淺談碳纖維等現(xiàn)代技術(shù)在變電

 淺談碳纖維等現(xiàn)代技術(shù)在變電

　　摘要:早期變電站屋外構(gòu)支架均為現(xiàn)場(chǎng)預(yù)制鋼筋混凝土構(gòu)件,經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)行使用后，出現(xiàn)不同程度的構(gòu)支架表面混凝土老化、炭化、開(kāi)裂和剝落，鋼筋外露銹蝕等現(xiàn)象。如何能夠在不停電或少停電的情況下、現(xiàn)場(chǎng)對(duì)鋼筋混凝土構(gòu)支架進(jìn)行加固、補(bǔ)強(qiáng),從而恢復(fù)和提高輸變電構(gòu)支架的強(qiáng)度、剛度,保證電網(wǎng)長(zhǎng)期安全穩(wěn)定運(yùn)行，是長(zhǎng)期困擾變電站鋼筋混凝土構(gòu)支架加固補(bǔ)強(qiáng)設(shè)計(jì)的難題。筆者曾前往北方地區(qū)進(jìn)行相關(guān)技術(shù)的調(diào)研,類比大量碳纖維加固補(bǔ)強(qiáng)材料試驗(yàn)結(jié)果,并結(jié)合我省變電站構(gòu)支架的實(shí)際情況,通過(guò)本文介紹一套以碳纖維加固為特征的變電站屋外構(gòu)支架加固補(bǔ)強(qiáng)防護(hù)技術(shù).應(yīng)用該技術(shù)能達(dá)到現(xiàn)場(chǎng)直接對(duì)構(gòu)支架實(shí)施加固補(bǔ)強(qiáng)防護(hù),使其恢復(fù)安全性和使用功能的目的,值得在我省電力工程中大力推廣使用.

　　關(guān)鍵詞:變電站，鋼筋混凝土構(gòu)支架，碳纖維，加固補(bǔ)強(qiáng)防護(hù)

　　1引言

　　我國(guó)輸變電工程大量應(yīng)用鋼筋混凝土構(gòu)支架，混凝土構(gòu)支架與鋼構(gòu)支架相比具有投資少、耐腐蝕等優(yōu)勢(shì)。而隨著使用時(shí)間的增長(zhǎng)，鋼筋混凝土構(gòu)支架易發(fā)生老化、炭化、腐蝕、開(kāi)裂、鼓包、剝落、掉塊、“滲白”、鋼筋外露銹蝕、斷開(kāi)等等破損、破壞現(xiàn)象。特別是我省部分變電站地處海邊，構(gòu)支架長(zhǎng)期受鹽霧侵蝕;加上隨著周邊區(qū)域的發(fā)展,環(huán)境污染源的不斷產(chǎn)生,構(gòu)支架受到外界有害氣體介質(zhì)的污染侵蝕,通過(guò)自然雨水的滲透作用，加速了構(gòu)支架的腐蝕。構(gòu)支架腐蝕表面有不斷發(fā)展趨勢(shì)，對(duì)變電站設(shè)備的長(zhǎng)期安全運(yùn)行已經(jīng)產(chǎn)生嚴(yán)重影響。

　　本文介紹一套變電站屋外鋼筋混凝土構(gòu)支架碳纖維加固補(bǔ)強(qiáng)防護(hù)技術(shù)，通過(guò)這套技術(shù)的實(shí)施，人們便能在現(xiàn)場(chǎng)直接對(duì)高壓輸變電構(gòu)支架實(shí)施加固補(bǔ)強(qiáng)防護(hù)，使其恢復(fù)安全性、使用功能、及耐久性。這套技術(shù)主要運(yùn)用了碳纖維加固、高分子裂縫灌漿、新老材料結(jié)合、高強(qiáng)微膨脹材料、聚合物沙漿修補(bǔ)、高分子植物膜等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)各種破損形態(tài)混凝土構(gòu)支架的在線“復(fù)原”。

　　2碳纖維材料特點(diǎn)及本套加固補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)簡(jiǎn)介

