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碳纤维加固技术在小河口泵站改造中的应用

2010-04-14李文君

水科学与工程技术 2010年4期
关键词:粘贴泵站碳纤维

李文君

(河北省水利水电勘测设计研究院,天津 300250)

碳纤维加固技术在小河口泵站改造中的应用

李文君

(河北省水利水电勘测设计研究院,天津 300250)

碳纤维布加固技术是指采用高性能粘结剂将碳纤维布粘贴在混凝土构件表面,使两者共同工作,有效提高构件的极限承载力和改善构件的变形性能,采用合理的粘贴构造和锚固措施,以达到较好的加固效果。

碳纤维;电机梁;加固

1 工程概况

小河口泵站位于河北省玉田县杨家板桥镇小河口村西北蓟运河左岸,属海河流域。小河口泵站为灌排两用的中型泵站,工程等别为Ⅲ等,防洪标准为20a一遇,设计排涝标准为5a一遇,设计流量18m3/s,总装机容量为1960kW。其安装有7台机组,水泵为立式轴流泵,泵站承担着0.64万hm2农田的排水和0.72万hm2农田灌溉任务。

小河口泵站建于1965年,由于受当时特定历史时期经济、社会条件的限制,又经历了1976年唐山大地震的考验,电机梁出现不同程度的碳化和裂缝现象,为改善小河口泵站的运行条件,需要更换水泵、电机及主要机电设备,从而导致电机梁荷载的增加,增加幅度为15%,经现场检测以及计算复核原有结构难以满足现行规范的要求,要想提高电机梁的承载能力,必须对电机梁进行加固处理。

2 电机梁梁体检测

2.1 检测内容及方式

检测内容包括:①裂缝、缺损等外观缺陷;②强度、碳化深度及钢筋保护层厚度;③钢筋锈蚀程度。

检测方式包括:①外观检测,检查混凝土各构件是否变形、开裂、露筋;②回弹试验综合法检测混凝土强度;③采用打孔(准16),注射化学液的方法检测混凝土碳化深度;④采用读数显微镜、游标卡尺检测电机梁裂缝、露筋、锈蚀等。

2.2 检测结果分析

检测结果显示,小河口泵站电机梁混凝土碳化较严重,混凝土保护层鼓胀15处,局部存在裂缝,且个别梁体端部存在梁侧与梁底面U型连通缝,碳化深度达5~22mm,未发现钢筋外露及锈蚀情况。通过对各测区所代表的不同构件和部位混凝土的强度值的分析,推定混凝土强度值为11.0MPa。根据裂缝的形态判断U型连通缝的产生推断为地震引起。

3 电机梁受力分析

由于小河口泵站更新改造工程是在不改变原有泵房结构的基础上,更换水泵、电机和主要机电设备,其荷载较原有设备增加15%,经现场检测及计算复核原有结构难以满足现行规范的要求,要想提高电机梁的承载能力,必须对电机梁进行加固处理。被加固的混凝土结构构件,其现场检测混凝土强度等级不得低于C15,而小河口泵站电机梁实测强度为11 MPa(>10MPa),满足加固要求,为缩短工期、节省投资,优先考虑了碳纤维布对电机梁进行加固。

通过结构内力分析,原有构件承载能力偏低,其弯矩计算值为145.3kN·m,设计条件变更后,结构构件所应抵抗最大弯矩值为176.0kN·m,结构强度还需要提高21.1%,满足碳纤维加固不超过40%的提升空间,依据受弯构件加固计算理论,进行了正截面、斜截面的加固计算,需在受拉区梁体粘贴两层高强度Ⅱ级、厚度0.167mm的碳纤维布,并在延伸长度范围内设置间距15cm、宽25cm采用单层碳纤维布的U型箍。

4 电机梁加固工程措施

4.1 裂缝修补

对于缝宽b<0.3mm的裂缝,采用TB-Ⅲ混凝土宝涂抹修补表面;对于缝宽b≥0.3mm的裂缝,采用SK-E改性环氧树脂浆材进行低压化学灌浆。

4.2 梁体加固

通过现场检测结合结构受力分析,推荐采用碳纤维布对梁体进行加固,采用专门配制的改性环氧树脂胶粘剂粘贴高强度Ⅱ级、厚度0.167mm的碳纤维布。

粘贴碳纤维结构加固技术是指采用高性能粘结剂将碳纤维布粘贴在建筑结构构件表面,使两者共同工作,有效提高构件的极限承载力和改善构件的变形性能,采用合理的粘贴构造和锚固措施,以达到较好的加固效果。与传统加固工艺相比,碳纤维片加固技术具有工期短、节能和环保、操作方便、加固效果好等特点。

