水电站渡槽混凝土碳纤维现场检测试验分析

赵欣

【摘要】水电站长时间运行后混凝土容易出现裂缝及强度降低的现场，在进行混凝土补强时可采用粘贴碳纤维加固的方式，从桐溪渡槽的碳纤维现场检测试验可以看出，碳纤维现场检测试验可真实反映粘贴碳纤维后的加固效果，实践证明该方法可行，可为类似混凝土加固处理提供参考。

【关键词】碳纤维 加固 混凝土 检测

我国水电站设计使用年限大多在一百年，多数水电站在到运行十几年时由于其结构不同程度的磨损，其渡槽混凝土出现裂缝漏水，需进行修复。渡槽的修复从两方面进行，一方面考虑修补其裂缝，另一方面考虑其自身混凝土的加固补强。用于建筑结构补强加固的碳纤维材料，其强度一般为建筑用钢材的十几倍，是一种优良的结构加固用材料，非常适用于土木工程领域。

当混凝土经检测达不到强度时，可采取粘贴碳纤维的方式加固混凝土，采用该方法加固混凝土时需首先完成现场检测试验，试验表明粘贴碳纤维加固的混凝土强度满足要求后可大面积应用在需补强的混凝土中。

1、工程概况

桐溪渡槽为温州某输水渠引水工程输水渠系北干渠上的渠系建筑物，范围为桩号北干18+203.219m～北干18+475.219m，共分为9个槽段，横断面为薄壁矩形箱涵结构，其中第1～8槽段纵向结构为不等跨双悬臂结构，槽段长32m，支座间距16m；第9槽段为简支梁结构，槽段长16m。该引水工程运行至今，桐溪渡槽槽身的大部分侧墙及局部底板出现了不同程度的细裂缝（并存在渗水现象）。鉴于该引水工程供水的重要性，为确保温州市城镇供水和输水渠系的正常安全运行，对桐溪渡槽进行补强加固处理。

2、渡槽混凝土碳纤维加固措施

工程处理依据工程目标及招标技术要求，首先对槽身细裂缝进行封缝处理，完成后再从纵向、横向对结构复核不满足的部位对渡槽进行碳纤维加固处理，从而使混凝土结构得到加固，后根据业主及设计要求增加对渡槽进行碳纤维加固处理完成后进行表面喷涂903砂浆处理，对渡槽加固碳纤维起到防护作用。在碳纤维加固前需实验其加固补强的效果，验证满足效果后进行大面积施工。

2.1现场检测试验工艺

用于检测的试样制备工艺如下：（1）打磨：打磨渡槽槽身，去除槽身表面的杂物，松散混凝土等，直至漏出新鲜混凝土；（2）涂刷碳纤维粘贴专用胶：在打磨完成的部位涂刷碳纤维粘贴专用胶，确保涂刷均匀；（3）粘贴碳纤维布：依据粘贴范围裁剪碳纤维布，并将碳纤维布粘贴至对应部位。碳纤维布粘贴完成后，用滚筒反复滚压碳纤维表面，直至碳纤维胶充分浸润碳纤维布；（4）涂刷面胶：最后在粘贴好的碳纤维布表面涂刷面胶，确保涂刷均匀；

检测试样的制备历时1天，共制备试样三块，每块碳纤维试样面积为0.5m2，三块试样总面积为1.5m2。

2.2试验部位、试验的数量及编号

该试验部位位于该水利枢纽渡槽桐溪段，三块试样分别位于该段渡槽的6跨、7跨、4跨上，每跨上设置试验点三个点，测点布置见图1和图2。其试验的数量及编号见表一。

表 一 ：

试验部位 试验点编号

桐溪段渡槽6跨 6-1

6-2

6-3

桐溪段渡槽7跨 7-1

7-2

7-3

桐溪段渡槽4跨 4-1

4-2

4-3

2.3试验时环境的温度与湿度

本次碳纤维粘结强度依据实测资料，试验进行时的温度为16℃、相对湿度为35%。试验的温度与湿度符合《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》的要求。

2.4检测仪器的型号、量程、加载速度

本次试验采用的仪器名称为：碳纤维粘结强度检测仪；型号：HCTJ-10C；量程范围为：0.000～10.000KN；示值误差：<1%。本仪器加载方式为人工加载，加载速度控制在0.5KN/s范围之内。

粘结铁块的直径为50mm，采用环氧树脂强力胶将其粘贴于被侧部位。粘结铁块通过万向接头与碳纤维粘结强度检测仪连接。

2.5试样的破坏形式、粘结强度

表二：

试验点编号 破坏形式 试样粘结强度（MPa） 组粘结强度（MPa）

6-1 Af 2.2

2.1

6-2 Af 2.0

6-3 Af 2.1

7-1 Af 2.5

2.2

7-2 Af 2.2

7-3 Af 2.0

4-1 Af 2.6

2.2

4-2 Af 1.9

4-3 Af 2.1

经现场抗拉拔试验该渡槽的6跨、7跨、4跨九个试验点的破坏形式均为混凝土破坏，粘结强度分别为2.1 MPa、2.2 MPa、2.2 MPa，均大于《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》中要求的1.5 MPa，满足规范要求。现场检测试验成果如表二。（注：粘结强度检测破坏形式的表示符号：1） 混凝土破坏：混凝土试块破坏，以Af表示。2） 层间破坏：树脂与混凝土问复合涂层界面破坏，以Bf表示。3） 碳纤维片材破坏：碳纤维片材内部破坏，以Cf表示。4） 粘结失效：碳纤维片材与钢标准块之间破坏，以Df表示。）

3、效果评价

依据《碳纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》施工质量判定的规定，本次试验三组9个试块的破坏形式均为Af，本次试验的施工质量判定为合格，能够满足该水电站渡槽的混凝土补强加固要求，可在大面积混凝土加固中应用。

结 论：目前本次引水渡槽碳纤维粘贴粘結强度现场检测试验报告已顺利完成，对该试验点的试验结果的分析研究，得出如下结论：（1）被加固的混凝土结构构件，其现场实测混凝土强度等级不得低于C15，且混凝土表面的正拉粘结强度不低于1.5Mpa。（2）碳纤维加固水电站渡槽混凝土加固效果较好，能达到规范要求。（3）碳纤维粘结强度现场检测试验能真实反映碳纤维的粘贴效果，大面积粘贴碳纤维前需进行现场检测，以便检测粘贴效果。