水電站渡槽混凝土碳纖維現(xiàn)場檢測試驗(yàn)分析

趙欣

【摘要】水電站長時(shí)間運(yùn)行后混凝土容易出現(xiàn)裂縫及強(qiáng)度降低的現(xiàn)場，在進(jìn)行混凝土補(bǔ)強(qiáng)時(shí)可采用粘貼碳纖維加固的方式，從桐溪渡槽的碳纖維現(xiàn)場檢測試驗(yàn)可以看出，碳纖維現(xiàn)場檢測試驗(yàn)可真實(shí)反映粘貼碳纖維后的加固效果，實(shí)踐證明該方法可行，可為類似混凝土加固處理提供參考。

【關(guān)鍵詞】碳纖維 加固 混凝土 檢測

我國水電站設(shè)計(jì)使用年限大多在一百年，多數(shù)水電站在到運(yùn)行十幾年時(shí)由于其結(jié)構(gòu)不同程度的磨損，其渡槽混凝土出現(xiàn)裂縫漏水，需進(jìn)行修復(fù)。渡槽的修復(fù)從兩方面進(jìn)行，一方面考慮修補(bǔ)其裂縫，另一方面考慮其自身混凝土的加固補(bǔ)強(qiáng)。用于建筑結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)加固的碳纖維材料，其強(qiáng)度一般為建筑用鋼材的十幾倍，是一種優(yōu)良的結(jié)構(gòu)加固用材料，非常適用于土木工程領(lǐng)域。

當(dāng)混凝土經(jīng)檢測達(dá)不到強(qiáng)度時(shí)，可采取粘貼碳纖維的方式加固混凝土，采用該方法加固混凝土?xí)r需首先完成現(xiàn)場檢測試驗(yàn)，試驗(yàn)表明粘貼碳纖維加固的混凝土強(qiáng)度滿足要求后可大面積應(yīng)用在需補(bǔ)強(qiáng)的混凝土中。

1、工程概況

桐溪渡槽為溫州某輸水渠引水工程輸水渠系北干渠上的渠系建筑物，范圍為樁號(hào)北干18+203.219m～北干18+475.219m，共分為9個(gè)槽段，橫斷面為薄壁矩形箱涵結(jié)構(gòu)，其中第1～8槽段縱向結(jié)構(gòu)為不等跨雙懸臂結(jié)構(gòu)，槽段長32m，支座間距16m；第9槽段為簡支梁結(jié)構(gòu)，槽段長16m。該引水工程運(yùn)行至今，桐溪渡槽槽身的大部分側(cè)墻及局部底板出現(xiàn)了不同程度的細(xì)裂縫（并存在滲水現(xiàn)象）。鑒于該引水工程供水的重要性，為確保溫州市城鎮(zhèn)供水和輸水渠系的正常安全運(yùn)行，對(duì)桐溪渡槽進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)加固處理。

2、渡槽混凝土碳纖維加固措施

工程處理依據(jù)工程目標(biāo)及招標(biāo)技術(shù)要求，首先對(duì)槽身細(xì)裂縫進(jìn)行封縫處理，完成后再從縱向、橫向?qū)Y(jié)構(gòu)復(fù)核不滿足的部位對(duì)渡槽進(jìn)行碳纖維加固處理，從而使混凝土結(jié)構(gòu)得到加固，后根據(jù)業(yè)主及設(shè)計(jì)要求增加對(duì)渡槽進(jìn)行碳纖維加固處理完成后進(jìn)行表面噴涂903砂漿處理，對(duì)渡槽加固碳纖維起到防護(hù)作用。在碳纖維加固前需實(shí)驗(yàn)其加固補(bǔ)強(qiáng)的效果，驗(yàn)證滿足效果后進(jìn)行大面積施工。

2.1現(xiàn)場檢測試驗(yàn)工藝

用于檢測的試樣制備工藝如下：（1）打磨：打磨渡槽槽身，去除槽身表面的雜物，松散混凝土等，直至漏出新鮮混凝土；（2）涂刷碳纖維粘貼專用膠：在打磨完成的部位涂刷碳纖維粘貼專用膠，確保涂刷均勻；（3）粘貼碳纖維布：依據(jù)粘貼范圍裁剪碳纖維布，并將碳纖維布粘貼至對(duì)應(yīng)部位。碳纖維布粘貼完成后，用滾筒反復(fù)滾壓碳纖維表面，直至碳纖維膠充分浸潤碳纖維布；（4）涂刷面膠：最后在粘貼好的碳纖維布表面涂刷面膠，確保涂刷均勻；

