碳纖維加固技術(shù)在煤倉(cāng)修補(bǔ)加固中的應(yīng)用

張志強(qiáng)

1 煤倉(cāng)加固原理

碳纖維布是由單項(xiàng)排列成束、高強(qiáng)度的連續(xù)纖維絲通過特殊方式組成。碳纖維布與粘結(jié)劑浸漬固化前,各碳纖維絲很難完全共同工作,這是由于在較低的荷載作用下,部分應(yīng)力值較高的碳纖維絲首先達(dá)到其極限抗拉強(qiáng)度斷裂退出工作狀態(tài)。隨著荷載的增加,其他部分碳纖維絲相繼達(dá)到所能承受的極限抗拉強(qiáng)度而發(fā)生斷裂,最終碳纖維布整體破壞。但碳纖維布經(jīng)粘結(jié)劑均勻涂刷并固化后,碳纖維布中的纖維絲通過膠體的作用絲與絲相互之間協(xié)同工作,極大地提高碳纖維布的抗拉強(qiáng)度。同時(shí),碳纖維布通過有效的搭接長(zhǎng)度使得先后粘貼的碳纖維布形成新的受力復(fù)合體共同承受外部荷載,從而起到修補(bǔ)加固煤倉(cāng)倉(cāng)體的效果。故采用碳纖維加固技術(shù)修補(bǔ)煤倉(cāng)的關(guān)鍵是將浸透了粘浸膠的碳纖維布粘結(jié)在煤倉(cāng)內(nèi)壁表面,并使其與煤倉(cāng)倉(cāng)體結(jié)合為一整體,通過它與煤倉(cāng)混凝土之間的協(xié)同工作,從而達(dá)到加固煤倉(cāng)的目的。

2 煤倉(cāng)加固前狀況

本煤倉(cāng)始建于1958年,已使用多年,煤倉(cāng)下方為裝車鐵道線(軌道頂面為煤倉(cāng)相對(duì)標(biāo)高的起始點(diǎn)),2.73 m～6.80 m之間為煤倉(cāng)漏斗部分,漏斗斜長(zhǎng)為4.79 m;6.80 m～16.68 m之間為煤倉(cāng)矩形筒體部分,煤倉(cāng)倉(cāng)體總高度為13.95 m。煤倉(cāng)矩形筒體部分上口矩形截面中心線尺寸為7 000 mm×7 000 mm,煤倉(cāng)漏斗部分下口截面中心線尺寸為1 300 mm×1 050 mm。煤倉(cāng)倉(cāng)體為鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu),由柱和墻兩類鋼筋混凝土構(gòu)件現(xiàn)場(chǎng)澆筑形成,柱截面中心線尺寸為700 mm×700 mm,矩形筒體及漏斗部分壁厚350 mm。皮帶傳送裝置把洗選后的煤塊送入煤倉(cāng),煤塊脫離皮帶傳送裝置以拋物線的軌跡在煤倉(cāng)內(nèi)運(yùn)動(dòng),直至砸到煤倉(cāng)內(nèi)壁后改變運(yùn)動(dòng)軌跡,最后裝入煤倉(cāng)下方停置火車的車廂內(nèi)。目前,煤倉(cāng)內(nèi)壁原先粘貼的耐磨材料受到煤塊長(zhǎng)期不斷地沖擊而脫落,鋼筋保護(hù)層的混凝土開裂、疏松、剝落,鋼筋大面積外露,影響煤倉(cāng)結(jié)構(gòu)的安全性與耐久性。

