*碳纖維複合材料介紹詳細內容*

強化纖維材料特性

強化纖維補強是近年來美、日等先進國家所研發的應用在土木工程的維修補強方法。一般而言,此種方法適合應用在柱補強,利用其緊密的貼著所產生之圍束力增加柱之韌性以達到增加耐震能力及增加抗壓能力的目的。



強化纖維補之材料一般而言具有以下之特性:

1.高強度:

強化纖維補強材料之強度普遍較鋼材為高,一些特製強化纖維材料張力強度甚至可達鋼材的四倍以上。

2.可增加斷面韌性:

強化纖維材料為一種高強度材料,應用在柱補強時因其材料所發揮之高圍束力使整體結構之韌性增加,而符合現行耐震規範之要求。

3.重量輕:

其比重比鋁還要輕,在同樣體積的材料下,強化纖維不但具有高強度、韌性,同時因其質量輕,故其所引致之地震力相對就小,所以就這點而言是相當優良的補強材料。

4.保持原先柱子之形狀不變:

不論是方形、矩形、六角形或任何幾何尺寸,經修補後,均保持原貌。

5.不受空間的影響:

強化纖維只要有10公分之淨空,便可施作,本系統適合這種狹窄空間施工。

6.耐久性及耐腐蝕性強:

強化纖維不腐蝕,對於鹽份、土壤及腐蝕環境之抵抗性甚強。


強化纖維補強方法簡介

施工順序:
1.面層處理

  1. 混凝土表面的劣化層(風化、游離石灰、脫模劑、剝離的砂漿、粉 ? 刷層、污物等)以砂輪機去除並研磨。

  2. 以空壓噴嘴、砂輪機和毛刷將粉塵及鬆動物質去除,用水洗淨時,必須使其充分乾燥。
2.斷面復舊

  1. 將混凝土面層的不良部份(剝落、孔隙、蜂窩、腐蝕等)清除。若有鋼筋外露情形,先做好防鏽處理,再以強度相等或大於混凝土的環氧樹脂砂漿、壓克力樹脂砂漿等材料修補。

  2. 裂縫以環氧樹脂灌注。

  3. 裂縫或打除部份若有漏水情形時,應先以其他方法,做止水、導水處理。
3.不平整修正

  1. 表面凸出部份(小突起等)以切割機或砂輪機將其削除並使其平滑,凹陷部份(打除部份)則以環氧樹脂補土或樹脂砂漿填補之。

  2. 轉角處需處理,凸角R=10mm以上,凹角則以樹脂砂漿填補。

4.底漆塗佈

氣溫在5℃以下,雨天或有可能結露時,不可施工。施工範圍的溫度、濕度確認後,選用適當的底漆。

  1. 將主劑和硬化劑依所規定的配比放置於拌合桶中,使用手提式電動拌合機,使其均勻的混合。一次的拌合量為在可使用的施工量,超過可使用的時間的材料,不可使用(可使用時間依材料使用說明指示)。

  2. 以毛刷滾輥均勻塗佈,依現場狀況決定是否塗佈第二道(初乾之後)。塗佈量隨施工面的方向及粗糙的程度有所變化。

  3. 指觸乾燥時間約3個小時~12小時。
5.單向強化纖維的粘貼

氣溫在5℃以下,雨天或有可能結露時,不可施工。施工範圍的溫度、濕度確認後,選用適當的環氧樹脂。

  1. 纖維布預先以剪刀、刀子依所設計的尺寸大小裁好。依使用量、裁剪尺寸、長度在兩米以內最適當。為防止保管期間的破損,裁剪數量只裁所需用的數量。

  2. 施工面的底漆乾燥以指觸確認。底漆施工超過一個星期以上時,應以砂漿磨平。

  3. 將環氧樹脂的主劑和硬化劑依所規定的配比放置於拌合桶中,使用手提式電動拌合機,使其均勻的混合。一次的拌合量為在可使用時間內的施工量,超過可使用時間的東西,不可使用。(可使用時間依使用說明指示)。

