碳纖維加固技術在小河口泵站改造中的應用

李文君

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300250）

碳纖維加固技術在小河口泵站改造中的應用

李文君

（河北省水利水電勘測設計研究院，天津 300250）

碳纖維布加固技術是指采用高性能粘結劑將碳纖維布粘貼在混凝土構件表面，使兩者共同工作，有效提高構件的極限承載力和改善構件的變形性能，采用合理的粘貼構造和錨固措施，以達到較好的加固效果。

碳纖維；電機梁；加固

1 工程概況

小河口泵站位于河北省玉田縣楊家板橋鎮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，防洪標準為20a一遇，設計排澇標準為5a一遇，設計流量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，泵站承擔著0.64萬hm2農田的排水和0.72萬hm2農田灌溉任務。

小河口泵站建于1965年，由于受當時特定歷史時期經濟、社會條件的限制，又經歷了1976年唐山大地震的考驗，電機梁出現不同程度的碳化和裂縫現象，為改善小河口泵站的運行條件，需要更換水泵、電機及主要機電設備，從而導致電機梁荷載的增加，增加幅度為15%，經現場檢測以及計算復核原有結構難以滿足現行規范的要求，要想提高電機梁的承載能力，必須對電機梁進行加固處理。

2 電機梁梁體檢測

2.1 檢測內容及方式

檢測內容包括：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16），注射化學液的方法檢測混凝土碳化深度；④采用讀數顯微鏡、游標卡尺檢測電機梁裂縫、露筋、銹蝕等。

2.2 檢測結果分析

檢測結果顯示，小河口泵站電機梁混凝土碳化較嚴重，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與梁底面U型連通縫，碳化深度達5～22mm，未發現鋼筋外露及銹蝕情況。通過對各測區所代表的不同構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。根據裂縫的形態判斷U型連通縫的產生推斷為地震引起。

3 電機梁受力分析

由于小河口泵站更新改造工程是在不改變原有泵房結構的基礎上，更換水泵、電機和主要機電設備，其荷載較原有設備增加15%，經現場檢測及計算復核原有結構難以滿足現行規范的要求，要想提高電機梁的承載能力，必須對電機梁進行加固處理。被加固的混凝土結構構件，其現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、節省投資，優先考慮了碳纖維布對電機梁進行加固。

通過結構內力分析，原有構件承載能力偏低，其彎矩計算值為145.3kN·m，設計條件變更后，結構構件所應抵抗最大彎矩值為176.0kN·m，結構強度還需要提高21.1%，滿足碳纖維加固不超過40%的提升空間，依據受彎構件加固計算理論，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設置間距15cm、寬25cm采用單層碳纖維布的U型箍。

4 電機梁加固工程措施

4.1 裂縫修補

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改性環氧樹脂漿材進行低壓化學灌漿。

4.2 梁體加固

通過現場檢測結合結構受力分析，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。

粘貼碳纖維結構加固技術是指采用高性能粘結劑將碳纖維布粘貼在建筑結構構件表面，使兩者共同工作，有效提高構件的極限承載力和改善構件的變形性能，采用合理的粘貼構造和錨固措施，以達到較好的加固效果。與傳統加固工藝相比，碳纖維片加固技術具有工期短、節能和環保、操作方便、加固效果好等特點。

5 施工工藝及方法

混凝土梁體的加固處理應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，以防邊角處纖維復合材應力過于集中，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改性環氧樹脂漿材進行低壓化學灌漿。

用刮板將調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。調好的底膠須在規定的時間內用完，一般情況下為40min。

混凝土表面凹陷部位及模板接頭等出現高度差的部位應用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，涂量標準為500～600g/m2；隨即按設計要求把已裁剪好的碳纖維布粘貼在設計部位，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膠，涂量標準為200～300g/m2，來回滾壓，使膠充分滲入到碳纖維布中去。

在膠體固化前應全面檢查粘貼質量，如發現有局部空鼓現象，可用注射器注入粘結膠補充粘貼。

碳纖維布長度不足需要搭接時，搭接長度不應小于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。

養護：粘貼碳纖維片后需自然養護24h達到初期固化，達到平均氣溫在10℃以下時，需要養護14d；平均氣溫在10℃以上時，需要養護7d。在此期間應防止碳纖維貼片受到硬性沖擊。

6 結語

碳纖維布加固技術是指采用高性能粘結劑將碳纖維布粘貼在混凝土構件表面，使兩者共同工作，有效提高構件的極限承載力和改善構件的變形性能，經過在小河口泵站更新改造工程中的應用，其施工簡便，性能可靠，不僅縮短了工期，降低了施工成本，經濟效果顯著，達到較好的加固效果。

［1］河北省水利水電勘測設計研究院.河北省唐山市玉田薊運河泵站更新改造工程小河口泵站技施設計說明［R］.2006.

［2］GB50367—2006， 混凝土結構加固設計規范［S］.

［3］SL191—2008，水工混凝土結構設計規范［S］.

［4］黃國興.水工混凝土建筑物修補技術及應用［M］.中國水利水電出版社，1999.

［5］張有才，段敬民.建筑物的檢測、鑒定、加固與改造［M］.北京：冶金工業出版社，2001.

［6］趙彤，謝劍.碳纖維布補強加固混凝土結構新技術［M］.天津：天津大學出版社，2000.

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1672-9900（2010）04-0070-02

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計工作，（Tel）022-26154644。