某火電廠破損煙道的加固

李曰辰 李秀君

1 概況

為執行國家政策,某火電廠對發電機組進行脫硫技術改造,其中,需對煙道結構進行改造,增加脫硫設施。煙道始建于1985年,下面為鋼筋混凝土框架形式的支撐結構,上面為矩形截面的鋼筋混凝土箱形煙道。煙道主體頂標高為13.35 m,支架頂標高為6.53 m。支架框架主梁分五跨,跨度除⑤軸——煙囪本體為4.85 m外其他均為9 m。煙道平面圖見圖1。運行了20多年,煙道已出現了較嚴重的破壞現象,如混凝土開裂、酥松剝落、鋼筋外露、銹蝕等。為確保整個技改項目的安全進行,必須確保煙道的結構安全。首先對結構進行全面的檢測鑒定,對其安全狀態進行評估,再根據具體情況,采用適當的方案對結構進行加固和防護處理,確保結構能夠安全地繼續運行。

2 結構檢測鑒定

2.1 檢測范圍

煙道?軸～?軸,①軸～⑤軸(水平段)整體結構,包括支架與箱體。

2.2 檢測內容

1)結構平面布置及構件尺寸的抽查測量;

2)混凝土強度檢測;

3)抽查混凝土構件的碳化深度;

4)柱、梁、板和墻體裂縫檢測;

5)混凝土保護層厚度檢測。

2.3 檢測結果

1)結構布置與幾何尺寸：經現場檢查和測量,煙道結構布置與原設計圖紙基本相符,主體為現澆鋼筋混凝土框架結構。承重結構的構件幾何尺寸與原設計相符。

2)外觀缺陷檢查：a.煙道底板為現澆板,大多數板表面均有明顯裂縫,裂縫寬度均大于0.25 mm。b.大部分梁體均有明顯裂縫,部分梁表面混凝土剝落,鋼筋外露。c.B3柱和B5柱存在明顯裂縫。d.煙道的側墻體混凝土風化嚴重,混凝土剝落,出現大量裂縫。

3)混凝土強度：混凝土強度主要采用超聲回彈綜合法檢測,對于部分構件由于現場條件限制采用回彈法檢測,再鉆取混凝土芯樣,進行強度試壓,對回彈法和超聲回彈綜合法檢測的強度結果進行修正。柱、梁、煙道墻體的混凝土推定強度分別為：C17,C16,C14,均小于原設計強度值C18(200號)。

4)混凝土碳化：柱、梁的混凝土碳化深度分別為平均6 mm和8 mm,煙道墻體混凝土碳化嚴重,平均深度大于25 mm。

2.4 檢測結論

1)根據檢測結果,依據GBJ 144-90工業廠房可靠性鑒定標準,煙道結構的安全性等級評為三級;使用性等級為三級。2)煙道結構的狀況在現有使用狀態下,已不夠安全,但還是有加固的價值,在采取適當的加固處理措施后,還可以繼續安全使用一定的年限。

3 結構加固方案

3.1 加固方法選擇

對鋼筋混凝土結構的加固,目前常用的方法主要有三種：鋼筋混凝土加大截面法、粘貼鋼板法、粘貼碳纖維法。

加大截面法是傳統的加固方法,用同種材料——鋼筋混凝土來加大被加固構件的截面和配筋量,并通過植筋或焊接來保證新舊結構的連接。加大截面法造價低廉,可以使構件剛度、承載力、變形能力同時提高,但是它增大了構件的尺寸和自重,影響構件的使用功能,施工不便、速度慢、占用空間大、噪聲大,對生產、生活有較大的不良影響。更重要的是,新舊混凝土結合是一個薄弱環節,共同工作效果較差,嚴重影響加固效果。

粘貼鋼板法和粘貼碳纖維法是比較新式的加固方法,可以很好地解決加固材料與被加固結構的新舊結合問題。粘貼加固技術的原理是將鋼板或碳纖維等通過高強粘結劑粘貼在混凝土構件外表面上形成三相材料：混凝土—膠—鋼板(或碳纖維)的復合系統共同工作,以提高結構的強度和剛度,由于粘結劑有著優異的物理化學性能,粘貼加固法可以讓加固鋼板或纖維布與被加固結構完全連成一體共同受力,而且還有著施工簡便、速度快、不影響外觀等優點。