  4. 環氧樹脂用毛刷滾輥平均塗佈(塗於底漆上)。塗佈量因施工面的方面、粗糙度等影響會有變化,轉角部份要多塗。

  5. 單向強化纖維粘貼於樹脂塗佈面後,撕去離型紙,然後以毛刷滾輥和橡皮刮刀順著纖維方向用力雇平兩、三次,使樹脂浸透並去除氣泡。

  6. 粘貼後放置30分鐘,若纖維有浮出或脫線情形發生時,以滾輥或橡皮刮刀壓平修正。

  7. 單向強化纖維表面再塗佈樹脂(塗於面層)。與(5)相同要領,以毛刷滾輥或橡皮刮刀順著纖維方向用力推展,使樹脂充分浸透和補充。(8)兩層以上的強化纖維相疊粘貼時,重覆(4)~(7)的步驟。

6.養護

室外施工時,為了不讓雨水、砂、灰塵等附著於上,必須使用塑膠布保護。

  1. 單向強化纖維補強施工後,等到指觸乾燥的時候,用塑膠布覆蓋防止雨淋,要注意覆蓋布不要碰觸到施工面。

  2. 覆蓋布的養護需要24小時以上。

  3. 為達成設計強度,下列養護時間是必要的。
?????? 平均氣溫10℃,養護期間兩週。
?????? 平均氣溫20℃,養護期間一週。

7.完工後面層保護噴塗

  1. 強化纖維本身有阻擋紫外線防止樹脂劣化的效果。施工面如受日光直接照射時,耐候性塗料及樹脂砂漿噴塗保護較為適當。

  2. 噴塗保護要等樹脂初期硬化後施行。

  3. 施工要依各種塗料的標準施工法施工。


 

施工注意事項

 
1.溫度

在低溫狀況下,底漆(Primer)及環氧樹脂(Epoxy)粘度會增加,硬化反應較遲緩。會引起硬化反應不良之狀況。冬季或寒冷地帶,施工條件要慎重檢討,氣溫有5℃以下不可施工。

2.濕氣

水分的存在會阻礙底漆及環氧樹脂的粘著。有漏水情形時,先做止水、導水處理,有可能結露的時候不可施工。

3.表面不平

表面凹凸或角落的部位,粘貼強化纖維時容易浮起。高差應修正在1mm以內,凸角取R=10mm以上,凹角用樹脂砂漿填補使其平滑。

4.底漆(Primer)及環氧樹脂(Epoxy)的處理

粘度以加溫來調整,不可以有機溶劑等來稀釋。主劑與硬化劑混合後,嚴守有效使用時間,超過使用時間的東西不可使用。

5.強化纖維的處理

強化纖維不可隨意折疊。粘貼時,纖維(長向)方向,預留10cm的搭接長度,短方向則不用。

 

裂縫修補方法示意圖

EPOXY 裂縫注射(RC構件,裂縫寬度>0.3m/m時適用)




混凝土結構裂縫允許寬度值表

 
 
依耐久性之需要所允許的最大裂縫 [AC1224委員會]
條          件 容許最裂縫寬度(mm)
乾燥空氣中或有保護層的場合 0.40
濕空氣中、土中 30
與凍結防止劑接觸之場合 0.175
反覆承受海水、潮風造成的乾濕影響的場合 0.15
水密性構之構材 0.10
    [CEB.FIP國際指針]
條件 容許最大裂縫寬度(mm)
同時承受永久荷重與長期作用下的變動荷重之作用時 同時承受永久荷重與較不利的變動荷重之作用時
有害的露出條件下之構材 0.3 0.2
沒有保護措施的構材 0.2 0.3
有保護措施的構材 0.3 視美觀上的需要而定
 
國名 提案者等 容許最大裂縫(mm)
日本 運輸省
日本工業規格
港灣構造物    
離心力鋼筋混凝土管設計荷重時 0.25
設計moment 作用時 0.05
設計荷重、設計moment 解除時    
法國 Brcard     0.4
瑞典     路橋 僅有靜荷重時 0.3
靜荷重+活荷重1/2 0.4
美國 ACI建築規準 屋內構材 屋外構材 0.38
蘇聯 鋼筋混凝土規準     0.2
歐洲 歐洲混凝土委員 受有相當侵蝕作用構造之構材 0.1
無防護措施的普通構造之材 0.2
有防護措施的普通構造物之構材 0.3
 
建築用途變更或結構加強之樑、柱鋼板補強
RC樑之鋼板補強研究
§鋼鈑---EPOXY補強工法

1.樑鋼鈑補強大樣圖

B-B
A-A

先將粉刷層剔除。
將鬆脫不牢固之混凝土打除,打除後將粉屑清除乾淨。
使用補強灰泥AE130ABC修補蜂巢。
使用AE160裂縫注射劑修補裂縫。
將鋼鈑預組在樑上,樑鈑使用SS41鋼材,採全滿焊施工。
鑽孔施打化學錨栓(M12)。
封口(包含化學錨栓及鋼鈑邊)。
灌注EPOXY(AE140)直到透氣孔溢滿出為止。

