碳纖維加固技術(shù)在小河口泵站改造中的應(yīng)用

李文君

（河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，天津 300250）

碳纖維加固技術(shù)在小河口泵站改造中的應(yīng)用

李文君

（河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院，天津 300250）

碳纖維布加固技術(shù)是指采用高性能粘結(jié)劑將碳纖維布粘貼在混凝土構(gòu)件表面，使兩者共同工作，有效提高構(gòu)件的極限承載力和改善構(gòu)件的變形性能，采用合理的粘貼構(gòu)造和錨固措施，以達(dá)到較好的加固效果。

碳纖維；電機(jī)梁；加固

1 工程概況

小河口泵站位于河北省玉田縣楊家板橋鎮(zhèn)小河口村西北薊運(yùn)河左岸，屬海河流域。小河口泵站為灌排兩用的中型泵站，工程等別為Ⅲ等，防洪標(biāo)準(zhǔn)為20a一遇，設(shè)計(jì)排澇標(biāo)準(zhǔn)為5a一遇，設(shè)計(jì)流量18m3/s，總裝機(jī)容量為1960kW。其安裝有7臺(tái)機(jī)組，水泵為立式軸流泵，泵站承擔(dān)著0.64萬(wàn)hm2農(nóng)田的排水和0.72萬(wàn)hm2農(nóng)田灌溉任務(wù)。

小河口泵站建于1965年，由于受當(dāng)時(shí)特定歷史時(shí)期經(jīng)濟(jì)、社會(huì)條件的限制，又經(jīng)歷了1976年唐山大地震的考驗(yàn)，電機(jī)梁出現(xiàn)不同程度的碳化和裂縫現(xiàn)象，為改善小河口泵站的運(yùn)行條件，需要更換水泵、電機(jī)及主要機(jī)電設(shè)備，從而導(dǎo)致電機(jī)梁荷載的增加，增加幅度為15%，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)以及計(jì)算復(fù)核原有結(jié)構(gòu)難以滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求，要想提高電機(jī)梁的承載能力，必須對(duì)電機(jī)梁進(jìn)行加固處理。

2 電機(jī)梁梁體檢測(cè)

2.1 檢測(cè)內(nèi)容及方式

檢測(cè)內(nèi)容包括：①裂縫、缺損等外觀缺陷；②強(qiáng)度、碳化深度及鋼筋保護(hù)層厚度；③鋼筋銹蝕程度。

檢測(cè)方式包括：①外觀檢測(cè)，檢查混凝土各構(gòu)件是否變形、開(kāi)裂、露筋；②回彈試驗(yàn)綜合法檢測(cè)混凝土強(qiáng)度；③采用打孔（準(zhǔn)16），注射化學(xué)液的方法檢測(cè)混凝土碳化深度；④采用讀數(shù)顯微鏡、游標(biāo)卡尺檢測(cè)電機(jī)梁裂縫、露筋、銹蝕等。

2.2 檢測(cè)結(jié)果分析

檢測(cè)結(jié)果顯示，小河口泵站電機(jī)梁混凝土碳化較嚴(yán)重，混凝土保護(hù)層鼓脹15處，局部存在裂縫，且個(gè)別梁體端部存在梁側(cè)與梁底面U型連通縫，碳化深度達(dá)5～22mm，未發(fā)現(xiàn)鋼筋外露及銹蝕情況。通過(guò)對(duì)各測(cè)區(qū)所代表的不同構(gòu)件和部位混凝土的強(qiáng)度值的分析，推定混凝土強(qiáng)度值為11.0MPa。根據(jù)裂縫的形態(tài)判斷U型連通縫的產(chǎn)生推斷為地震引起。

3 電機(jī)梁受力分析

由于小河口泵站更新改造工程是在不改變?cè)斜梅拷Y(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，更換水泵、電機(jī)和主要機(jī)電設(shè)備，其荷載較原有設(shè)備增加15%，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)及計(jì)算復(fù)核原有結(jié)構(gòu)難以滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求，要想提高電機(jī)梁的承載能力，必須對(duì)電機(jī)梁進(jìn)行加固處理。被加固的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)混凝土強(qiáng)度等級(jí)不得低于C15，而小河口泵站電機(jī)梁實(shí)測(cè)強(qiáng)度為11 MPa（＞10MPa），滿足加固要求，為縮短工期、節(jié)省投資，優(yōu)先考慮了碳纖維布對(duì)電機(jī)梁進(jìn)行加固。

通過(guò)結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析，原有構(gòu)件承載能力偏低，其彎矩計(jì)算值為145.3kN·m，設(shè)計(jì)條件變更后，結(jié)構(gòu)構(gòu)件所應(yīng)抵抗最大彎矩值為176.0kN·m，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度還需要提高21.1%，滿足碳纖維加固不超過(guò)40%的提升空間，依據(jù)受彎構(gòu)件加固計(jì)算理論，進(jìn)行了正截面、斜截面的加固計(jì)算，需在受拉區(qū)梁體粘貼兩層高強(qiáng)度Ⅱ級(jí)、厚度0.167mm的碳纖維布，并在延伸長(zhǎng)度范圍內(nèi)設(shè)置間距15cm、寬25cm采用單層碳纖維布的U型箍。

4 電機(jī)梁加固工程措施

4.1 裂縫修補(bǔ)

對(duì)于縫寬b＜0.3mm的裂縫，采用TB-Ⅲ混凝土寶涂抹修補(bǔ)表面；對(duì)于縫寬b≥0.3mm的裂縫，采用SK-E改性環(huán)氧樹(shù)脂漿材進(jìn)行低壓化學(xué)灌漿。