　　碳素纖維材料是高強(qiáng)度碳纖維單向排列，用微量的樹(shù)脂浸滲后作為混凝土的修復(fù)補(bǔ)強(qiáng)材料，其抗拉強(qiáng)度大約是鋼筋的10倍，并且具有重量輕、高彈性、高強(qiáng)度、高耐久性等特性。

　　碳纖維加固具有以下優(yōu)點(diǎn)：①不增加恒載及斷面尺寸；②可適應(yīng)不同的構(gòu)件形狀，成型很方便；③施工簡(jiǎn)便；④對(duì)原結(jié)構(gòu)不產(chǎn)生新的損傷；⑤能有效地封閉混凝土的裂縫；⑥碳纖維片具有優(yōu)良的耐化學(xué)腐蝕性；⑦不影響結(jié)構(gòu)的外觀。

　　碳纖維加固技術(shù)是利用改性環(huán)氧樹(shù)脂類膠結(jié)材料將碳纖維片材粘貼于混凝土表面，從而達(dá)到結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)及改善受力性能的目的。根據(jù)結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力分析計(jì)算結(jié)果和受力特征，應(yīng)用專用結(jié)構(gòu)膠粘劑將碳纖維片材粘貼于強(qiáng)度不滿足受力要求的混凝土構(gòu)件外部相應(yīng)部位，以達(dá)到構(gòu)件滿足承載力要求。

　　本套技術(shù)包括：

　　（1）高滲防水劑、高分子裂縫灌漿料和高強(qiáng)微膨修復(fù)料等對(duì)不同裂縫寬度的裂縫進(jìn)行處理，消除裂縫對(duì)構(gòu)支架材料的切割破壞；

　�。�2）新老砼界面劑、高強(qiáng)微膨修補(bǔ)材料、聚合物砂漿修補(bǔ)材料（并配合碳纖維）等對(duì)剝落、掉塊、鼓包、空鼓、及局部疏松區(qū)等進(jìn)行修補(bǔ)、修復(fù)加固；

　�。�3）碳纖維對(duì)鋼筋銹蝕、混凝土縱裂橫裂、混凝土疏松區(qū)、結(jié)構(gòu)需要提高強(qiáng)度的部位等進(jìn)行加固補(bǔ)強(qiáng)；

　　（4）高分子織物膜、混凝土保護(hù)膠等技術(shù)對(duì)構(gòu)支架進(jìn)行整體加固、防護(hù)；

　�。�5）對(duì)于荷載增加的T型梁分別在兩翼緣的側(cè)面和T型梁底部粘貼碳纖維，環(huán)向按規(guī)范要求粘貼碳纖維箍條和壓條。

　　總之，采用碳纖維等成套變電站鋼筋混凝土構(gòu)支架加固補(bǔ)強(qiáng)防護(hù)技術(shù)加固的輸變電構(gòu)支架不僅面貌煥然一新，而且在安全性、使用功能、耐久性等方面甚至優(yōu)于一座同樣規(guī)模和結(jié)構(gòu)布置的新建輸變電構(gòu)支架，極大地降低電網(wǎng)運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用。

　　3碳纖維加固補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)的原理

　　3.1技術(shù)原理與技術(shù)目標(biāo)

　　造成高壓輸變電構(gòu)支架破損、破壞的原因、和破壞形態(tài)不僅十分復(fù)雜，而且種類繁多，有：自然老化炭化破壞；結(jié)構(gòu)受力破壞；鋼筋銹蝕膨脹破壞；凍融循環(huán)破壞；化學(xué)腐蝕破壞；溫度應(yīng)力破壞；風(fēng)振風(fēng)擺破壞；堿骨料反應(yīng)破壞；各因素偶合破壞等等，靠一兩項(xiàng)單一技術(shù)和材料的開(kāi)發(fā)是解決不了問(wèn)題，我們必須對(duì)各類破壞因素和破壞形態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分類、劃分主次。針對(duì)主破壞因素、區(qū)別不同的破壞形態(tài)，分別研發(fā)相應(yīng)的技術(shù)和材料逐一解決。