化學錨栓使用建議:

灌注EPOXY樑深≧40cm或鋼鈑厚度≧12mm,採AEG M16施做。
灌注EPOXY樑深<40cm且鋼鈑厚度<12mm,採AEG M12施做。
灌注EPOXY柱之短面長度≧30cm或鋼鈑厚度≧12mm,採AEGM16施做。
灌注EPOXY柱之短面長度<30cm且鋼鈑厚度<12mm,採AEGM12施做。
以上間距皆採採40cm上下交錯為原則。

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2.柱鋼鈑補強大樣圖

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??????????? A-A

先將粉刷層剔除。
將鬆脫不牢固之混凝土打除,打除後將粉屑清除乾淨。
使用補強灰泥AE130ABC蜂巢修補。
使用AE160裂縫注射劑修補裂縫。
將鋼鈑預組在樑上,樑鈑使用SS41鋼材,採全滿焊施工。
鑽孔施打化學錨栓(M16)。
封口(包含化學錨栓及鋼鈑邊)。
灌注EPOXY(AE140)直到透氣孔溢滿出為止。

前言
  既有的RC構架往往因某些特殊的原因(如火害、材質劣化、使用載重增加...),而必須予以補強以確保結構安全。補強的方式一般可分為改變結構系統及增加結構元件(如樑、柱)的強度等二種方式。在改變結構系統方面,有加牆、加斜撐甚至加柱等方式,使力量傳遞系統作一總體性的改變,以達到分擔原結構桿件力量的目的,進而增加原總體結構強度。在增加原結構元件強度方面,則鋼板(或F.R.P等)補強乃為目前最常被採用的式之一。一般而言,若不影響原構造物的使用機能,則改變原結構系統實為一最經濟有效的結構補強方式。然對一構造物而言,加牆或加柱的結構系統力量轉化方式,往往會使原構造物的使用機能喪失,當然也就使得此補強方式產生實用上的困難。在此狀況下,強化原結構元件強度的補強方式,雖然不甚經濟,但在總體效益的考量下(使用機能重於補強成本),也就變成極受青睬的結構補強方式之一。

  RC結構元件的補強方式,一般有鋼板(或F.R.P)貼片補強及增大構件斷面尺寸及鋼筋等兩種方法。增大構件斷面尺寸及鋼筋的補強方式,在設計時祗要注意新舊混凝土交界面的施工方式及新增鋼筋的搭接、錨錠等細節,其成效可用現有RC理論作一評估,進而達到補強結構的目的。然而增大構件尺寸,必然造成使用空間的減少,在寸土寸金的都會區,此種補強方式,往往不易被人接受,故使得鋼板貼片的補強方式,增加了其被採用的有利條件。


  實際RC構架中可行的施工方式,於樑兩側以環氧樹脂粘貼鋼板,並在適當位置加設錨錠螺栓,則此在兩側粘貼鋼板的RC樑視為一垂直向部分複合的三明治樑。此垂直向部分複合三明治樑經適當撓曲理論分析顯示,兩側粘貼鋼板的補強方式,實可同時補強原RC樑的彎矩及剪力強度。本文即據此理論分析及相關試驗結果,提出一個簡易可行的設計表格及設計方法,供結構工程師在RC樑補強設計時採用。

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H型鋼補強

建築用途變更或結構加強之樑、柱型鋼補強

§ 增設H型鋼補強工法

 

在兩端RC樑上,正確安裝化學錨栓。
端鈑及連接鈑依圖面所示,於工廠加工完成一體,送至施工現場。
將端鈑(含連接鈑)安裝在正確位置上。
吊裝H型鋼,兩端以高張力螺絲(H.T.B)與連接鈑鎖定在一起,完成吊裝。
鋼樑頂部與樓版間隙,以環氧樹脂填滿。
端鈑與RC樑間隙,以環氧樹脂填滿。
鋼樑表面以紅丹底漆防銹。

增設小樑補強

施工步驟

  1. 在兩端RC樑上,正確安裝化學錨栓.
  2. 端鈑及連接鈑依圖面所示,於工廠加工完成一體,送至施工現場.
  3. 將端鈑(含連接鈑)安裝在正確位置上.
  4. 吊裝H型鋼,兩端以高張力螺絲(H.T.B)與連接鈑鎖定在一起,完成吊裝.
  5. 鋼樑頂部與樓版間隙,以環氧樹脂填滿.
  6. 端鈑與RC樑間隙,以環氧樹脂填滿.
  7. 鋼樑表面以紅丹底漆防銹.


