纤维复合材料(FRP)在修复加固混凝土输水洞(管)中的应用技术

来源:技术电话:18101310888 发表时间2016-06-28 18:07:13 点击:

一、问题的提出:eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

混凝土输水洞(管)道在长期的运行中,经常出现混凝土碳化、裂缝、渗水、钢筋锈蚀、止水老化等病症。严重影响输水洞(管)的正常使用,甚至还有可能造成严重的工程事故。目前,对严重病害混凝土输水洞(管)修复加固的办法,多采用内衬钢筋混凝土和内衬钢板的办法。这两种方法虽然有效,但存在着如下问题:eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

(一)内衬钢筋混凝土eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

1.损失过流断面,钢筋混凝土内衬套厚度一般在10cm--15cm左右,严重削弱输水洞的过流断面。eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

2.施工工艺要求较高,难度大,新老混凝土的界面处理困难,施工周期长。eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

(二)钢板衬砌eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

1.施工难度大,在管道内加工制作成不同断面形状洞(管),操作困难,尤其变断形状,而且焊接质量不易保证。eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

2.损失过流断面,管道内衬砌钢板,需要在钢板与管壁之间预留回填混凝土砂浆的空间,可将断面直径减少10~20cm左右。eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

3.钢板长期在水下工作,容易产生锈蚀,缩短便用寿命。施工周期长,造价高。eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

对已建成的病害输水洞(管),怎样才能经济,选择一种具有抗裂、抗渗、久、抗冲磨、腐蚀材料,不改变原断面的过流能力,且施工简便,工期短,造价低的方法来代替钢板衬砌或钢筋混凝土衬砌,成为水利工作者的紧迫任务。正是基于这一情况,我们在水利部申请了解决该问题研究立项,得到了水利部国际合作与科技司的批准。eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

二、技术简介eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

技术是将用于航天、航空的高新材料——纤维复合材料(FRP),采用特殊工艺贴于混凝土输水洞(管)表面,使纤维与混凝土形成整体,变形协谐,联合工作,起到对病害洞(管)的修复加固作用,达到抗裂、抗渗、抗冲磨、腐蚀、补强加固作用技术eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

技术特点:eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

1.提高了混凝土输水洞(管)的抗裂、抗渗、抗冲磨、腐蚀能力,提高了结构的承载能力。不改变结构尺寸、不减少过流断面。eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

2.施工简便,工程费用低。该技术工效比钢板衬砌提高3~4倍,造价降低30%~40%。eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

3.开发出了高潮湿结构(YZJ-6)和在高潮湿混凝土表面施工技术强度老化性能均超过规范要求eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

4.适用于任意曲面、变截面各环状结构加固eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

5.纤维复合材料(FRP)轻质、 高强、高模、抗老化、腐蚀eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

6.纤维复合材料(FRP)表面抗冲磨强度相当于C40混凝土的2倍;表面糙率系数减小,相当于混凝土的1/2;疲劳达200万次以上。eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

三、关键技术eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

水工混凝土输水洞(管)在高潮湿环境下工作,用纤维复合材料进行加固补强,需研制可用于高潮湿条件下的材料,提出加固设计的方法,制定施工工艺,并能适应长期在高压、动水条件下工作的实践检验。eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

首先,通过反复试验,研制开发一种新型的能在水下贴纤维复合材料结构和修复碳化混凝土的快速高强纤维砂浆,其性能稳定、强度高。其次,在有限元分析和模型实验的基础上,提出设计原则和方法。第四,制定加固补强的施工工艺,并用试验验证加固模型的抗裂、抗渗和抗冲磨性能。第五,用于实际输水管的加固补强,检验加固补强的总体效果和效益。eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

在理论分析和试验研究取得成功的基础上,该新产品、新技术已用于湖北省黄坡水库输水管、湖南省桃花江水库灌溉及发电管和湖北省花园水库发电输水洞的加固补强,在施工各阶段进行的现场检测及验收中,各项技术指标均达到设计要求。经过一年多的运行情况及埋设仪器的检测数据说明:纤维复合材料与原管混凝土结牢固、变形协调、共同受力。具有恢复病害结构的承载能力、延缓裂缝开展的良好补强效果,防渗、抗冲磨、腐蚀的优良性能,以及施工简便、缩短工期、降低工程造价等优点。eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

四、创新点eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

复合纤维材料(FRP)与混凝土技术,在水下工程中补强加固、抗裂防渗、抗冲磨、防腐蚀的应用,最大的难题是:高潮湿材料和高强度技术。本研究解决了最关键的难题,成功地在三个工程中得到了应用,开创了先例,填补了我国的空白。通过了水利部的验收和鉴定,评定为:“在潮湿条件下,输水洞的加固效果达到国际先进水平,结补强加固技术达到国内领先水平”。eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

