李曰辰 李秀君

1 概況

為執(zhí)行國家政策,某火電廠對發(fā)電機組進行脫硫技術(shù)改造,其中,需對煙道結(jié)構(gòu)進行改造,增加脫硫設(shè)施。煙道始建于1985年,下面為鋼筋混凝土框架形式的支撐結(jié)構(gòu),上面為矩形截面的鋼筋混凝土箱形煙道。煙道主體頂標(biāo)高為13.35 m,支架頂標(biāo)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(xiàn)了較嚴(yán)重的破壞現(xiàn)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(jié)構(gòu)安全。首先對結(jié)構(gòu)進行全面的檢測鑒定,對其安全狀態(tài)進行評估,再根據(jù)具體情況,采用適當(dāng)?shù)姆桨笇Y(jié)構(gòu)進行加固和防護處理,確保結(jié)構(gòu)能夠安全地繼續(xù)運行。

2 結(jié)構(gòu)檢測鑒定

2.1 檢測范圍

煙道?軸～?軸,①軸～⑤軸(水平段)整體結(jié)構(gòu),包括支架與箱體。

2.2 檢測內(nèi)容

1)結(jié)構(gòu)平面布置及構(gòu)件尺寸的抽查測量;

2)混凝土強度檢測;

3)抽查混凝土構(gòu)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(jié)果

1)結(jié)構(gòu)布置與幾何尺寸：經(jīng)現(xiàn)場檢查和測量,煙道結(jié)構(gòu)布置與原設(shè)計圖紙基本相符,主體為現(xiàn)澆鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu)。承重結(jié)構(gòu)的構(gòu)件幾何尺寸與原設(shè)計相符。

2)外觀缺陷檢查：a.煙道底板為現(xiàn)澆板,大多數(shù)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(cè)墻體混凝土風(fēng)化嚴(yán)重,混凝土剝落,出現(xiàn)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(gòu)件由于現(xiàn)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(jié)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(shè)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(yán)重,平均深度大于25 mm。

2.4 檢測結(jié)論

1)根據(jù)檢測結(jié)果,依據(jù)GBJ 144-90工業(yè)廠房可靠性鑒定標(biāo)準(zhǔn),煙道結(jié)構(gòu)的安全性等級評為三級;使用性等級為三級。2)煙道結(jié)構(gòu)的狀況在現(xiàn)有使用狀態(tài)下,已不夠安全,但還是有加固的價值,在采取適當(dāng)?shù)募庸烫幚泶胧┖?還可以繼續(xù)安全使用一定的年限。

3 結(jié)構(gòu)加固方案

3.1 加固方法選擇

對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)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(tǒng)的加固方法,用同種材料——鋼筋混凝土來加大被加固構(gòu)件的截面和配筋量,并通過植筋或焊接來保證新舊結(jié)構(gòu)的連接。加大截面法造價低廉,可以使構(gòu)件剛度、承載力、變形能力同時提高,但是它增大了構(gòu)件的尺寸和自重,影響構(gòu)件的使用功能,施工不便、速度慢、占用空間大、噪聲大,對生產(chǎn)、生活有較大的不良影響。更重要的是,新舊混凝土結(jié)合是一個薄弱環(huán)節(jié),共同工作效果較差,嚴(yán)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(jié)構(gòu)的新舊結(jié)合問題。粘貼加固技術(shù)的原理是將鋼板或碳纖維等通過高強粘結(jié)劑粘貼在混凝土構(gòu)件外表面上形成三相材料：混凝土—膠—鋼板(或碳纖維)的復(fù)合系統(tǒng)共同工作,以提高結(jié)構(gòu)的強度和剛度,由于粘結(jié)劑有著優(yōu)異的物理化學(xué)性能,粘貼加固法可以讓加固鋼板或纖維布與被加固結(jié)構(gòu)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(yōu)點。

相對于粘貼鋼板加固,粘貼碳纖維加固有著更突出的優(yōu)點,碳纖維材料質(zhì)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(huán)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(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)采用粘貼碳纖維布進行加固。主體承重結(jié)構(gòu),大多數(shù)外觀基本完好,碳化深度小于鋼筋保護層厚度,對構(gòu)件鋼筋短期內(nèi)不會造成破壞,雖然混凝土實際強度已低于原設(shè)計強度,但差距并不太大。由于結(jié)構(gòu)的運行荷載等條件并沒有發(fā)生改變,參考結(jié)構(gòu)原設(shè)計圖紙和檢測鑒定結(jié)果,依據(jù)國家相關(guān)規(guī)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(nèi)粘貼碳纖維布環(huán)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(huán)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(cè)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(nèi)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(nèi)層,向上粘貼至板底根部;在梁兩側(cè)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(nèi)側(cè)。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?zé)煹垒S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(jié)構(gòu)進行全面的防腐處理。

4 結(jié)構(gòu)加固施工要點

1)裂縫灌漿采用注射式低壓低速灌漿技術(shù),使用低粘度、高強度、高滲透性、固化時間可控的環(huán)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(nèi)已有了多年的應(yīng)用,其施工工藝已比較成熟,在施工中需強調(diào)的關(guān)鍵有兩點：a.粘貼結(jié)構(gòu)膠的質(zhì)量和調(diào)配,首先,粘結(jié)膠必須是滿足國家相關(guān)規(guī)范規(guī)定的合格產(chǎn)品;其次,施工現(xiàn)場必須嚴(yán)格按照規(guī)定的使用環(huán)境和操作要求進行調(diào)配和操作,不然將會影響膠體的強度等性能,嚴(yán)重時甚至?xí)鼓z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(jié)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(huán)氧樹脂類防腐涂料。

5 結(jié)語

煙道結(jié)構(gòu)自加固后至今已運行了3年多,各方面均處于安全狀態(tài),表明加固效果良好。碳纖維加固技術(shù)有著獨特的優(yōu)點,安全可靠,施工迅速便捷,效果顯著,有著廣泛的推廣應(yīng)用價值。

[1]GB 50010-2002,混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范[S].

[2]GB 50367-2006,混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范[S].

[3]潘贛斌.碳纖維在建筑結(jié)構(gòu)加固中的應(yīng)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(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)程[S].