海砂屋

各式的海砂屋專業修補工法

火害

火災災後結構安全修復補強施工

樓板補強

§裂縫修補方法示意圖

(A). AE160 裂縫注射(RC構件,裂縫寬度>0.2m/m時適用)




仔細量測裂縫的寬度,長度和形狀,確定施工的順序。
使用鋼絲刷或砂輪機等,將預定塗密封劑的部份磨平,露出堅實的表面。

 

  


視裂縫的寬度和形狀,決定注入的位置。

 


使用密封劑把注入用底座安裝好,使其固定底座的中心要和裂縫中心吻合。

 


用密封劑把裂縫的表面確實封固,使注入的樹脂不致流失,標準是沿裂縫線作寬度30m/m,厚度3m/m的封帶。

 

  

 


確定密封劑是否硬化。
以AE150低壓持續注射方式,注入AE160。

 

 

 

 

 


注入的樹脂硬化後,撤去注筒。
卸下底座,用砂輪機磨去密封劑使表面平坦。

 

 

 

(B). 切V槽EPOXY填縫 (磚牆適用)

 

 


 切V槽或U槽,寬1cm以上,深1cm以上。
 將槽內灰塵清除乾淨(空壓機高壓空氣)
 以EPOXY砂漿將V槽填滿。
 隔日,再使用彈性塗料,塗刷表面2次。

 

 

(C). 切V槽彈性填縫膠填縫 (輕質磚牆或兩種不同材質之間裂縫適用)


 切V(U)槽,寬度,深度≧1cm。
 以高壓空氣將槽內灰塵清除乾淨。
 以彈性填縫膠,將V槽填滿。
 隔日,表面黏貼玻璃纖維網。
 最後,使用彈性塗料,塗刷2次。

 

(D). 彈性塗料表面封塞塗佈 (粉刷裂縫適用)

 裂縫表面灰塵,雜質清除乾淨。
 使用彈性塗料,塗刷2次。

PS 本工法得視裂縫情況,加纖維網補強之;且有時會視工地現場及裂縫情況,交互使用。

樑因管路穿孔或撓度變化補強
樑彎矩鋼板補強施工法

  1. Rc結構裂縫先行以低壓注射裂縫工法,灌注EPOXY補強。
  2. 影響施工之管線先行遷移。
  3. 粉刷層去除至RC結構體。
  4. Rc結構體起砂處及崩裂處先行以EPOXY-界面接著劑塗刷,再以EPOXY-輕質膠膏(或EPOXY砂漿)修補。
  5. SS400-8mm鋼板安裝與M12化學錨栓固定,錨栓間距30cm。
  6. 鋼板及錨栓四周以EPOXY-封塞劑(AE111)封邊。以防高壓灌注爆裂漏漿並於高處預留排氣孔。
  7. 鋼板內灌注EPOXY-鋼板接著劑由低壓處高壓灌注,至由排氣孔溢出為止。
  8. 隔日檢覈該鋼板之灌注程度,補足至灌滿為止。
  9. 鋼板外側二道防鏽漆處理。
  10. 完工須負責任施工證明書及原廠供料證明。

蜂巢修補
§補強灰泥及裂縫灌注工法

 


施工步驟
 將劣質混凝土鑿除,直到堅實混凝土面為止。
 將修補面上之灰屑,污物清除乾淨。
 預留環氧樹脂注射管及排氣管。
 修補表面先以環氧樹脂砂漿(AE130ABC補強灰泥)填補。
 待硬化後,準備灌注環氧樹脂(AE160)。
 由注射管灌注,直到排氣管漿溢出為止。
 隔日將排氣管及注射管切除。
§無收縮水泥蜂巢修補工法

 

 

 

 

 

 


施工步驟

將劣質混凝土鑿除,直到堅實混凝土面為止。

將修補面上之灰屑,污物清除乾淨。

以四分夾板封模,並將四週縫隙填實。

於底部留一注入孔及頂部留一排氣孔。

由底部灌注無收縮水泥(AC100或AC110),直到排氣管漿溢出為止。

隔日將排氣管及注射管切除。

結構體系統補強

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