碳纤维加固技术在煤仓修补加固中的应用

2010-06-12张志强

山西建筑 2010年24期

张志强

1 煤仓加固原理

碳纤维布是由单项排列成束、高强度的连续纤维丝通过特殊方式组成。碳纤维布与粘结剂浸渍固化前,各碳纤维丝很难完全共同工作,这是由于在较低的荷载作用下,部分应力值较高的碳纤维丝首先达到其极限抗拉强度断裂退出工作状态。随着荷载的增加,其他部分碳纤维丝相继达到所能承受的极限抗拉强度而发生断裂,最终碳纤维布整体破坏。但碳纤维布经粘结剂均匀涂刷并固化后,碳纤维布中的纤维丝通过胶体的作用丝与丝相互之间协同工作,极大地提高碳纤维布的抗拉强度。同时,碳纤维布通过有效的搭接长度使得先后粘贴的碳纤维布形成新的受力复合体共同承受外部荷载,从而起到修补加固煤仓仓体的效果。故采用碳纤维加固技术修补煤仓的关键是将浸透了粘浸胶的碳纤维布粘结在煤仓内壁表面,并使其与煤仓仓体结合为一整体,通过它与煤仓混凝土之间的协同工作,从而达到加固煤仓的目的。

2 煤仓加固前状况

本煤仓始建于1958年,已使用多年,煤仓下方为装车铁道线(轨道顶面为煤仓相对标高的起始点),2.73 m～6.80 m之间为煤仓漏斗部分,漏斗斜长为4.79 m;6.80 m～16.68 m之间为煤仓矩形筒体部分,煤仓仓体总高度为13.95 m。煤仓矩形筒体部分上口矩形截面中心线尺寸为7 000 mm×7 000 mm,煤仓漏斗部分下口截面中心线尺寸为1 300 mm×1 050 mm。煤仓仓体为钢筋混凝土框架剪力墙结构,由柱和墙两类钢筋混凝土构件现场浇筑形成,柱截面中心线尺寸为700 mm×700 mm,矩形筒体及漏斗部分壁厚350 mm。皮带传送装置把洗选后的煤块送入煤仓,煤块脱离皮带传送装置以抛物线的轨迹在煤仓内运动,直至砸到煤仓内壁后改变运动轨迹,最后装入煤仓下方停置火车的车厢内。目前,煤仓内壁原先粘贴的耐磨材料受到煤块长期不断地冲击而脱落,钢筋保护层的混凝土开裂、疏松、剥落,钢筋大面积外露,影响煤仓结构的安全性与耐久性。

3 煤仓加固施工

3.1 煤仓加固施工流程

煤仓加固施工流程图见图1。

3.2 施工工艺

1)处理煤仓内壁混凝土表面:a.凿除煤仓内壁剥落、疏松、蜂窝、腐蚀等劣化现象部位的混凝土;用硬毛刷蘸高效洗涤剂清洗仓壁内长期附着煤尘的混凝土表面,煤尘清洗干净后再用混凝土角磨机、砂轮等机具打磨混凝土表面直至露出崭新混凝土面层。b.用角磨机将煤仓内壁柱子的阳角部位磨成圆弧状,用修补胶将柱体与墙体相交阴角部位补成圆弧状。c.煤仓内壁经过打磨、修补后的混凝土表面要保持洁净、平整,尤其是表面凸起的部位不允许留有棱角。2)修补煤仓内壁混凝土表面:煤仓内壁有裂缝的混凝土部位应先用环氧砂浆对裂缝进行封堵和表面抹平;煤仓内壁较大面积混凝土劣质层凿除后用环氧砂浆进行修复。3)粘结胶配制:按设计要求规定比例、一次调和量、施工现场气温等因素计算出主剂、固化剂及其他材料用量。用台秤准确称量配制粘结剂所需的主剂与固化剂用量,先将稀释剂加入预先装有主剂的特定洁净容器中,用电动搅拌器沿同一方向搅拌均匀,再将填料加入容器内继续搅拌至均匀,并防止灰尘等杂质混入容器内,最后加入固化剂充分搅拌。4)涂刷底胶:用热吹风机将煤仓内壁表面吹干净,保持干燥,然后用滚筒刷将配制好的底胶均匀地刷涂于干燥的混凝土表面,等胶固化后(手指触感干燥为宜)尽快进行煤仓内表面的修补找平。5)修补找平:煤仓内壁混凝土凹陷部位应用刮刀嵌刮修补胶修补填平,修补后的混凝土表面不允许出现棱角。柱体阳角部位、柱体与墙体相交的阴角部位用修补胶修补成光滑的圆弧状。6)粘贴碳纤维布:将配制好的粘浸胶用特制短毛滚筒均匀涂刷到待粘贴部位,在碳纤维布搭接、煤仓柱体阳角、柱体与墙体相交阴角等部位要多涂些粘浸胶,严禁出现粘胶漏刷现象。在粘贴面无粉尘、脏物的情况下,先把裁剪好的碳纤维布粘贴到煤仓内壁粘胶表面,再用专用无毛滚筒在碳纤维布表面沿同一方向反复多次滚压直至粘浸胶渗出碳纤维布外表面,以去除气泡,使胶料充分浸润碳纤维布。需多层粘贴碳纤维布时,应在纤维布表面粘浸胶指触干燥即进行下一层粘贴,在最上一层碳纤维布表面均匀抹一层粘浸胶。7)养护:碳纤维布粘贴完毕后,需自然养护24 h达到初期固化,并保证固化期间不受干扰。8)保护:加固后的碳纤维表面固定高分子耐磨板。

4 施工技术要求

1)煤仓内壁凸出部位的混凝土用角磨机打磨平整,平整度要求在5 mm/m以内,柱体阳角部位、柱体和墙体相交的阴角部位需处理成光滑圆弧状,圆弧半径不小于10 mm。2)煤仓内壁混凝土表面底胶涂刷厚度应根据施工现场气温情况而定,刷涂厚度不超过0.4 mm,一般情况下1 h内应用完。3)煤仓内壁混凝土表面底胶固化时间与施工现场的温度和湿度有关,一般固化时间为2 d～3 d。4)除特殊要求外,碳纤维布长度应在3 m以内;碳纤维布纵向搭接长度应大于100 mm,横向不需搭接。

5 质量保证措施

1)环氧砂浆修补的混凝土表面要洁净、平整,处于饱和状态,但不能有明水,先刷乳胶水泥净浆,再刷环氧砂浆,砂浆凝固后即进行喷雾养护。2)粘结胶的性能是煤仓加固成功的重要保证,对混凝土必须具有极强的渗透力,而且对碳纤维布有极强的浸透力。此外,还需考虑粘结胶的抗冲击、耐疲劳和抗老化等性能。3)选用与粘浸胶相配套的底涂胶与修补胶,底胶与修补胶的正拉粘结强度应大于2.5 MPa,胶应做到现场配用。4)碳纤维布对煤仓加固的具体粘贴层数要通过计算确定,一般遵循“单层优于多层,窄幅优于宽幅”的原则。5)煤仓内壁混凝土表面涂刷的粘浸胶要做到在控制限度范围内厚薄一致,力争做到不流、不坠、不掉。6)碳纤维布粘贴应密实,目测检查不允许有剥落、松弛、翘起、褶皱等缺陷,以及超过允许范围的空鼓。