5 施工工艺及方法

混凝土梁体的加固处理应在除自重外无其他荷载的情况下进行。

混凝土表面处理:清除加固梁底及U型箍处的障碍物;梁底面及U型箍部位混凝土表面必须反复打磨平整,去除混凝土劣化部分;梁边角打磨成R=30mm的圆角,以防边角处纤维复合材应力过于集中,受力后局部破坏。

打磨平整后,用压缩空气吹尽混凝土表面浮灰,保持混凝土表面光洁、平整。如有必要,在粘贴纤维布前用丙酮去除混凝土表面的油脂。

对裂缝部位处理:①对于缝宽b<0.3mm的裂缝,采用TB-Ⅲ混凝土宝涂抹修补表面;②对于缝宽b≥0.3mm的裂缝,采用SK-E改性环氧树脂浆材进行低压化学灌浆。

用刮板将调合均匀的底胶均匀的涂刷在梁的底面及U型箍处,待胶体固化后再进行下一工序施工。调好的底胶须在规定的时间内用完,一般情况下为40min。

混凝土表面凹陷部位及模板接头等出现高度差的部位应用TB-Ⅲ混凝土宝填补,填补后对混凝土表面存在的凹凸糙纹再用砂纸打磨平整。

用刮板将调合均匀的胶粘剂均匀的涂刷在底胶上需粘贴碳纤维布的地方,涂量标准为500~600g/m2;随即按设计要求把已裁剪好的碳纤维布粘贴在设计部位,然后用专用滚子沿纤维受力方向在碳纤维布上滚压多次,使粘结胶浸入碳纤维中,并挤出汽泡。待指触干燥后,即可进行第二道碳纤维布的粘贴,方法同第一道。

碳纤维布粘贴完成,待指触干燥后,再均匀的刮涂一层粘结胶,涂量标准为200~300g/m2,来回滚压,使胶充分渗入到碳纤维布中去。

在胶体固化前应全面检查粘贴质量,如发现有局部空鼓现象,可用注射器注入粘结胶补充粘贴。

碳纤维布长度不足需要搭接时,搭接长度不应小于150mm,且端部用横向碳纤维布固定。

为了防止碳纤维布老化,使碳纤维布表面的颜色与原混凝土接近,在碳纤维表面涂刷一层TB-Ⅱ混凝土宝防碳化涂料。

养护:粘贴碳纤维片后需自然养护24h达到初期固化,达到平均气温在10℃以下时,需要养护14d;平均气温在10℃以上时,需要养护7d。在此期间应防止碳纤维贴片受到硬性冲击。

6 结语

碳纤维布加固技术是指采用高性能粘结剂将碳纤维布粘贴在混凝土构件表面,使两者共同工作,有效提高构件的极限承载力和改善构件的变形性能,经过在小河口泵站更新改造工程中的应用,其施工简便,性能可靠,不仅缩短了工期,降低了施工成本,经济效果显著,达到较好的加固效果。

[1]河北省水利水电勘测设计研究院.河北省唐山市玉田蓟运河泵站更新改造工程小河口泵站技施设计说明[R].2006.

[2]GB50367—2006, 混凝土结构加固设计规范[S].

[3]SL191—2008,水工混凝土结构设计规范[S].

[4]黄国兴.水工混凝土建筑物修补技术及应用[M].中国水利水电出版社,1999.

[5]张有才,段敬民.建筑物的检测、鉴定、加固与改造[M].北京:冶金工业出版社,2001.

[6]赵彤,谢剑.碳纤维布补强加固混凝土结构新技术[M].天津:天津大学出版社,2000.

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1672-9900(2010)04-0070-02

2010-07-26

李文君(1964-),女(汉族),河北丰润县人,高级工程师,主要从事水利工程设计工作,(Tel)022-26154644。

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