構(gòu)筑物加固
改革開(kāi)放以來(lái),我國(guó)興建了大批污水處理廠,其圓形沉淀池大部分采用預(yù)制拼裝連續(xù)繞絲預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu),如全國(guó)著名的大型污水處理廠——天津紀(jì)莊子污水處理廠、杭州四堡污水處理廠、天津東郊污水處理廠、北京高碑店污水處理廠、沈陽(yáng)北部污水處理廠等圓形水池均采用此種結(jié)構(gòu)型式。初步估計(jì),在污水處理行業(yè)中,此種類(lèi)型水池有數(shù)百座之多,其他行業(yè)圓形水池、貯倉(cāng)、油罐等采用預(yù)應(yīng)力繞絲結(jié)構(gòu)的也很多。應(yīng)該說(shuō),經(jīng)多年使用后均存在著不同程度的隱患,如何加固此種類(lèi)型的水池,應(yīng)該是目前急需解決的課題。
1 碳纖維補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)
此種結(jié)構(gòu)的水池加固可采取多種方案,如在水池外做鋼筋混凝土柱及幾道環(huán)梁,又如在水池外做鋼筋混凝土張拉柱,然后重新配置無(wú)粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼筋等,另外還有一些其他方案,但施工都比較困難,有的還要破壞原有的噴漿和預(yù)應(yīng)力繞絲,給施工帶來(lái)一定程度的危險(xiǎn)性,而且加固后的水池也不美觀,尤其是在水池仍可正常運(yùn)行而只是存在破壞的隱患時(shí)采取以上加固方案,對(duì)原結(jié)構(gòu)有一定的損傷,就顯得不盡合理。
結(jié)構(gòu)體外碳纖維補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)的出現(xiàn)與應(yīng)用給水池加固開(kāi)拓了新的領(lǐng)域。碳纖維補(bǔ)強(qiáng)對(duì)加固構(gòu)筑物有著卓越的效果,它可以最大限度地保留原來(lái)建筑的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),且不增加構(gòu)筑物的重量,不改變?cè)ㄖY(jié)構(gòu)的外型。碳纖維具有極優(yōu)越的品質(zhì),是一種廣泛應(yīng)用于航空航天領(lǐng)域的高科技材料。碳纖維絲的直徑為5~8 μm,具有良好的柔性,其彈性模量大,密度小,抗疲勞強(qiáng)度高,耐久性能好,耐磨損,抗腐蝕,抗拉強(qiáng)度是一般鋼材的7~10倍,用環(huán)氧樹(shù)脂將它與結(jié)構(gòu)物粘貼后形成一體,能可靠地與鋼筋混凝土共同工作。以碳纖維為組分、以樹(shù)脂為基體的碳纖維增強(qiáng)樹(shù)脂基復(fù)合材料CFRP片,是將碳纖維束按設(shè)定的方向排列在一個(gè)平面內(nèi),用少量粘結(jié)劑將纖維絲粘貼成片狀,碳纖維具有上述優(yōu)越的力學(xué)性能,而樹(shù)脂具有良好的防水性能,可對(duì)混凝土的劣化及鋼筋的腐蝕起到抑制作用,且耐酸、堿、鹽及大氣環(huán)境腐蝕。實(shí)驗(yàn)證實(shí),碳纖維及樹(shù)脂在化學(xué)上是相當(dāng)穩(wěn)定的物質(zhì),具有理想的抗紫外線侵蝕能力,耐久性好,兩種物質(zhì)結(jié)為一體的CFRP片粘著于混凝土物體表面,對(duì)結(jié)構(gòu)起到加固作用。CFRP片的突出特點(diǎn)是與混凝土形成一體而共同承擔(dān)應(yīng)力。
碳纖維加固建筑結(jié)構(gòu)的優(yōu)越性已為國(guó)內(nèi)外的工程實(shí)踐所證實(shí)。使用此種技術(shù)修補(bǔ)加固混凝土結(jié)構(gòu),自20世紀(jì)80年代問(wèn)世以來(lái),90年代逐步應(yīng)用于橋梁、隧道、煙囪、樓宇等混凝土結(jié)構(gòu)物的補(bǔ)修補(bǔ)強(qiáng),在加固技術(shù)上有了很大的發(fā)展,特別是1995年日本阪神大地震后,碳纖維補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)在震毀建筑物的補(bǔ)強(qiáng)中貢獻(xiàn)卓著,引起國(guó)際建筑界的重視,在歐、美、亞等洲得到了迅速推廣。1998年,天津市政工程局與北京特希達(dá)科技有限公司合作,率先在于家?guī)X橋加固工程中應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù),得到了滿(mǎn)意的效果。到目前為止,在全國(guó)應(yīng)用此技術(shù)已加固橋梁工程20余座,加固包括北京人民大會(huì)堂在內(nèi)的工業(yè)與民用建筑數(shù)十項(xiàng)工程,均獲得成功。