　　變電站混凝土構(gòu)支架破壞形態(tài)大概歸納為如下幾類：

　�。�1）構(gòu)架混凝土不同程度的炭化、老化，各部分混凝土強(qiáng)度不均勻，同一排架或同一構(gòu)件不同部位的混凝土強(qiáng)度也不均勻。

　�。�2）鋼筋混凝土構(gòu)架柱、橫梁及支架存在縱向裂縫和環(huán)向裂縫。這種裂縫一般出現(xiàn)在桿件的中、下部，少數(shù)出現(xiàn)在上部，縱向裂縫和環(huán)向裂縫破壞了構(gòu)支架桿件的整體性，減低構(gòu)支架的強(qiáng)度、剛度和耐久性，給構(gòu)支架造成嚴(yán)重的破壞。

　�。�3）構(gòu)架混凝土存在空鼓、鼓包、剝落、掉塊等破壞。常見(jiàn)于焊口上下，鋼筋保護(hù)層較薄等部位。這種破壞削弱了構(gòu)件截面，構(gòu)件的強(qiáng)度受到不同程度的降低。

　�。�4）設(shè)備支架和構(gòu)架上預(yù)埋件銹蝕，松脫，這種破壞給設(shè)備安全帶來(lái)一定隱患。

　　針對(duì)變電站混凝土構(gòu)支架的主要破壞類型和影響因素，現(xiàn)場(chǎng)加固補(bǔ)強(qiáng)防護(hù)技術(shù)應(yīng)遵循下列原則：

　�。�1）容易實(shí)施、具有合理的安全性、可靠性和經(jīng)濟(jì)性；

　�。�2）加固補(bǔ)強(qiáng)施工過(guò)程不造成或盡量少造成電網(wǎng)停電；

　�。�3）能充分利用原構(gòu)支架的有效部分；

　�。�4）能消除所有的破損和缺陷，恢復(fù)構(gòu)支架各部分的強(qiáng)度、剛度；

　　（5）容易安排施工組織，工藝布置和施工方法，能確保加固部分與本體結(jié)構(gòu)共同受力，聯(lián)合整體工作；

　　（6）不改變構(gòu)支架的尺寸、自重和形狀，并改善構(gòu)支架的觀賞性；

　　3.2技術(shù)構(gòu)成和功能

　　在此重點(diǎn)介紹一套完善的變電站混凝土構(gòu)支架碳纖維等加固補(bǔ)強(qiáng)防護(hù)技術(shù)，該套技術(shù)主要由以下各分項(xiàng)組成：

　�。�1）高壓輸變電構(gòu)支架裂縫灌漿技術(shù)：通過(guò)對(duì)各種高分子灌漿材料的篩選，改進(jìn)配方、優(yōu)化配方，形成GE高分子灌漿料。GE高分子灌漿料能適應(yīng)于構(gòu)支架裂縫變形、可灌性好，可以灌注0.1mm以上的裂縫。采用GE高分子灌漿料進(jìn)行構(gòu)支架裂縫（縱向、環(huán)向）灌漿，可以消除縱向環(huán)向裂縫對(duì)構(gòu)支架切割破壞，恢復(fù)構(gòu)支架材料的整體性、恢復(fù)提高構(gòu)支架的強(qiáng)度、剛度；阻止水分和有害氣體進(jìn)入，防止或減慢炭化、腐蝕、凍融破壞。

　�。�2）、界面結(jié)合、高強(qiáng)微膨脹材料或高強(qiáng)聚合物沙漿修補(bǔ)技術(shù)：本套技術(shù)通過(guò)多組室內(nèi)和現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)驗(yàn)，篩選研制相互配套的界面結(jié)合劑、高強(qiáng)微膨脹材料、高強(qiáng)聚合物砂漿，修補(bǔ)構(gòu)支架各種鼓包、剝落、空鼓、蜂窩、孔洞、及鋼筋外露處，不僅能確保加固部分與本體緊密結(jié)合共同工作，而且與外包抗拉材料聯(lián)合，可以調(diào)整內(nèi)部應(yīng)力，使加固部分與本體聯(lián)合受力；消除剝落、掉塊、空鼓等對(duì)構(gòu)支架截面削弱，恢復(fù)構(gòu)支架的完整性，恢復(fù)并提高構(gòu)支架的整體強(qiáng)度、剛度，消除內(nèi)部應(yīng)力集中，充分發(fā)揮各部分材料的功能。