4.2 梁體加固

通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)結(jié)合結(jié)構(gòu)受力分析，推薦采用碳纖維布對(duì)梁體進(jìn)行加固，采用專門配制的改性環(huán)氧樹(shù)脂膠粘劑粘貼高強(qiáng)度Ⅱ級(jí)、厚度0.167mm的碳纖維布。

粘貼碳纖維結(jié)構(gòu)加固技術(shù)是指采用高性能粘結(jié)劑將碳纖維布粘貼在建筑結(jié)構(gòu)構(gòu)件表面，使兩者共同工作，有效提高構(gòu)件的極限承載力和改善構(gòu)件的變形性能，采用合理的粘貼構(gòu)造和錨固措施，以達(dá)到較好的加固效果。與傳統(tǒng)加固工藝相比，碳纖維片加固技術(shù)具有工期短、節(jié)能和環(huán)保、操作方便、加固效果好等特點(diǎn)。

5 施工工藝及方法

混凝土梁體的加固處理應(yīng)在除自重外無(wú)其他荷載的情況下進(jìn)行。

混凝土表面處理：清除加固梁底及U型箍處的障礙物；梁底面及U型箍部位混凝土表面必須反復(fù)打磨平整，去除混凝土劣化部分；梁邊角打磨成R=30mm的圓角，以防邊角處纖維復(fù)合材應(yīng)力過(guò)于集中，受力后局部破壞。

打磨平整后，用壓縮空氣吹盡混凝土表面浮灰，保持混凝土表面光潔、平整。如有必要，在粘貼纖維布前用丙酮去除混凝土表面的油脂。

對(duì)裂縫部位處理：①對(duì)于縫寬b＜0.3mm的裂縫，采用TB-Ⅲ混凝土寶涂抹修補(bǔ)表面；②對(duì)于縫寬b≥0.3mm的裂縫，采用SK-E改性環(huán)氧樹(shù)脂漿材進(jìn)行低壓化學(xué)灌漿。

用刮板將調(diào)合均勻的底膠均勻的涂刷在梁的底面及U型箍處，待膠體固化后再進(jìn)行下一工序施工。調(diào)好的底膠須在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)用完，一般情況下為40min。

混凝土表面凹陷部位及模板接頭等出現(xiàn)高度差的部位應(yīng)用TB-Ⅲ混凝土寶填補(bǔ)，填補(bǔ)后對(duì)混凝土表面存在的凹凸糙紋再用砂紙打磨平整。

用刮板將調(diào)合均勻的膠粘劑均勻的涂刷在底膠上需粘貼碳纖維布的地方，涂量標(biāo)準(zhǔn)為500～600g/m2；隨即按設(shè)計(jì)要求把已裁剪好的碳纖維布粘貼在設(shè)計(jì)部位，然后用專用滾子沿纖維受力方向在碳纖維布上滾壓多次，使粘結(jié)膠浸入碳纖維中，并擠出汽泡。待指觸干燥后，即可進(jìn)行第二道碳纖維布的粘貼，方法同第一道。

碳纖維布粘貼完成，待指觸干燥后，再均勻的刮涂一層粘結(jié)膠，涂量標(biāo)準(zhǔn)為200～300g/m2，來(lái)回滾壓，使膠充分滲入到碳纖維布中去。

在膠體固化前應(yīng)全面檢查粘貼質(zhì)量，如發(fā)現(xiàn)有局部空鼓現(xiàn)象，可用注射器注入粘結(jié)膠補(bǔ)充粘貼。

碳纖維布長(zhǎng)度不足需要搭接時(shí)，搭接長(zhǎng)度不應(yīng)小于150mm，且端部用橫向碳纖維布固定。

為了防止碳纖維布老化，使碳纖維布表面的顏色與原混凝土接近，在碳纖維表面涂刷一層TB-Ⅱ混凝土寶防碳化涂料。

養(yǎng)護(hù)：粘貼碳纖維片后需自然養(yǎng)護(hù)24h達(dá)到初期固化，達(dá)到平均氣溫在10℃以下時(shí)，需要養(yǎng)護(hù)14d；平均氣溫在10℃以上時(shí)，需要養(yǎng)護(hù)7d。在此期間應(yīng)防止碳纖維貼片受到硬性沖擊。

6 結(jié)語(yǔ)

碳纖維布加固技術(shù)是指采用高性能粘結(jié)劑將碳纖維布粘貼在混凝土構(gòu)件表面，使兩者共同工作，有效提高構(gòu)件的極限承載力和改善構(gòu)件的變形性能，經(jīng)過(guò)在小河口泵站更新改造工程中的應(yīng)用，其施工簡(jiǎn)便，性能可靠，不僅縮短了工期，降低了施工成本，經(jīng)濟(jì)效果顯著，達(dá)到較好的加固效果。

［1］河北省水利水電勘測(cè)設(shè)計(jì)研究院.河北省唐山市玉田薊運(yùn)河泵站更新改造工程小河口泵站技施設(shè)計(jì)說(shuō)明［R］.2006.

［2］GB50367—2006， 混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［3］SL191—2008，水工混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.

［4］黃國(guó)興.水工混凝土建筑物修補(bǔ)技術(shù)及應(yīng)用［M］.中國(guó)水利水電出版社，1999.

［5］張有才，段敬民.建筑物的檢測(cè)、鑒定、加固與改造［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，2001.

［6］趙彤，謝劍.碳纖維布補(bǔ)強(qiáng)加固混凝土結(jié)構(gòu)新技術(shù)［M］.天津：天津大學(xué)出版社，2000.

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1672-9900（2010）04-0070-02

2010-07-26

李文君（1964-），女（漢族），河北豐潤(rùn)縣人，高級(jí)工程師，主要從事水利工程設(shè)計(jì)工作，（Tel）022-26154644。