相對于粘貼鋼板加固,粘貼碳纖維加固有著更突出的優點,碳纖維材料質輕高強,耐高溫、耐腐蝕,施工更加簡便。對本工程具體情況,一方面火電廠存在著一定的腐蝕性環境,一方面煙道運行時,表面有著較高的溫度,更適合于使用碳纖維,因此,本工程確定采用粘貼碳纖維作為加固主體結構的方法。

3.2 加固方案

1)對所有裂縫進行分類,裂縫寬度不小于0.2 mm的進行灌漿處理,寬度小于0.2 mm的進行表面封閉處理。

2)對框架柱、梁以及煙道底板等主體承重結構采用粘貼碳纖維布進行加固。主體承重結構,大多數外觀基本完好,碳化深度小于鋼筋保護層厚度,對構件鋼筋短期內不會造成破壞,雖然混凝土實際強度已低于原設計強度,但差距并不太大。由于結構的運行荷載等條件并沒有發生改變,參考結構原設計圖紙和檢測鑒定結果,依據國家相關規范進行核算,確定粘貼碳纖維工作量。

在框架柱從地面到梁底通長范圍內粘貼碳纖維布環向封閉箍,布箍為單層,寬100 mm,間距200 mm,沿柱長度方向均勻分布,環向封閉處搭接100 mm,見圖2。在框架梁底面沿長度方向通長粘貼一層碳纖維布,寬度與梁同,兩側面底部也各通長粘貼一層150 mm寬碳纖維布作為主受力布;在沿梁長度方向通長范圍內粘貼“U”形布箍,每條布箍為單層,寬100 mm,間距200 mm,均勻分布,布條走向與梁長度方向垂直,將梁底縱向的碳布裹在內層,向上粘貼至板底根部;在梁兩側面頂部,貼近板底處,沿梁長度方向各粘貼一層150 mm碳纖維布,并將“U”形布箍的端部壓在內側。煙道底板為雙向受力板,在其底面雙向粘貼一層碳纖維布,布條寬度均為100 mm,在沿煙道軸線方向上間距為250mm,在垂直于煙道軸線方向上間距為400 mm,均勻分布,所有碳纖維布均采用300 g高強度一級布。

3)在裂縫處理以及粘貼碳纖維施工以后,對主體框架和煙道本體所有混凝土結構進行全面的防腐處理。

4 結構加固施工要點

1)裂縫灌漿采用注射式低壓低速灌漿技術,使用低粘度、高強度、高滲透性、固化時間可控的環氧樹脂類膠液。封閉時,需先沿裂縫走向使用機械刻出“U”形槽,再清洗、抹膠封閉。

2)粘貼碳纖維在國內已有了多年的應用,其施工工藝已比較成熟,在施工中需強調的關鍵有兩點：a.粘貼結構膠的質量和調配,首先,粘結膠必須是滿足國家相關規范規定的合格產品;其次,施工現場必須嚴格按照規定的使用環境和操作要求進行調配和操作,不然將會影響膠體的強度等性能,嚴重時甚至會使膠體完全失效。b.粘貼面的處理,混凝土粘貼面必須進行打磨、清洗、找平、修補、沖吹等處理,確保粘貼面平整、干凈、干燥,才能保證粘貼效果,并且修補材料要與基體材料有著良好的結合性能。

3)防腐采用具有一定滲透性能和韌性,高強度,耐老化的環氧樹脂類防腐涂料。

5 結語

煙道結構自加固后至今已運行了3年多,各方面均處于安全狀態,表明加固效果良好。碳纖維加固技術有著獨特的優點,安全可靠,施工迅速便捷,效果顯著,有著廣泛的推廣應用價值。

[1]GB 50010-2002,混凝土結構設計規范[S].

[2]GB 50367-2006,混凝土結構加固設計規范[S].

[3]潘贛斌.碳纖維在建筑結構加固中的應用[J].山西建筑,2008,34(33)：67-68.

[4]CECS 146∶2003,碳纖維片材加固混凝土結構技術規程[S].