　�。�3）、碳纖維加固技術(shù)：本套技術(shù)利用碳纖維優(yōu)異的物理力學(xué)性能，開(kāi)發(fā)了碳纖維加固用的底膠和浸漬膠以及找平材料，采用碳纖維補(bǔ)充構(gòu)支架抗拉材料不足和因銹蝕造成的鋼筋不足，或提高構(gòu)支架混凝土的抗壓強(qiáng)度，甚至采用適當(dāng)?shù)牟贾眯问娇梢蕴娲�和更換構(gòu)支架鋼環(huán)焊口，效果十分理想，不僅如此，它還消除了采用其他抗拉材料加固易受紫外線照射老化和強(qiáng)電場(chǎng)作用下容易氧化生銹的弊��；采用碳纖維加固構(gòu)支架，可以極大地提高構(gòu)支架的各種強(qiáng)度和剛度，并且不增加構(gòu)支架的自重，延緩構(gòu)支架的老化和炭化。

　�。�4）、高分子植物膜防護(hù)技術(shù)：本套技術(shù)結(jié)合變電站構(gòu)支架的實(shí)際運(yùn)行工況，篩選和優(yōu)化配方開(kāi)發(fā)的高分子涂料及選用匹配的織物，直接在現(xiàn)場(chǎng)構(gòu)支架上制作高分子織物膜進(jìn)行構(gòu)支架全部或部分表面防護(hù)，可以阻隔有害氣體和水分進(jìn)入構(gòu)支架內(nèi)部、但允許水分外排，這樣就能終止構(gòu)支架的老化和炭化，同時(shí)逐步恢復(fù)混凝土的部分強(qiáng)度，使構(gòu)支架各部分強(qiáng)度均勻化、使用壽命均勻化。

　　4結(jié)語(yǔ)

　　筆者前往曾使用該套加固補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)的河北省惠蘭變電站及邯鄲市馬頭電廠升壓站進(jìn)行相關(guān)考察和調(diào)研，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀察，發(fā)現(xiàn)經(jīng)碳纖維加固補(bǔ)強(qiáng)的構(gòu)支架經(jīng)過(guò)多年使用，構(gòu)件表面未出現(xiàn)開(kāi)裂、掉塊、鼓包、剝落等破壞，目前工作狀態(tài)良好。通過(guò)與業(yè)主的交流，得知變電站由于加固而需停電修復(fù)的時(shí)間非常短，且加固施工簡(jiǎn)便，對(duì)生產(chǎn)基本不造成影響。另外，通過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行觀察，碳纖維材料不會(huì)對(duì)變電站設(shè)備的運(yùn)行產(chǎn)生任何影響，且補(bǔ)強(qiáng)后的構(gòu)件耐久性更好�？偟膩�(lái)說(shuō)，加固方案收到了良好效果，業(yè)主對(duì)其表示滿意。

　　以碳纖維加固為特征的變電站屋外構(gòu)支架加固補(bǔ)強(qiáng)防護(hù)成套技術(shù)，已逐步推廣到全國(guó)其他十幾個(gè)省市的變電站構(gòu)支架加固防護(hù)，廣受好評(píng)和贊譽(yù)。也曾獲得多個(gè)獎(jiǎng)項(xiàng)，并經(jīng)中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)鑒定委員會(huì)鑒定，建議在電力工程中大力推廣使用。該套技術(shù)的開(kāi)發(fā)和完善使我們可以在不停電或少停電條件下，用極少的費(fèi)用長(zhǎng)期保障電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。目前，我省大量變電站鋼筋混凝土構(gòu)支架經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的使用，對(duì)加固補(bǔ)強(qiáng)的需求相當(dāng)迫切，該套技術(shù)值得在我省變電站鋼筋混凝土構(gòu)支架補(bǔ)強(qiáng)工程中推廣使用.

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