碳纖維加固技術(shù)在煤倉修補加固中的應(yīng)用

張志強

1 煤倉加固原理

碳纖維布是由單項排列成束、高強度的連續(xù)纖維絲通過特殊方式組成。碳纖維布與粘結(jié)劑浸漬固化前,各碳纖維絲很難完全共同工作,這是由于在較低的荷載作用下,部分應(yīng)力值較高的碳纖維絲首先達到其極限抗拉強度斷裂退出工作狀態(tài)。隨著荷載的增加,其他部分碳纖維絲相繼達到所能承受的極限抗拉強度而發(fā)生斷裂,最終碳纖維布整體破壞。但碳纖維布經(jīng)粘結(jié)劑均勻涂刷并固化后,碳纖維布中的纖維絲通過膠體的作用絲與絲相互之間協(xié)同工作,極大地提高碳纖維布的抗拉強度。同時,碳纖維布通過有效的搭接長度使得先后粘貼的碳纖維布形成新的受力復(fù)合體共同承受外部荷載,從而起到修補加固煤倉倉體的效果。故采用碳纖維加固技術(shù)修補煤倉的關(guān)鍵是將浸透了粘浸膠的碳纖維布粘結(jié)在煤倉內(nèi)壁表面,并使其與煤倉倉體結(jié)合為一整體,通過它與煤倉混凝土之間的協(xié)同工作,從而達到加固煤倉的目的。

2 煤倉加固前狀況

本煤倉始建于1958年,已使用多年,煤倉下方為裝車鐵道線(軌道頂面為煤倉相對標高的起始點),2.73 m～6.80 m之間為煤倉漏斗部分,漏斗斜長為4.79 m;6.80 m～16.68 m之間為煤倉矩形筒體部分,煤倉倉體總高度為13.95 m。煤倉矩形筒體部分上口矩形截面中心線尺寸為7 000 mm×7 000 mm,煤倉漏斗部分下口截面中心線尺寸為1 300 mm×1 050 mm。煤倉倉體為鋼筋混凝土框架剪力墻結(jié)構(gòu),由柱和墻兩類鋼筋混凝土構(gòu)件現(xiàn)場澆筑形成,柱截面中心線尺寸為700 mm×700 mm,矩形筒體及漏斗部分壁厚350 mm。皮帶傳送裝置把洗選后的煤塊送入煤倉,煤塊脫離皮帶傳送裝置以拋物線的軌跡在煤倉內(nèi)運動,直至砸到煤倉內(nèi)壁后改變運動軌跡,最后裝入煤倉下方停置火車的車廂內(nèi)。目前,煤倉內(nèi)壁原先粘貼的耐磨材料受到煤塊長期不斷地沖擊而脫落,鋼筋保護層的混凝土開裂、疏松、剝落,鋼筋大面積外露,影響煤倉結(jié)構(gòu)的安全性與耐久性。

