李文君
(河北省水利水電勘測設(shè)計研究院,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設(shè)計研究院,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;電機梁;加固
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)計排澇標(biāo)準(zhǔn)為5a一遇,設(shè)計流量18m3/s,總裝機容量為1960kW。其安裝有7臺機組,水泵為立式軸流泵,泵站承擔(dān)著0.64萬hm2農(nóng)田的排水和0.72萬hm2農(nóng)田灌溉任務(wù)。
小河口泵站建于1965年,由于受當(dāng)時特定歷史時期經(jīng)濟、社會條件的限制,又經(jīng)歷了1976年唐山大地震的考驗,電機梁出現(xiàn)不同程度的碳化和裂縫現(xiàn)象,為改善小河口泵站的運行條件,需要更換水泵、電機及主要機電設(shè)備,從而導(dǎo)致電機梁荷載的增加,增加幅度為15%,經(jīng)現(xiàn)場檢測以及計算復(fù)核原有結(jié)構(gòu)難以滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求,要想提高電機梁的承載能力,必須對電機梁進行加固處理。
檢測內(nèi)容包括:①裂縫、缺損等外觀缺陷;②強度、碳化深度及鋼筋保護層厚度;③鋼筋銹蝕程度。
檢測方式包括:①外觀檢測,檢查混凝土各構(gòu)件是否變形、開裂、露筋;②回彈試驗綜合法檢測混凝土強度;③采用打孔(準(zhǔn)16),注射化學(xué)液的方法檢測混凝土碳化深度;④采用讀數(shù)顯微鏡、游標(biāo)卡尺檢測電機梁裂縫、露筋、銹蝕等。
檢測結(jié)果顯示,小河口泵站電機梁混凝土碳化較嚴(yán)重,混凝土保護層鼓脹15處,局部存在裂縫,且個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。通過對各測區(qū)所代表的不同構(gòu)件和部位混凝土的強度值的分析,推定混凝土強度值為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。
由于小河口泵站更新改造工程是在不改變原有泵房結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上,更換水泵、電機和主要機電設(shè)備,其荷載較原有設(shè)備增加15%,經(jīng)現(xiàn)場檢測及計算復(fù)核原有結(jié)構(gòu)難以滿足現(xiàn)行規(guī)范的要求,要想提高電機梁的承載能力,必須對電機梁進行加固處理。被加固的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件,其現(xiàn)場檢測混凝土強度等級不得低于C15,而小河口泵站電機梁實測強度為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電機梁進行加固。
通過結(jié)構(gòu)內(nèi)力分析,原有構(gòu)件承載能力偏低,其彎矩計算值為145.3kN·m,設(shè)計條件變更后,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)強度還需要提高21.1%,滿足碳纖維加固不超過40%的提升空間,依據(jù)受彎構(gòu)件加固計算理論,進行了正截面、斜截面的加固計算,需在受拉區(qū)梁體粘貼兩層高強度Ⅱ級、厚度0.167mm的碳纖維布,并在延伸長度范圍內(nèi)設(shè)置間距15cm、寬25cm采用單層碳纖維布的U型箍。
對于縫寬b<0.3mm的裂縫,采用TB-Ⅲ混凝土寶涂抹修補表面;對于縫寬b≥0.3mm的裂縫,采用SK-E改性環(huán)氧樹脂漿材進行低壓化學(xué)灌漿。
通過現(xiàn)場檢測結(jié)合結(jié)構(gòu)受力分析,推薦采用碳纖維布對梁體進行加固,采用專門配制的改性環(huán)氧樹脂膠粘劑粘貼高強度Ⅱ級、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。
混凝土梁體的加固處理應(yīng)在除自重外無其他荷載的情況下進行。
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。
對裂縫部位處理:①對于縫寬b<0.3mm的裂縫,采用TB-Ⅲ混凝土寶涂抹修補表面;②對于縫寬b≥0.3mm的裂縫,采用SK-E改性環(huán)氧樹脂漿材進行低壓化學(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,待膠體固化后再進行下一工序施工。調(diào)好的底膠須在規(guī)定的時間內(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,填補后對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)計要求把已裁剪好的碳纖維布粘貼在設(shè)計部位,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)膠補充粘貼。
碳纖維布長度不足需要搭接時,搭接長度不應(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:粘貼碳纖維片后需自然養(yǎng)護24h達(dá)到初期固化,達(dá)到平均氣溫在10℃以下時,需要養(yǎng)護14d;平均氣溫在10℃以上時,需要養(yǎng)護7d。在此期間應(yīng)防止碳纖維貼片受到硬性沖擊。
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)過在小河口泵站更新改造工程中的應(yīng)用,其施工簡便,性能可靠,不僅縮短了工期,降低了施工成本,經(jīng)濟效果顯著,達(dá)到較好的加固效果。
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2010-07-26
李文君(1964-),女(漢族),河北豐潤縣人,高級工程師,主要從事水利工程設(shè)計工作,(Tel)022-26154644。