2 圓形水池補(bǔ)強(qiáng)的探討
CFRP主要用于加固受拉、受剪、拉彎的鋼筋混凝土構(gòu)件。由于CFRP具備優(yōu)異的抗拉性能,在加固的混凝土結(jié)構(gòu)中能起到直接鋼筋或間接鋼筋的作用,因此,特別適用于地上和半地上圓形水池的加固。污水處理廠的地上、半地上圓形水池,在使用階段因池壁環(huán)拉力較大,一般采用預(yù)制拼裝連續(xù)繞絲預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)。根據(jù)計(jì)算,若考慮池壁底端鉸接、頂端自由,那么沿池壁高度為0.5~0.7 H處環(huán)拉力應(yīng)最大。該部位配置預(yù)應(yīng)力鋼筋較密,其外噴保護(hù)鋼絲的砂漿施工質(zhì)量也不容易保證,鋼絲產(chǎn)生銹蝕的可能性較大,因此加固水池池壁的中部應(yīng)是關(guān)鍵。在污水處理廠中,圓形初沉池及二沉池一般為半地上水池,根據(jù)工藝要求多數(shù)二沉池埋地較深,在使用階段,池外土能抵抗一部分由池內(nèi)滿(mǎn)水時(shí)對(duì)池壁產(chǎn)生的環(huán)拉力,因此比較安全。但初沉池則不同了,一般池壁外露較多,需要加固的可能性較大。加固時(shí),可在池壁中部粘貼CFRP箍,即可達(dá)到加固的目的,當(dāng)然,應(yīng)根據(jù)計(jì)算決定配置CFRP箍的寬度、層數(shù)和間距。一般情況下,水池曾有過(guò)長(zhǎng)期滲漏的部位或觀察池外壁噴漿有開(kāi)裂起鼓現(xiàn)象,已存在破壞的隱患,就應(yīng)引起重視。此時(shí),預(yù)應(yīng)力鋼筋并未失效,在水池環(huán)拉力較大的部位及因滲漏鋼絲可能銹蝕的部位進(jìn)行加固,可使CFRP和原繞絲預(yù)應(yīng)力鋼筋共同工作,達(dá)到加固目的。
加固的施工程序比較簡(jiǎn)單,首先根據(jù)水池的使用情況分析確定加固部位及箍的寬度,認(rèn)真檢查加固部位的原有噴漿表面有無(wú)疏松、起鼓、開(kāi)裂、松脫、露筋等現(xiàn)象,如有應(yīng)做必要的清除、防銹及灌縫處理;然后用高壓水沖洗干凈,用高標(biāo)號(hào)水泥砂漿抹箍,使之基面平滑,并確保無(wú)原有噴漿的尖刺,待水泥砂漿達(dá)到強(qiáng)度后涂底層界面劑,使底層樹(shù)脂滲入到水泥砂漿中,增加粘貼的結(jié)合力;然后檢查表面,如有小孔,應(yīng)用環(huán)氧膩?zhàn)有扪a(bǔ)平整,如表面存在凹凸糙紋,應(yīng)用砂紙打磨平整,去掉灰塵,隨之刷涂環(huán)氧樹(shù)脂,將碳纖維片粘貼于表面,再涂刷一層粘結(jié)樹(shù)脂,根據(jù)溫度條件在自然環(huán)境下養(yǎng)護(hù)一至兩周即加固完畢。修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)作業(yè)完成后,碳纖維片表面可根據(jù)環(huán)境需要涂刷各種性能和不同顏色的涂裝,以增加補(bǔ)強(qiáng)的效果,使水池更加美觀,而且水池后期維修費(fèi)用會(huì)大大降低。
碳纖維加固補(bǔ)強(qiáng)混凝土結(jié)構(gòu)的新技術(shù)是對(duì)傳統(tǒng)加固方法的有力補(bǔ)充,又遠(yuǎn)勝于傳統(tǒng)方法,已形成一種混凝土結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)的新趨勢(shì)。與傳統(tǒng)方法相比較,利用碳纖維加固預(yù)制拼裝連續(xù)繞絲預(yù)應(yīng)力圓形水池的方法,從施工速度、施工難度、用工量、耐久性及池體美觀等綜合因素上考慮,應(yīng)是經(jīng)濟(jì)、合理、可行的方案。利用碳纖維對(duì)預(yù)制拼裝連續(xù)繞絲預(yù)應(yīng)力圓形水池的加固目前尚沒(méi)有工程實(shí)例,但相信將會(huì)大有作為。
碳纖維片的主要缺點(diǎn)是進(jìn)口產(chǎn)品價(jià)格比較昂貴,而國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的質(zhì)量性能還存在著一定的問(wèn)題,例如材料的勻質(zhì)性較差導(dǎo)致受力不均,碳纖維片預(yù)浸樹(shù)脂含量過(guò)高,碳纖維斷絲率過(guò)高,樹(shù)脂質(zhì)量也欠佳,這些都影響補(bǔ)強(qiáng)質(zhì)量。目前,國(guó)內(nèi)正在不斷改進(jìn)產(chǎn)品的性能,相信為時(shí)不久定能做出合格產(chǎn)品。
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