碳纤维在华能上安电厂火车卸煤沟上部结构加固中的应用

摘要：以华能上安电厂火车卸煤沟原结构加固为背景，介绍了碳纤维在结构加固中的优点，总结了碳纤维加固结构工艺、施工工序、施工方法、施工要求及质量检测要点，可为类似工程加固提供参考。

关键词：结构加固；碳纤维；施工工艺；质量检测

1 工程概况

华能上安电厂位于石家庄市以西井陉县境内，规划总容量为2500MW。一期工程建设2×350MW机组，二期工程扩建2×300MW机组，三期工程建设2×600MW超临界空冷机组，由华能国际电力股份有限公司投资建设。一期工程2×350MW机组于1986年动工，1990年投产。火车卸煤系统按一期工程建设2×350MW机组，二期工程扩建2×300MW机组，总装机1300MW一次建成。卸煤沟埋深9米，长245米，上部钢筋混凝土框架，设400吨/小时螺旋卸车机二台。卸煤沟工程于1987年10月开工，1988年10月完工。由于原卸车机多年未用，目前已经损坏，需要拆除重新安装三台螺旋卸车机。由于原结构为上世纪八十年代施工，设计标准低，目前上部结构梁、柱表面已经风化、脱落，根据鉴定结果，原结构混凝土强度已经不满足原设计强度要求，需要对原结构进行加固。

2 加固方案的选择

目前，在加固行业中，改善梁、柱承载力不足的工艺方法有：加大截面加固法、包钢加固法、粘贴碳纤维布加固法[1-2]。

碳纤维布补强与传统的加大混凝土截面或包钢加固相比，具有节省空间，施工简便，不需要现场固定设施，施工质量易保证，基本不增加结构尺寸及自重，耐腐蚀、耐久性能好等特点。另外，采用该工法，可大大提高建筑物的使用寿命，降低加固成本。因此，碳素纤维作为划时代的补强材料，而备受青睐和关注。碳纤维布加固方法的特点：

（1）抗拉强度高，是同等截面钢材的7-10倍。

（2）重量轻，密度只有普通钢材的1/4。

（3）耐久性好，可阻抗化学腐蚀和恶劣环境、气候变化的破坏。

（4）施工方便快捷、省力节时、施工质量易于保证。

（5）适用范围广，混凝土构件、钢结构、木结构均可进行加固。可大幅度提高构件的承载能力、抗震性能和耐久性能。结合经设计进行强度验算并结合现场的环境、空间，本着经济快捷的目的，确定采用碳纤维加固方案既能满足结构使用要求，又不增加原结构荷载。

3 碳纤维布粘贴

3.1 工艺介绍

将抗拉强度极高的碳纤维用环氧树脂预浸成为复合增强材料（单向连续纤维）；用环氧树脂粘结剂沿受拉方向或垂直于裂缝方向粘贴在要补强的结构上，形成一个新的复合体，使增强粘贴材料与原有钢筋混凝同受力增大结构的抗裂或抗剪能力，提高结构的强度、刚度、抗裂性和延伸性。

具体施工程序为：表面处理涂刷底胶修补找平胶料配制粘贴碳纤维表面防护检验。

3.2 施工方法

1） 表面处理：清除粘贴部位混凝土表面浮浆、油污、杂质，若表面有蜂窝、裂缝，应进行修补，使露出骨料新面。碳纤维材料擦除表面浮灰。

2） 涂刷底层胶：把按比例充分搅拌调制后的底胶，均匀涂布在混凝土表面。

3） 修补找平：经上述工序后，混凝土表面若有凹凸，用修补胶涂抹找平。

4） 胶料配制：按称量比例调制粘结胶，调制前对甲、乙两组分别搅拌，混入后再充分搅拌。

5） 粘贴碳纤维：按设计要求的尺寸裁剪碳纤维，将配制后的粘结胶均匀涂抹粘贴部位的混凝土表面上。将裁剪好的碳纤维敷设在涂好粘结胶的基础上，织物应充分展平不得有褶皱；并用滚筒沿碳纤维纤维方向多次滚压使粘结胶充分浸透纤维。