3 煤倉(cāng)加固施工

3.1 煤倉(cāng)加固施工流程

煤倉(cāng)加固施工流程圖見圖1。

3.2 施工工藝

1)處理煤倉(cāng)內(nèi)壁混凝土表面:a.鑿除煤倉(cāng)內(nèi)壁剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等劣化現(xiàn)象部位的混凝土;用硬毛刷蘸高效洗滌劑清洗倉(cāng)壁內(nèi)長(zhǎng)期附著煤塵的混凝土表面,煤塵清洗干凈后再用混凝土角磨機(jī)、砂輪等機(jī)具打磨混凝土表面直至露出嶄新混凝土面層。b.用角磨機(jī)將煤倉(cāng)內(nèi)壁柱子的陽角部位磨成圓弧狀,用修補(bǔ)膠將柱體與墻體相交陰角部位補(bǔ)成圓弧狀。c.煤倉(cāng)內(nèi)壁經(jīng)過打磨、修補(bǔ)后的混凝土表面要保持潔凈、平整,尤其是表面凸起的部位不允許留有棱角。2)修補(bǔ)煤倉(cāng)內(nèi)壁混凝土表面:煤倉(cāng)內(nèi)壁有裂縫的混凝土部位應(yīng)先用環(huán)氧砂漿對(duì)裂縫進(jìn)行封堵和表面抹平;煤倉(cāng)內(nèi)壁較大面積混凝土劣質(zhì)層鑿除后用環(huán)氧砂漿進(jìn)行修復(fù)。3)粘結(jié)膠配制:按設(shè)計(jì)要求規(guī)定比例、一次調(diào)和量、施工現(xiàn)場(chǎng)氣溫等因素計(jì)算出主劑、固化劑及其他材料用量。用臺(tái)秤準(zhǔn)確稱量配制粘結(jié)劑所需的主劑與固化劑用量,先將稀釋劑加入預(yù)先裝有主劑的特定潔凈容器中,用電動(dòng)攪拌器沿同一方向攪拌均勻,再將填料加入容器內(nèi)繼續(xù)攪拌至均勻,并防止灰塵等雜質(zhì)混入容器內(nèi),最后加入固化劑充分?jǐn)嚢琛?)涂刷底膠:用熱吹風(fēng)機(jī)將煤倉(cāng)內(nèi)壁表面吹干凈,保持干燥,然后用滾筒刷將配制好的底膠均勻地刷涂于干燥的混凝土表面,等膠固化后(手指觸感干燥為宜)盡快進(jìn)行煤倉(cāng)內(nèi)表面的修補(bǔ)找平。5)修補(bǔ)找平:煤倉(cāng)內(nèi)壁混凝土凹陷部位應(yīng)用刮刀嵌刮修補(bǔ)膠修補(bǔ)填平,修補(bǔ)后的混凝土表面不允許出現(xiàn)棱角。柱體陽角部位、柱體與墻體相交的陰角部位用修補(bǔ)膠修補(bǔ)成光滑的圓弧狀。6)粘貼碳纖維布:將配制好的粘浸膠用特制短毛滾筒均勻涂刷到待粘貼部位,在碳纖維布搭接、煤倉(cāng)柱體陽角、柱體與墻體相交陰角等部位要多涂些粘浸膠,嚴(yán)禁出現(xiàn)粘膠漏刷現(xiàn)象。在粘貼面無粉塵、臟物的情況下,先把裁剪好的碳纖維布粘貼到煤倉(cāng)內(nèi)壁粘膠表面,再用專用無毛滾筒在碳纖維布表面沿同一方向反復(fù)多次滾壓直至粘浸膠滲出碳纖維布外表面,以去除氣泡,使膠料充分浸潤(rùn)碳纖維布。需多層粘貼碳纖維布時(shí),應(yīng)在纖維布表面粘浸膠指觸干燥即進(jìn)行下一層粘貼,在最上一層碳纖維布表面均勻抹一層粘浸膠。7)養(yǎng)護(hù):碳纖維布粘貼完畢后,需自然養(yǎng)護(hù)24 h達(dá)到初期固化,并保證固化期間不受干擾。8)保護(hù):加固后的碳纖維表面固定高分子耐磨板。

4 施工技術(shù)要求

1)煤倉(cāng)內(nèi)壁凸出部位的混凝土用角磨機(jī)打磨平整,平整度要求在5 mm/m以內(nèi),柱體陽角部位、柱體和墻體相交的陰角部位需處理成光滑圓弧狀,圓弧半徑不小于10 mm。2)煤倉(cāng)內(nèi)壁混凝土表面底膠涂刷厚度應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)氣溫情況而定,刷涂厚度不超過0.4 mm,一般情況下1 h內(nèi)應(yīng)用完。3)煤倉(cāng)內(nèi)壁混凝土表面底膠固化時(shí)間與施工現(xiàn)場(chǎng)的溫度和濕度有關(guān),一般固化時(shí)間為2 d～3 d。4)除特殊要求外,碳纖維布長(zhǎng)度應(yīng)在3 m以內(nèi);碳纖維布縱向搭接長(zhǎng)度應(yīng)大于100 mm,橫向不需搭接。

5 質(zhì)量保證措施

1)環(huán)氧砂漿修補(bǔ)的混凝土表面要潔凈、平整,處于飽和狀態(tài),但不能有明水,先刷乳膠水泥凈漿,再刷環(huán)氧砂漿,砂漿凝固后即進(jìn)行噴霧養(yǎng)護(hù)。2)粘結(jié)膠的性能是煤倉(cāng)加固成功的重要保證,對(duì)混凝土必須具有極強(qiáng)的滲透力,而且對(duì)碳纖維布有極強(qiáng)的浸透力。此外,還需考慮粘結(jié)膠的抗沖擊、耐疲勞和抗老化等性能。3)選用與粘浸膠相配套的底涂膠與修補(bǔ)膠,底膠與修補(bǔ)膠的正拉粘結(jié)強(qiáng)度應(yīng)大于2.5 MPa,膠應(yīng)做到現(xiàn)場(chǎng)配用。4)碳纖維布對(duì)煤倉(cāng)加固的具體粘貼層數(shù)要通過計(jì)算確定,一般遵循“單層優(yōu)于多層,窄幅優(yōu)于寬幅”的原則。5)煤倉(cāng)內(nèi)壁混凝土表面涂刷的粘浸膠要做到在控制限度范圍內(nèi)厚薄一致,力爭(zhēng)做到不流、不墜、不掉。6)碳纖維布粘貼應(yīng)密實(shí),目測(cè)檢查不允許有剝落、松弛、翹起、褶皺等缺陷,以及超過允許范圍的空鼓。

6 結(jié)語

粘貼碳纖維加固技術(shù)是一種新型的加固技術(shù),廣泛應(yīng)用于各種結(jié)構(gòu)類型、各種結(jié)構(gòu)部位的加固修補(bǔ)中,如梁、板、柱、筒體、殼等結(jié)構(gòu),其施工簡(jiǎn)便、快捷、工期短、經(jīng)濟(jì)性好,基本不增加結(jié)構(gòu)自重及截面尺寸。所以,采用碳纖維加固方案修補(bǔ)加固煤倉(cāng)是在粘鋼加固、預(yù)應(yīng)力加固等諸多鋼筋混凝土加固方案中的優(yōu)選方案。

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