碳纖維布在岸堤水庫放水洞加固中的應(yīng)用

張 麗，李永輝，龐 曉

（山東臨沂水利工程總公司，山東 臨沂 276000）

碳纖維布加固技術(shù)多用于土木建筑、橋梁隧道、混凝土結(jié)構(gòu)表面補(bǔ)強(qiáng)、結(jié)構(gòu)加固。近些年在水利工程中也開始應(yīng)用和推廣，該技術(shù)大都應(yīng)用于新建放水洞、電站輸水洞洞壁內(nèi)襯，起到洞壁加固、防沖耐磨作用。

1 工程概況

岸堤水庫位于沂河一級支流東汶河上，壩址位于蒙陰縣界牌鎮(zhèn)圈里村西，東汶河與梓河的交匯處。岸堤水庫放水洞施工內(nèi)容包括：拆除改建輸水洞進(jìn)水渠護(hù)砌段和輸水洞豎井、機(jī)房、引橋；更新進(jìn)口檢修閘門、啟閉機(jī)及配電設(shè)備；洞身鋼筋混凝土護(hù)砌采用碳纖維布進(jìn)行加固。

放水洞洞身為鋼筋混凝土襯砌，加固部分洞身長159 m，底坡1/200，截面形狀為圓形，截面直徑為3.4 m。放水洞修建于20 世紀(jì)60 年代，原洞身混凝土經(jīng)過數(shù)10 年運(yùn)行，原內(nèi)壁噴射混凝土表面凸凹起伏，碳化嚴(yán)重、滲漏溶蝕和裂縫現(xiàn)象嚴(yán)重，增大了碳纖維布施工的難點(diǎn)，為此，必須采取措施解決現(xiàn)有問題，以確保碳纖維布粘貼得以順利進(jìn)行，并做好施工質(zhì)量控制。

2 碳纖維布加固難點(diǎn)

1）施工工期短。根據(jù)工程的前期施工計(jì)劃、工作量及各種條件因素，放水洞工程施工導(dǎo)流安排在2020 年1～5 月進(jìn)行，受新冠疫情影響，在做好疫情防控前提下復(fù)工時(shí)間已到3 月份，工期緊，任務(wù)重，施工困難成為碳纖維布加固的一大難點(diǎn)。

2）碳纖維布施工環(huán)境差。放水洞原內(nèi)壁的噴射混凝土表面凸凹起伏、碳化嚴(yán)重，不滿足碳纖維布粘貼設(shè)計(jì)斷面尺寸，且洞身狹長，人工打磨耗時(shí)耗力，打磨灰塵難以立刻排出，不符合環(huán)保要求。同時(shí)由于洞身滲漏溶蝕和裂縫現(xiàn)象嚴(yán)重，施工環(huán)境潮濕，在滲水圓環(huán)內(nèi)碳纖維布粘貼時(shí)很難做到順?biāo)麇e縫搭接、完美契合。

3 碳纖維布加固施工

3.1 施工準(zhǔn)備

1）材料進(jìn)場檢驗(yàn)。材料進(jìn)場時(shí)需有產(chǎn)品合格證及檢驗(yàn)報(bào)告，材料進(jìn)場后需立即取樣送檢，檢驗(yàn)合格方可投入使用。

本次碳纖維布產(chǎn)品型號為DZ 200Ⅰ型，經(jīng)檢驗(yàn)，碳纖維布抗拉強(qiáng)度、受拉彈性模量、伸長率、彎曲強(qiáng)度、層間剪切強(qiáng)度等均滿足要求；碳纖維浸漬膠型號為RG-803， 纖維復(fù)合材與基材正拉黏結(jié)強(qiáng)度同樣滿足要求。

2）施工機(jī)具。砂輪機(jī)、吹風(fēng)機(jī)、排風(fēng)扇、40 MPa高壓水槍、焊槍、稱量器、滾筒、油刷、壁紙刀等。

3.2 施工工藝

施工流程：混凝土表面處理-涂刷底膠-鋪貼碳纖維布-固化養(yǎng)護(hù)。

1）混凝土表面處理。經(jīng)方案比選，首先嘗試使用砂輪清除洞身混凝土表面碳化層，由于洞身混凝土碳化嚴(yán)重，效果甚微，經(jīng)過研究討論，提出使用高壓水槍清刷洞身混凝土內(nèi)壁，薄弱處使用砂輪機(jī)清理，最后采用吹風(fēng)機(jī)以及雙排風(fēng)扇進(jìn)行施工面干燥處理，個(gè)別部位采用烘干，最終效果良好。

對于高壓水槍沖刷過的放水洞內(nèi)壁，表面凹凸不平整，若此時(shí)粘貼碳纖維布將會造成碳纖維布沉陷、裂縫等不同程度破壞，影響施工質(zhì)量。為了符合原混凝土結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，經(jīng)論證得出方案：使用C40 水泥砂漿以及膠凝劑對內(nèi)壁進(jìn)行找平處理，最后通過回彈儀回彈檢測，制作《回彈強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)表》，強(qiáng)度符合要求。