该研究的创新点:eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

1.研制出了一种能在高潮湿环境结并长期在水下应用的长江牌YZJ-6潮湿型结构。其性能可在混凝土高潮湿(饱和)表面上结;结力强,正强度大于2.5Mpa;老化(符合规范加速老化2000h强度不降低要求);不收缩,不产生剥离力。eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

2.开发研究出了在高潮湿环境结和高速水流条件下应用的技术,使纤维、结构混凝土三者完全能够结成整体、变形协调、联合工作。eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

3.首次将轻质、高强、高模原用于航天、航空的材料大胆地用于水下工程补强加固,与传统的钢板衬砌比较,施工简便,成本低,工效提高了3~4倍,造价降低30%~40%。eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

五、工程实例eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

(一)黄坡水库输水洞eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

1.该输水洞为钢筋混凝土结构,直径1.8m,壁厚0.4m,洞长190m最大埋深20m。1981年10月建成并正式投产,年最大发电量352.2万kw.h,平均年发电量约200万kw.h。水库并通过该水洞向下游供灌溉用水。eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

2.病害情况。该输水洞病害主要为混凝土空蚀、碳化、麻面最大碳化深度17mm,洞壁裂缝、穿孔,漏水、渗水,最大缝宽3.1mm,外露钢筋全部脱皮锈蚀。eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

3.修复加固方案。eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

清除碳化层,凿出新鲜混凝土,进行阻锈处理, YZJ-4新老混凝土界面处理,高强快速固化聚脂砂浆修复,YZJ-CD打底,YZJ-CZ找平找平,YZJ-CQ浸渍贴玻纤维布(GFRP)二层,表层防护防护。eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

4.效益eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

采用二层玻纤维布(GFRP )修复加固与钢板衬砌比较。eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

工效:提高3.3倍。eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

造价:降低36.7%eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

发电量:提高13%(由于糙率减少,水头损失减少)。eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

(二)湖南桃花江发电、灌溉输水洞eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

1.灌溉洞长11.5m,洞径2.4m,壁厚0.4 m,发电洞长5.4 m,洞径1.75 m,壁厚0.3 m。eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

2.存在问题:原设计混凝土强度为20Mpa,检测结果强度降低38~47%;碳化深度18mm,局部超过30mm,裂缝严重,灌溉管可见缝47条,最大缝宽5mm。发电管可见缝36条,最大缝宽3mm,大部分为贯穿性裂缝,严重漏水,其中灌溉管有一处向外射流。eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

3.加固措施,采用YZJ-5高压灌缝,采用SR泥及迂水膨胀橡皮止水,清除壁面碳化混凝土。凿出新鲜界面,采用YZT-4界面及树脂砂浆修复壁面。灌溉管采用YZJ-6高潮湿全断面贴一层碳纤维布(CFRP)。发电管采用YZJ-6高潮湿全断面贴一层玻纤维L500-E(GFRP),表层涂防护eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

4.效益eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

采用纤维复合材料(FRP)修复加固与采用钢板衬砌比较。eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

工效:提高3倍。eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

造价:降低35%。eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

效果:加固后外露管及埋入管滴水不漏。eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

(三)湖北花园水库输水洞eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

1.花园输水洞长132.4m,洞径2.2m,壁厚0.4m。1969年10月建成投产,输水洞兼发电及农田灌溉。eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

2.经检测,该洞混凝土强度普遍降低,强度小于11.6Mpa,管壁出现裂缝、点渗、线渗、面渗。钢筋锈蚀,伸缩缝止水破坏。经复核计算,该洞结构截面抗裂安全系数1.05,小于允许值1.2,计算裂缝宽度为0.8mm。抗安全系数1.51,大于允许值1.5,因此,该洞的问题主要不是强度问题,而是混凝土抗裂、抗掺、防碳化及抗冲磨问题。eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

3.修复加固措施采用YZJ-CD、YZJ-CZ及YZJ-6,全断面贴玻纤维(GFRP)L500-E二层。抗裂、抗渗、抗冲磨、防护混凝土碳化,阻止钢筋锈蚀。eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

4.效益eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

工效:提高4倍。eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

造价:降低39.8%。eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

由于洞壁糙率降低,水头损失减少,发电出率增加,发电量增加12%左右。eMY灌浆料_高强无收缩灌浆料厂家_北京固维

 
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