纤维复合材料在管道防渗

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1、纤维复合材料在管道防渗、堵漏、补强加固工程中的应用陈尚建，刘逸敏，杨金华，王新民武汉大学土木建筑工程学院，武汉430072；武汉长江加固技术有限公司，武汉4300721工程概况桃花江水库位于湖南省桃江县，是1967年建成投产的中型水库（库容量为0.754亿m3），水库右岸灌溉管的出口在坝下游右岸150m，进水口与水电站共用。引水道由坝内管道、压力隧洞、叉管和露天钢筋混凝土弧形灌溉管（直径240cm，壁厚40cm，总长17.5cm）组成。灌溉管在叉管出口经过3.5m直线管段后，由半径15m的弧形段（长12m）与长2m的出口渐变段相连而成，平面布置形状较复杂。2 混凝土输水管道渗漏成因分析该水

2、库正式投入运行以来，在防洪、发电、灌溉和养殖等方面发挥了很大的工程效益，特别是在防洪、灌溉方面起到了不可替代的作用。由于当时历史条件的原因，加上当时施工条件的限制和后期维修的问题，运行了35年的灌溉管、发电管损坏严重，已影响到水库的正常运行。经湖南省建筑工程质量检测中心检测，具体情况如下。（1）混凝土强度低。灌溉管为14.5MPa，发电管为10.6MPa，原设计混凝土强度为20MPa，现降低了38%~47%。（2）碳化严重。平均碳化深度为1.8cm，局部超过3cm。（3）管壁裂缝较多、破损严重。灌溉管可见裂缝47条，最大缝宽为5mm；发电管可见裂缝36条，最大缝宽为3mm。环向纵向均有裂缝

3、，且有多处渗漏，其中1处不治之症和生射流。（5）灌溉管出口左侧混凝土墙112m高程处（与灌溉管支座面同高）有一条宽2~4mm、长4m的裂缝，已危及弧形工作门的安全。经计算复核，管道配筋基本满足要求，分析管壁产生裂纹的原因主要有2种，一是混凝土施工质量差，浇筑不密实、强度低，且老化严重；二是在管道暴露段，管道两端在相对约束的条件下，伸缩缝构造不合理，不能完全起到伸缩缝的作用。3 输水管道渗漏修复及方案的比选输水管道修复加固方案要解决的主要问题：抗渗漏，恢复混凝土的整体性；约束裂缝特别是纵向裂缝的开展，防止钢筋锈蚀；防止混凝土的继续碳化。另外，灌溉管及发电引水管的取水口未设工作门（更无事故闸门

4、），一旦灌溉管破裂，水库就被放空，损失巨大。因此必须确保灌溉管安全、正常运行。根据以上输水管的现状及正常使用的要求，对输水管加固处理方案进行了2个方案的比选。（1）方案1：对裂缝进行化学灌浆封堵，对全管段采用内衬8mm的Q235钢板进行管壁保护。（2）方案2：对裂缝进行化学灌浆封堵，对全管断面采用粘贴碳纤维布。经过认真比选，选择了方案2。方案2的优点如下：3.1 施工方便、易成型   输水管（灌溉管）在叉管出口经营3.5m的弧形段（长12m）与长2m的出口渐变段连接而成，洞径尺寸渐变大小不一致，使用钢衬难度大；因为钢材的刚度大、硬度大，成型、制作、安装比较困难，而且与原管管壁不易紧密接触，

5、对原输水管混凝土强度无多大帮助。而纤维的刚度远小于钢板，属于柔性材料，裁剪、加工、制作方便，粘贴纤维布具有不受洞径不均匀的影响，不改变原结构，可对处理过的裂缝进行保护，同时又能解决管壁混凝土强度（联合作用）不足的问题，且施工周期短。3.2提高输水管的过流能力   由于纤维布表面光滑，其糙率与玻璃糙率相接近，一般为0.007，是光滑混凝土表面的1/2（混凝土光滑表面为0.014），加固段的沿程水头损失比混凝土管降低，输水管的流量系数增大，提高了输水管的过流能力。3.3 价低、投资小、经济效益显著方案1钢板衬砌加固投资约16万元，且周期长，而玻璃纤维加固方案的周期只有钢衬加固方案周期的1/3，

6、且费用只有12万元，节少投资近4万元，约为33%。4 材料特性及主要施工工序4.1 材料性能管壁裂缝灌浆、防止渗漏和恢复管壁混凝土的整体性，同时在内壁粘贴纤维复合材料封闭裂缝，形成高强、抗裂和密封抗渗的复合层。灌浆材料使用的是武汉长江加固技术有限公司生产的YZJ-5裂缝灌注型结构胶，主要性能指标见表1。表1  长江牌YZJ-5裂缝灌注型结构胶       MPa胶体性能粘结性能钢一钢钢一混凝土抗压强度拉抻强度弯曲强度抗剪强度抗抗强度≥70≥20≥40≥10≥ftk或2.5该材料粘结力强，可灌性好，还具有一定的弹性。粘结纤维材料使用的是YZJ-C碳纤维专用胶，该材料由3部分组成：YZJ-CQ

7、浸渍胶，用于碳纤维的粘结；YZJ-CD基底胶，渗入混凝土，增加混凝土表面强度；YZJ-CZ找平胶，用于构件的找平、修补，主要材料特性见表2。碳纤维布选用台湾重亿公司生产的L300-C碳纤维布，厚约0.167mm，弹性模量为215GPa，抗拉强度为3500MPa左右。表2             长江牌YZJ-C碳纤维专用胶    MPa结构胶胶体性能粘结性能疲劳/万次钢一钢钢一混凝土抗垃强度拉抻强度弯曲强度弹模抗剪强度抗