6） 表面防护：在粘贴完最后一层碳纤维后，尚应在其表面均匀涂抹一道浸渍、粘结专用结构胶。碳纤维粘贴完毕后静置固化，并按产品说明书规定的固化环境温度和固化时间进行养护，24h内不得扰动。

7） 检验：粘贴碳纤维完工、固化后，检验粘贴部位的密实度，对局部不密实处进行修补。

3.3 施工要求

1）表面处理：粘贴部位混凝土表层含水率>4%，环境温度

2）涂刷底胶：底胶涂刷应均匀，当指触干燥后方可进入下一工序。配制的底胶应在50分钟内使用。

3）修补找平：经上述工序后粘贴面平整度应达到5mm/m，有段差转角部位、凹凸部位应找平，抹成平滑曲面。配制的修补找平胶应在45分钟内使用。

4）胶料配制：胶料应严格按比例充分搅拌后配制。配制搅拌后的胶料应无沉淀、色差、气泡，并应防止灰尘杂质混入胶料。粘结剂配制后应在45分钟内使用。

5）粘贴碳纤维：应按设计要求裁剪碳纤维，不得损坏横向织物面，涂抹粘结胶应均匀，敷贴碳纤维应平整无气泡。多层粘贴，可重复上述步骤，但应在表面指触干燥后立即进行下一层粘贴。如超过60分钟，则应等12小时后再行粘贴下一层。

6）表面防护：在粘贴最后一层碳纤维上应涂抹粘结胶一道，进行防护，涂抹应均匀充分，不应漏涂。

7）检验：粘贴完后经固化（12小时左右）后，进行检验。密实度可用小锤敲击表面，通过不同声音判别密实情况，密实度应达到有关规范，否则应予修补后再检。

4 工程质量检验

1） 碳纤维产品应按有关规定选用Ⅰ级碳纤维布，有关技术指标必须符合有关规定，应提品质保书。抗拉强度标准值≥3400MPa，弹性模量≥2.4×105MPa，伸长率≥1.7%，弯曲强度≥700MPa，与混凝土的正拉黏结强度≥2.5MPa（且为混凝土内聚力破坏），碳纤维布规格为300g/m2，计算厚度为0.167mm。

2） 粘贴碳纤维粘结剂选用A级胶，有关技术指标必须符合有关规定，应提品质保书。

碳纤维浸渍、粘贴用胶：抗拉强度≥40MPa，抗拉弹性模量≥2500MPa，抗压强度≥70MPa，抗弯强度≥50MPa（且不得呈脆性破坏），伸长率≥1.5%，不挥发物含量（固体含量）≥99%，与混凝土的正拉黏结强度≥2.5MPa（且为混凝土内聚力破坏）。

碳纤维底胶：不挥发物含量（固体含量）≥99%，与混凝土的正拉黏结强度≥2.5MPa（且为混凝土内聚力破坏），混合后初黏度（23℃时）≤6000MPa・s。

经设计、施工、甲方验收，加固工程符合设计要求，加固效果良好。

5 结论

本文介绍了碳纤维加固技术在华能上安电厂火车卸煤沟原结构加固中应用，实践证明加固效果良好。并对碳纤维加固结构施工工艺、施工工序、施工方法、施工要求及质量检测要点进行了介绍，可为类似工程加固提供参考。

参考文献：

[1]刘建起， 王敬莎. 碳纤维加固预应力梁抗弯承载力试验研究[J].土木工程学报， 2005， 38（11）：9-13

[2]曾宪桃，任振华. 侧立面嵌贴碳纤维增强塑料板条加固混凝土梁受剪承载力研究[J].建筑结构学报， 2014， 35（2）：137-143