2）涂刷底膠。混凝土表面打磨找平后使用吹風(fēng)機(jī)及焊槍等烘干，保持環(huán)境干燥，然后按比例配置底層膠，并將其均勻涂抹于洞內(nèi)混凝土表面，靜置底膠的指觸干燥時(shí)間約3～12 h，為保證粘貼質(zhì)量，底層膠配置時(shí)需少量多次，放置時(shí)間久的底層膠不可使用，待膠固化后方可進(jìn)行下一步施工，個(gè)別部位使用環(huán)氧樹脂砂漿找平。

3）鋪貼碳纖維布。碳纖維布粘貼纖維受力方向沿洞身環(huán)形布置，按設(shè)計(jì)要求裁剪碳纖維布，碳纖維布寬度采用1 000 mm，搭接長度不小于100 mm，順?biāo)鞣较蝈e縫搭接，配置浸漬膠用油刷均勻涂抹于碳纖維布表面，然后使用滾筒反復(fù)碾壓碳纖維布表面以去除氣泡，使碳纖維布與混凝土表面完全貼合。若碳纖維布表面出現(xiàn)褶皺、扭曲等不貼合現(xiàn)象，則需返工重做，做好質(zhì)量控制。

4）固化養(yǎng)護(hù)。施工完成后24 h 內(nèi)防止雨淋或受潮，并注意保護(hù)，防止硬物碰傷施工表面。平均氣溫為20～25 ℃時(shí)，固化時(shí)間不得小于3 d；平均氣溫為10 ℃時(shí)，固化時(shí)間不得少于7 d，本次碳纖維布粘貼完成后固化養(yǎng)護(hù)時(shí)間為4 d。

5）施工質(zhì)量檢測。施工完畢后，使用手壓和錘擊碳纖維片材表面的方法進(jìn)行檢查，檢測碳纖維布與混凝土之間是否存在空鼓情況，如發(fā)現(xiàn)空鼓，則說明碳纖維布與混凝土沒有完全貼合，沒有達(dá)到共同受力的目的。若空鼓直徑小于10 mm，使用針管注膠的方法進(jìn)行修補(bǔ)；若空鼓直徑大于30 mm，則需將碳纖維布拆除，返工重做。經(jīng)檢測，碳纖維布粘貼總有效粘結(jié)面積不小于95%，每平方米的空鼓數(shù)量不超過10 個(gè)，滿足要求。根據(jù)《碳纖維布加固修補(bǔ)結(jié)構(gòu)施工及驗(yàn)收規(guī)范》，對于粘貼面積大于1 000 m2工程，為檢驗(yàn)其加固效果應(yīng)與甲方協(xié)商進(jìn)行荷載試驗(yàn)，在多方研討下，認(rèn)為需要進(jìn)行耐磨抗沖刷試驗(yàn)。

試驗(yàn)選取兩個(gè)檢測段作為對照，滲漏圓環(huán)處及非滲漏圓環(huán)處各1 m×1 m 面積大小，每個(gè)檢測段各選定3 個(gè)檢測點(diǎn)，使用40 MPa 高壓水槍模擬非常規(guī)來水情況持續(xù)沖刷，沖刷完畢后檢測碳纖維布外觀質(zhì)量條件，制作《碳纖維布粘貼質(zhì)量檢測表》。經(jīng)檢測，兩個(gè)檢測段碳纖維布粘貼尺寸、方向及粘貼位置等均符合設(shè)計(jì)要求，檢測段內(nèi)有效粘接面積均大于95%，無空鼓現(xiàn)象發(fā)生，碳纖維布粘貼牢固，沒有脫落、翹曲現(xiàn)象。

4 施工質(zhì)量控制與安全措施

1）施工溫度及濕度要符合設(shè)計(jì)要求，不在陰雨天施工，溫度過低底膠不易固化，濕度太大，碳纖維布浸漬膠與混凝土表面難以膠化。

2）混凝土表面要打磨找平，混凝土表面凸起部分要磨平，轉(zhuǎn)角粘貼處打磨成圓弧狀，凹陷部位要使用水泥砂漿填補(bǔ)修復(fù)平整，使之滿足碳纖維布粘貼斷面尺寸要求。

3）底層膠及浸漬膠涂抹量均不小于碳纖維布布面面積大小。

4）施工人員進(jìn)場前應(yīng)進(jìn)行質(zhì)量安全交底。施工時(shí)應(yīng)穿工作服，佩戴口罩和手套，施工現(xiàn)場嚴(yán)禁吸煙；由于洞身狹長，洞內(nèi)需保持良好的照明、通風(fēng)條件；按照安全技術(shù)要求正確搭設(shè)施工腳手架；裁剪及使用碳纖維布時(shí)要遠(yuǎn)離電源，碳纖維布配套用膠要遠(yuǎn)離火源，避免陽光直接照射。

5 結(jié) 語

碳纖維布加固技術(shù)利用碳纖維材料良好的抗拉強(qiáng)度，用于結(jié)構(gòu)構(gòu)件抗拉、抗剪和抗震加固。在本次岸堤水庫放水洞洞身內(nèi)壁加固中，根據(jù)《回彈強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)表》以及《碳纖維布粘貼質(zhì)量檢測表》等數(shù)據(jù)分析，粘貼碳纖維布后，達(dá)到了增強(qiáng)洞身混凝土承載能力及強(qiáng)度的目的，因此此次碳纖維布技術(shù)在岸堤水庫放水洞洞身內(nèi)壁加固中得到了良好的應(yīng)用，并為以后同類工程施工提供了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。