[发明专利]一种复层包覆碳纤维加固防火隔热体系及其施工方法

说明书

本发明公开了一种复层包覆碳纤维加固防火隔热体系及其施工方法，沿原结构构件的表面依次设置碳纤维加固层、密封隔热层和阻燃层，碳纤维加固层依次包括结构底胶、碳纤维阻燃浸渍胶和碳纤维布，密封隔热层依次包括隔热膏、成膜剂和气凝胶毡；阻燃层依次包括自粘防火包带和厚质防火涂料。本发明利用碳纤维粘贴操作简单方便的优点，能够有效缩减施工工期且加固效果良好；设置的密封隔热层导热系数低，阻燃层耐火时间长；操作简单、施工方便、附着性强；具有显著的经济效益和广阔的应用前景。

技术领域

本发明属于既有建(构)筑物加固与防火技术领域，具体涉及一种用于既有结构的复层包覆碳纤维加固防火隔热体系及其施工方法。

背景技术

我国既有建(构)筑物面积已突破700亿平方米，由于受到环境腐蚀、老版规范安全度水准低等因素的影响，其中很大一部分已无法满足延续使用或功能改造的需要，同时伴随着锈蚀、裂缝、变形超限等种种问题，对既有建(构)筑物进行补强加固已成为土木工程领域的一个重要分支，且具有巨大的经济效益和社会效益。

近些年来，碳纤维增强复合材料(CFRP)以其轻质高强、抗疲劳、施工方便等方面的优点，在民用建筑、工业建筑、桥梁、海岸工程、地下工程等结构加固中得到广泛应用。其常用方法是使用结构浸渍胶将碳纤维片材粘贴在结构构件的受拉表面，或者包裹住受压构件，从而实现对既有结构进行补强加固，提高其承载力和变形能力。

然而，碳纤维加固混凝土结构的耐火性与耐高温性能极差，采用粘贴碳纤维加固修复既有结构，长期使用环境温度不应高于60℃。众所周知，碳纤维片材与原结构的有效粘结是碳纤维加固技术的关键，由于环氧树脂胶粘剂多为环氧类有机物，在温度超过其玻璃化温度时将发生软化或分解，丧失传递纤维间剪力和防止纤维屈曲的作用；而且碳纤维片材与原结构的热膨胀系数差异显著，频繁的热循环将导致界面损伤累积，降低加固层寿命，有研究发现，在经历400分钟的0～50℃热循环作用后，碳纤维加固钢材的粘结强度降低达30％。此外，碳纤维材料本身不具有足够的防火能力，在有氧情况下，温度高于400℃时,碳纤维即发生明显氧化，燃烧并释放有毒烟雾。因此，无任何防火隔热保护措施的碳纤维加固结构将很难满足防火要求，更无法直接用于高温环境下(如工业环境)的结构加固与补强。当面临火灾或高温时，碳纤维加固层将迅速脱落，失去加固效果，结构将面临失效或倒塌风险，造成巨大的安全隐患。

目前针对碳纤维加固混凝土或钢结构的耐火、耐高温性能已开展了部分研究工作，但并没有形成相关规范或规程指导实际工程应用。现有技术并没有把结构加固后的防火隔热处理作为重点。在现有的加固结构中，由于规程缺乏可操作性，多数仅仅在碳纤维表面粉刷一层砂浆，难以保证防火要求和高温条件下的安全性。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种复层包覆碳纤维加固防火隔热体系及其施工方法，有效提升结构服役性能的同时，提高碳纤维加固体系的耐火极限和耐高温性能，延缓火灾蔓延及高温下的加固性能劣化，为人员撤离和灭火赢得充足时间，解决火灾或高温条件下提升既有结构安全性与长效保持其加固性能的技术难题。

本发明采用以下技术方案：

一种复层包覆碳纤维加固防火隔热体系，沿原结构构件的表面依次设置碳纤维加固层、密封隔热层和阻燃层，碳纤维加固层依次包括结构底胶、碳纤维阻燃浸渍胶和碳纤维布，密封隔热层依次包括隔热膏、成膜剂和气凝胶毡；阻燃层依次包括自粘防火包带和厚质防火涂料。

具体的，碳纤维阻燃浸渍胶中掺入有氮、磷系阻燃剂，掺入量为20％～30％。

具体的，按质量份数计，隔热膏包括：环氧树脂胶粘剂100份、纳米氧化锌粉20～30份、贝壳粉15～20份、碳化物气凝胶5～15份、稀土添加剂10～15份、稀土粘结剂2～3份和玻璃纤维0.1～0.5份。

进一步的，纳米氧化锌粉的粒度为20～50nm；气凝胶颗粒的粒度为1～3μm，孔隙率为80％～90％；贝壳粉粒度大于325目。