3 煤倉加固施工

3.1 煤倉加固施工流程

煤倉加固施工流程圖見圖1。

3.2 施工工藝

1)處理煤倉內(nèi)壁混凝土表面:a.鑿除煤倉內(nèi)壁剝落、疏松、蜂窩、腐蝕等劣化現(xiàn)象部位的混凝土;用硬毛刷蘸高效洗滌劑清洗倉壁內(nèi)長期附著煤塵的混凝土表面,煤塵清洗干凈后再用混凝土角磨機、砂輪等機具打磨混凝土表面直至露出嶄新混凝土面層。b.用角磨機將煤倉內(nèi)壁柱子的陽角部位磨成圓弧狀,用修補膠將柱體與墻體相交陰角部位補成圓弧狀。c.煤倉內(nèi)壁經(jīng)過打磨、修補后的混凝土表面要保持潔凈、平整,尤其是表面凸起的部位不允許留有棱角。2)修補煤倉內(nèi)壁混凝土表面:煤倉內(nèi)壁有裂縫的混凝土部位應(yīng)先用環(huán)氧砂漿對裂縫進行封堵和表面抹平;煤倉內(nèi)壁較大面積混凝土劣質(zhì)層鑿除后用環(huán)氧砂漿進行修復(fù)。3)粘結(jié)膠配制:按設(shè)計要求規(guī)定比例、一次調(diào)和量、施工現(xiàn)場氣溫等因素計算出主劑、固化劑及其他材料用量。用臺秤準確稱量配制粘結(jié)劑所需的主劑與固化劑用量,先將稀釋劑加入預(yù)先裝有主劑的特定潔凈容器中,用電動攪拌器沿同一方向攪拌均勻,再將填料加入容器內(nèi)繼續(xù)攪拌至均勻,并防止灰塵等雜質(zhì)混入容器內(nèi),最后加入固化劑充分攪拌。4)涂刷底膠:用熱吹風(fēng)機將煤倉內(nèi)壁表面吹干凈,保持干燥,然后用滾筒刷將配制好的底膠均勻地刷涂于干燥的混凝土表面,等膠固化后(手指觸感干燥為宜)盡快進行煤倉內(nèi)表面的修補找平。5)修補找平:煤倉內(nèi)壁混凝土凹陷部位應(yīng)用刮刀嵌刮修補膠修補填平,修補后的混凝土表面不允許出現(xiàn)棱角。柱體陽角部位、柱體與墻體相交的陰角部位用修補膠修補成光滑的圓弧狀。6)粘貼碳纖維布:將配制好的粘浸膠用特制短毛滾筒均勻涂刷到待粘貼部位,在碳纖維布搭接、煤倉柱體陽角、柱體與墻體相交陰角等部位要多涂些粘浸膠,嚴禁出現(xiàn)粘膠漏刷現(xiàn)象。在粘貼面無粉塵、臟物的情況下,先把裁剪好的碳纖維布粘貼到煤倉內(nèi)壁粘膠表面,再用專用無毛滾筒在碳纖維布表面沿同一方向反復(fù)多次滾壓直至粘浸膠滲出碳纖維布外表面,以去除氣泡,使膠料充分浸潤碳纖維布。需多層粘貼碳纖維布時,應(yīng)在纖維布表面粘浸膠指觸干燥即進行下一層粘貼,在最上一層碳纖維布表面均勻抹一層粘浸膠。7)養(yǎng)護:碳纖維布粘貼完畢后,需自然養(yǎng)護24 h達到初期固化,并保證固化期間不受干擾。8)保護:加固后的碳纖維表面固定高分子耐磨板。

4 施工技術(shù)要求

1)煤倉內(nèi)壁凸出部位的混凝土用角磨機打磨平整,平整度要求在5 mm/m以內(nèi),柱體陽角部位、柱體和墻體相交的陰角部位需處理成光滑圓弧狀,圓弧半徑不小于10 mm。2)煤倉內(nèi)壁混凝土表面底膠涂刷厚度應(yīng)根據(jù)施工現(xiàn)場氣溫情況而定,刷涂厚度不超過0.4 mm,一般情況下1 h內(nèi)應(yīng)用完。3)煤倉內(nèi)壁混凝土表面底膠固化時間與施工現(xiàn)場的溫度和濕度有關(guān),一般固化時間為2 d～3 d。4)除特殊要求外,碳纖維布長度應(yīng)在3 m以內(nèi);碳纖維布縱向搭接長度應(yīng)大于100 mm,橫向不需搭接。

5 質(zhì)量保證措施

1)環(huán)氧砂漿修補的混凝土表面要潔凈、平整,處于飽和狀態(tài),但不能有明水,先刷乳膠水泥凈漿,再刷環(huán)氧砂漿,砂漿凝固后即進行噴霧養(yǎng)護。2)粘結(jié)膠的性能是煤倉加固成功的重要保證,對混凝土必須具有極強的滲透力,而且對碳纖維布有極強的浸透力。此外,還需考慮粘結(jié)膠的抗沖擊、耐疲勞和抗老化等性能。3)選用與粘浸膠相配套的底涂膠與修補膠,底膠與修補膠的正拉粘結(jié)強度應(yīng)大于2.5 MPa,膠應(yīng)做到現(xiàn)場配用。4)碳纖維布對煤倉加固的具體粘貼層數(shù)要通過計算確定,一般遵循“單層優(yōu)于多層,窄幅優(yōu)于寬幅”的原則。5)煤倉內(nèi)壁混凝土表面涂刷的粘浸膠要做到在控制限度范圍內(nèi)厚薄一致,力爭做到不流、不墜、不掉。6)碳纖維布粘貼應(yīng)密實,目測檢查不允許有剝落、松弛、翹起、褶皺等缺陷,以及超過允許范圍的空鼓。

6 結(jié)語

粘貼碳纖維加固技術(shù)是一種新型的加固技術(shù),廣泛應(yīng)用于各種結(jié)構(gòu)類型、各種結(jié)構(gòu)部位的加固修補中,如梁、板、柱、筒體、殼等結(jié)構(gòu),其施工簡便、快捷、工期短、經(jīng)濟性好,基本不增加結(jié)構(gòu)自重及截面尺寸。所以,采用碳纖維加固方案修補加固煤倉是在粘鋼加固、預(yù)應(yīng)力加固等諸多鋼筋混凝土加固方案中的優(yōu)選方案。

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