷，提供一种不仅结构简单、强度高、而且FRP纤维材料与混凝土表面粘结牢固的一种混凝土表面粘贴FRP纤维材料的结构。
本发明的另一目的是提供一种实现该混凝土表面粘贴FRP纤维材料的结构的实现方法。
本发明的目的通过下述技术方案实现：一种混凝土表面粘贴FRP纤维材料的结构，主要由混凝土结构层、以及依次层叠在其表面上的底胶层、找平层、浸渍胶层及FRP纤维材料层组成。
实现混凝土表面粘贴FRP纤维材料的结构的方法，主要包括以下步骤：
(a)预先处理疏松、软弱的混凝土结构层的表面，直至混凝土结构层的表面形成坚硬的界面；
(b)在所形成的坚硬的混凝土结构层的表面均匀的涂刷底层胶；
(c)用修平胶对混凝土结构层表面的轻微凹凸和不平整处进行找平处理；
(d)在找平处理后的表面上均匀的涂刷浸渍胶，并在浸渍胶硬化前将FRP纤维材料粘贴于其表面上；
(e)用脱泡滚筒沿FRP纤维材料的纤维方向多次滚压，使FRP纤维材料充分浸渍于胶粘剂中，并确保其平整、无气泡。
本发明较现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
(1)本发明能显著提高被加固混凝土构件的刚度和强度。
(2)由于本发明的FRP纤维材料是嵌贴在混凝土保护层内，从而能使FRP纤维材料受到保护，避免磨损和撞击等意外荷载作用，适合于桥面板和连续梁负弯矩区域的加固。
(3)本发明的混凝土表面处理工作量小，施工时间短，便于与相邻构件锚固，可以采用水泥基粘结剂，因而能应用于高温、潮湿的加固工程。
(4)本发明还能提高加固材料的耐火等级和耐久性。
附图说明
图1为本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，本发明主要由混凝土结构层、以及依次层叠在其表面上的底胶层、找平层、浸渍胶层及FRP纤维材料层组成。其中，底胶层、找平层及浸渍胶层均分别由结构胶粘剂中的底层胶、修平胶和浸渍胶构成。该结构胶粘剂在本发明中起着重要的作用，它在FRP纤维材料与混凝土结构层间起到粘结作用并传递体系中宏观的力学性能。
在混凝土表面涂刷底层胶之前，需要先处理疏松、软弱的混凝土结构层的表面，至混凝土坚硬的界面。接着涂刷底层胶以提高混凝土表面的强度，以及混凝土结构层和胶粘剂的粘结性。为了防止混凝土表面和碳纤布间留有空隙，结构层表面必须平滑，对轻微凹凸和不平整处，要用修平胶进行找平处理。表面修复工序完成后，在修复的表面涂刷浸渍胶，并在浸渍胶硬化前将FRP片材粘贴于其上。粘贴FRP纤维材料时应将FRP纤维材料按尺寸裁好，用脱泡滚筒沿纤维方向多次滚压，使FRP纤维材料充分浸渍于胶粘剂中，使其平整、无气泡。
由于用于粘结FRP纤维材料的底层胶粘剂是涂在经过去除污垢、灰尘、浮浆等表面处理工序后的坚硬的混凝土界面上，在此界面上有很多微空穴和微裂缝，包括稍大的气泡空穴和极微的毛细空穴。底胶层与混凝土结合层在FRP纤维材料粘贴于混凝土界面之间起到渗透层的作用。FRP纤维材料粘贴混凝土受力体系中的应力正是通过该渗透层传递至混凝土的，当FRP纤维材料与混凝土粘贴在一起时，胶粘剂接触到混凝土表面后就渗入到这些微空穴和微裂缝中去，等胶粘剂受压固化后，胶粘剂就把混凝土与FRP纤维材料两者紧紧地“铆”在一起结合为一个整体共同工作，从而充分发挥FRP纤维材料高强度的特性。
界面粗糙程度与粘结强度也有一定关系，在一定范围内混凝土界面的粗糙度越大那么界面的粘结强度就越高，这是由于增大了混凝土基层表面的空隙面积，从而增大了胶粘剂与混凝土的接触面积，增加了机械咬合力的“铆”接点，另一方面胶粘剂渗入混凝上表面微裂缝中，抑制了混凝上表层微裂缝的继续扩展，使界面表现出较高的粘结强度。
在混凝土表面粘贴FRP纤维材料受力体系中，FRP纤维材料与胶粘剂之间的宏观力学性能是通过分子间的吸附作用传递的。吸附力的产生过程分为两个阶段，第一阶段是胶粘剂的大分子通过布朗运动迁移至被粘物基体表面，胶粘剂中的极性基团逐渐向被粘物极性基团靠近；第二阶段是吸附作用，当胶粘剂与被胶物之间的距离小于5A(埃)时，分子间的引力发生作用。吸附力包括氢键、色散力、偶极力、诱导偶极力。当两个理想平面距离为10A(埃)时，分子间的吸附力可达10～102MPa，距离为3～4A时可达102～103MPa，这个数值已远远超过结构胶粘结剂所能达到的胶粘强度。虽然理想平面很难达到，一般不超过1％，但是只要胶粘剂充分浸润FRP纤维材料材料表面，分子间的吸附力足以产生很高的粘结强度。
总之，混凝土表面粘贴FRP纤维材料的粘结力是底层胶粘剂与混凝土之间界面的机械结合力，以及FRP纤维材料与胶粘剂之间的吸附力综合作用的结果，粘结力的大小取决于粘结体系中各层结构材料的界面形式、应力水平、分子类型等因素。
如上所述，便可以很好的实现本发明。

Claims (2)

1.一种混凝土表面粘贴FRP纤维材料的结构，其特征在于，主要由混凝土结构层、以及依次层叠在其表面上的底胶层、找平层、浸渍胶层及FRP纤维材料层组成。
2.实现混凝土表面粘贴FRP纤维材料的结构的方法，其特征在于，主要包括以下步骤：
(a)预先处理疏松、软弱的混凝土结构层的表面，直至混凝土结构层的表面形成坚硬的界面；
(b)在所形成的坚硬的混凝土结构层的表面均匀的涂刷底层胶；
(c)用修平胶对混凝土结构层表面的轻微凹凸和不平整处进行找平处理；
(d)在找平处理后的表面上均匀的涂刷浸渍胶，并在浸渍胶硬化前将FRP纤维材料粘贴于其表面上；
(e)用脱泡滚筒沿FRP纤维材料的纤维方向多次滚压，使FRP纤维材料充分浸渍于胶粘剂中，并确保其平整、无气泡。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102797336A (zh) * 2012-08-31 2012-11-28 苏州多凯复合材料有限公司 一种易粘接型纤维增强复合材料
CN103437328A (zh) * 2013-09-05 2013-12-11 山东省水利科学研究院 一种用于纤维复合材料闸门的防撞装置
CN108863184A (zh) * 2018-07-26 2018-11-23 辽宁省交通高等专科学校 一种粗糙化的frp-混凝土加固结构及制备方法和应用

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