要点速览
- 脱粘按尺寸分级判定:单处面积小于2 in²的脱粘点,只有在脱粘总面积占比低于5%、且每10 ft²内不超过10处时才可验收通过;2–25 in²需要环氧注胶修复;≥25 in²必须切除、修补,并经工程师签字确认。
- 拉拔试验须同时满足两个条件才算合格:>200 psi(1.4 MPa)并且破坏发生在混凝土基材内部(ASTM D7522 Mode G)。
- 施工中途树脂用尽是无法补救的——首次浇注的树脂一旦凝胶,几小时后再补加也只会在干纤维表面形成一层膜。务必提前算好所需树脂总量。
大多数湿法铺贴CFRP的缺陷——起泡、脱粘以及树脂不饱和(贫纤维干区)层压板——在施工阶段都是可以预防的,规范给出了客观限值来判定验收还是修复。本文将说明每种缺陷是什么、如何判断成因、如何检测,以及决定验收、注胶还是切除修补的尺寸阈值,依据为 ACI 440.2R 与 ACI SPEC-440.12-22。要想一次施工到位,请参见碳纤维布施工方法。
常见的湿法铺贴缺陷有哪些?
验收人员遇到的情况基本可归为四类。气泡/起泡——被困的空气或蒸汽把层压板从基材或层间顶起。脱粘——某一区域内粘结失效,是规范分级最严格的缺陷。树脂不饱和(干纤维)——纤维从未被完全浸透,原因是树脂用量不足或树脂超过了适用期。以及富树脂——多余的无增强作用树脂,只会增加脆性、浪费材料,却不提升承载能力。前三种在结构上都很重要;分清是哪一种,才能决定怎么修。
起泡是如何形成的——如何判断成因?
起泡有两种成因机理,可通过出现的时机区分。在树脂尚湿时顶起的气泡,是卷入的空气或表面未填实的针孔/空隙——属于滚压和表面填补的问题。固化过程中出现的一片散布的小气泡,是湿气蒸汽从混凝土中透过尚未固化的树脂逸出所致,ACI 440.2R-23 §6.2 明确将其列为破坏粘结的机理。刺破测试可以确认是哪一种:刺破后只有气体、下方纤维干燥,说明是被困空气;若有湿气,则说明是蒸汽驱出——必须先从源头解决(按 ACI 503.4 检测基材含水率,改用耐湿底涂),否则任何修复都无法持久。
是什么导致了树脂不饱和(干纤维)层压板?
原因是树脂用量不足,或超过了适用期。树脂的作用是浸润并粘结纤维、在长丝之间传递荷载;一旦超过适用期,粘度会持续上升,不再能够渗透基材或使织物完全浸透(ACI 440.2R-23 §6.5)。这就是为什么施工中途树脂用尽是无法补救的——首次浇注的树脂一旦凝胶,几小时后再补加的树脂只会在表面形成一层皮,无法到达已经固定就位的纤维内部。解决办法在浇注前就要有纪律:提前算好一次连续湿法施工所需的树脂总量,按正确配比混合(例如 FSE322 按2:1,23°C下适用期约70 min),且绝不让一批料超出其可用时间窗。
缺陷如何检测与验收?
规范规定了两种现场方法。持续进行的目视检查与敲击检测用于绘制脱粘范围(该方法必须能可靠分辨≥2 in²的区域),拉拔试验(ASTM D7522)用于验证粘结强度。拉拔验收是一个两部分的判定:
| 拉拔试验结果 | 处理方式 |
|---|---|
| >200 psi(1.4 MPa)且为基材破坏模式 | 合格 |
| ≤200 psi,为基材破坏模式 | 工程师可酌情验收 |
| >200 psi,但非基材破坏模式 | 由工程师裁定/复测 |
检测频率为每1,000 ft²已安装FRP做3次拉拔试验,每天最少3次;若规定见证板,则每5,000 ft²做一块12×12 in.见证板(每天最少2块)。纤维方向偏离设计轴线超过±5°,须触发工程师的承载力复核。
如何按尺寸分级修复?
脱粘面积决定修复方式,依据 ACI SPEC-440.12-22 §3.5.3。
如何从源头预防这些缺陷?
预防其实就是一份简短的施工纪律清单。确认基材拉拔强度≥1.4 MPa(ACI)——FidStrong的树脂技术数据表要求≥1.5 MPa——并在打底涂之前检查基材含水率。在树脂凝胶前把卷入的空气滚压排出以实现完全浸润,并在前一层完全固化前铺设下一层(已固化的层需要机械打磨并用溶剂擦拭才能与下一层粘结)。提前算好树脂用量,使一个板面能在一次连续湿法施工中完成,并将纤维方向控制在±5°以内。省略这些准备工作,拉拔试验就会破坏在树脂内部或界面处,而不是混凝土基材中——参见表面处理和常见施工错误。
常见问题
敲击检测发现了一处名片大小的空鼓——需要修复吗?
这取决于总量,而不是单个点。单处小于2 in²的脱粘,只有在脱粘总面积保持在层压板面积的5%以下、且每10 ft²内不超过10处这类点时才可验收。任一限值超出,就需要低压环氧注胶修复(ACI SPEC-440.12-22 §3.5.3.1)。
拉拔试验读数为250 psi,但在树脂-混凝土界面处剥离——这算合格吗?
单凭这一点不能算合格。验收要求同时满足>200 psi并且破坏发生在混凝土基材内部(即 D7522 Mode G破坏)。读数虽高,但破坏发生在粘结层或界面处,属于非基材破坏模式——工程师可自行决定是否接受,或要求复测,但这并非自动合格。
一块板铺设到一半树脂用完了,三小时后才补完——如果外观看起来没问题,这算不算有问题?
算,不管外观如何,那一段都是浸润不足的。首次浇注的树脂一旦凝胶,后补的树脂只会在表面形成一层膜,无法浸润已经固定就位的纤维(§6.5)。用敲击检测或热成像绘出干纤维范围;小面积可以注胶,较大面积必须切除,并在一次连续湿法施工中重新铺贴,搭接到完好的FRP上。
施工完成一天后,某处出现了一片散布的起泡——是什么原因?
固化过程中出现一片散布的小气泡,说明是湿气蒸汽透过尚未固化的树脂从混凝土中逸出(ACI 440.2R-23 §6.2),而不是被困空气。先用刺破测试确认是否有湿气,再解决基材湿气问题(按 ACI 503.4 检测,使用耐湿底涂),然后才能做任何注胶修复——否则蒸汽同样会把修复层顶起。
除目视检查外,规范还要求什么检测频率?
拉拔试验(ASTM D7522)要求每1,000 ft²已安装FRP做3次,每天最少3次,合格标准为>200 psi且为基材破坏模式。若规定见证板,则每5,000 ft²一块12×12 in.见证板,每天最少2块。敲击检测的脱粘范围绘制是持续进行的,而非抽样。
富树脂(树脂过量)区域算缺陷吗?
它会浪费材料、增加脆性,却不提升承载能力,但规范并未像对脱粘那样为它设定数值验收限值。规范中按结构分级的缺陷是脱粘,进一步延伸则是拉拔试验和敲击检测能够发现的气泡与干纤维区域。施工目标应是完全、均匀的浸润,而不是表面富树脂。
FidStrong 在 ISO 9001、14001 和 45001 体系下生产 FSC 碳纤维布、浸渍树脂、底涂,以及用于修复的注胶树脂。本文中的验收与修复阈值依据 ACI 440.2R 与 ACI SPEC-440.12-22;请以适用规范和责任工程师的要求核实每一个数值和修复方法。