檢測試樣的制備歷時(shí)1天，共制備試樣三塊，每塊碳纖維試樣面積為0.5m2，三塊試樣總面積為1.5m2。

2.2試驗(yàn)部位、試驗(yàn)的數(shù)量及編號(hào)

該試驗(yàn)部位位于該水利樞紐渡槽桐溪段，三塊試樣分別位于該段渡槽的6跨、7跨、4跨上，每跨上設(shè)置試驗(yàn)點(diǎn)三個(gè)點(diǎn)，測點(diǎn)布置見圖1和圖2。其試驗(yàn)的數(shù)量及編號(hào)見表一。

表 一 ：

試驗(yàn)部位 試驗(yàn)點(diǎn)編號(hào)

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試驗(yàn)時(shí)環(huán)境的溫度與濕度

本次碳纖維粘結(jié)強(qiáng)度依據(jù)實(shí)測資料，試驗(yàn)進(jìn)行時(shí)的溫度為16℃、相對(duì)濕度為35%。試驗(yàn)的溫度與濕度符合《碳纖維片材加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》的要求。

2.4檢測儀器的型號(hào)、量程、加載速度

本次試驗(yàn)采用的儀器名稱為：碳纖維粘結(jié)強(qiáng)度檢測儀；型號(hào)：HCTJ-10C；量程范圍為：0.000～10.000KN；示值誤差：<1%。本儀器加載方式為人工加載，加載速度控制在0.5KN/s范圍之內(nèi)。

粘結(jié)鐵塊的直徑為50mm，采用環(huán)氧樹脂強(qiáng)力膠將其粘貼于被側(cè)部位。粘結(jié)鐵塊通過萬向接頭與碳纖維粘結(jié)強(qiáng)度檢測儀連接。

2.5試樣的破壞形式、粘結(jié)強(qiáng)度

表二：

試驗(yàn)點(diǎn)編號(hào) 破壞形式 試樣粘結(jié)強(qiáng)度（MPa） 組粘結(jié)強(qiáng)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

經(jīng)現(xiàn)場抗拉拔試驗(yàn)該渡槽的6跨、7跨、4跨九個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的破壞形式均為混凝土破壞，粘結(jié)強(qiáng)度分別為2.1 MPa、2.2 MPa、2.2 MPa，均大于《碳纖維片材加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》中要求的1.5 MPa，滿足規(guī)范要求?，F(xiàn)場檢測試驗(yàn)成果如表二。（注：粘結(jié)強(qiáng)度檢測破壞形式的表示符號(hào)：1） 混凝土破壞：混凝土試塊破壞，以Af表示。2） 層間破壞：樹脂與混凝土問復(fù)合涂層界面破壞，以Bf表示。3） 碳纖維片材破壞：碳纖維片材內(nèi)部破壞，以Cf表示。4） 粘結(jié)失效：碳纖維片材與鋼標(biāo)準(zhǔn)塊之間破壞，以Df表示。）

3、效果評(píng)價(jià)

依據(jù)《碳纖維片材加固修復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程》施工質(zhì)量判定的規(guī)定，本次試驗(yàn)三組9個(gè)試塊的破壞形式均為Af，本次試驗(yàn)的施工質(zhì)量判定為合格，能夠滿足該水電站渡槽的混凝土補(bǔ)強(qiáng)加固要求，可在大面積混凝土加固中應(yīng)用。

結(jié) 論：目前本次引水渡槽碳纖維粘貼粘結(jié)強(qiáng)度現(xiàn)場檢測試驗(yàn)報(bào)告已順利完成，對(duì)該試驗(yàn)點(diǎn)的試驗(yàn)結(jié)果的分析研究，得出如下結(jié)論：（1）被加固的混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件，其現(xiàn)場實(shí)測混凝土強(qiáng)度等級(jí)不得低于C15，且混凝土表面的正拉粘結(jié)強(qiáng)度不低于1.5Mpa。（2）碳纖維加固水電站渡槽混凝土加固效果較好，能達(dá)到規(guī)范要求。（3）碳纖維粘結(jié)強(qiáng)度現(xiàn)場檢測試驗(yàn)?zāi)苷鎸?shí)反映碳纖維的粘貼效果，大面積粘貼碳纖維前需進(jìn)行現(xiàn)場檢測，以便檢測粘貼效果。