摘要:早期變電站屋外構支架均為現場預制鋼筋混凝土構件,經長期運行使用后，出現不同程度的構支架表面混凝土老化、炭化、開裂和剝落，鋼筋外露銹蝕等現象。如何能夠在不停電或少停電的情況下、現場對鋼筋混凝土構支架進行加固、補強,從而恢復和提高輸變電構支架的強度、剛度,保證電網長期安全穩定運行，是長期困擾變電站鋼筋混凝土構支架加固補強設計的難題。筆者曾前往北方地區進行相關技術的調研,類比大量碳纖維加固補強材料試驗結果,并結合我省變電站構支架的實際情況,通過本文介紹一套以碳纖維加固為特征的變電站屋外構支架加固補強防護技術.應用該技術能達到現場直接對構支架實施加固補強防護,使其恢復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.
　　關鍵詞:變電站，鋼筋混凝土構支架，碳纖維，加固補強防護
　　1引言
　　我國輸變電工程大量應用鋼筋混凝土構支架，混凝土構支架與鋼構支架相比具有投資少、耐腐蝕等優勢。而隨著使用時間的增長，鋼筋混凝土構支架易發生老化、炭化、腐蝕、開裂、鼓包、剝落、掉塊、“滲白”、鋼筋外露銹蝕、斷開等等破損、破壞現象。特別是我省部分變電站地處海邊，構支架長期受鹽霧侵蝕;加上隨著周邊區域的發展,環境污染源的不斷產生,構支架受到外界有害氣體介質的污染侵蝕,通過自然雨水的滲透作用，加速了構支架的腐蝕。構支架腐蝕表面有不斷發展趨勢，對變電站設備的長期安全運行已經產生嚴重影響。
　　本文介紹一套變電站屋外鋼筋混凝土構支架碳纖維加固補強防護技術，通過這套技術的實施，人們便能在現場直接對高壓輸變電構支架實施加固補強防護，使其恢復安全性、使用功能、及耐久性。這套技術主要運用了碳纖維加固、高分子裂縫灌漿、新老材料結合、高強微膨脹材料、聚合物沙漿修補、高分子植物膜等技術，實現了對各種破損形態混凝土構支架的在線“復原”。
　　2碳纖維材料特點及本套加固補強技術簡介
　　碳素纖維材料是高強度碳纖維單向排列，用微量的樹脂浸滲后作為混凝土的修復補強材料，其抗拉強度大約是鋼筋的10倍，并且具有重量輕、高彈性、高強度、高耐久性等特性。
　　碳纖維加固具有以下優點：①不增加恒載及斷面尺寸；②可適應不同的構件形狀，成型很方便；③施工簡便；④對原結構不產生新的損傷；⑤能有效地封閉混凝土的裂縫；⑥碳纖維片具有優良的耐化學腐蝕性；⑦不影響結構的外觀。
　　碳纖維加固技術是利用改性環氧樹脂類膠結材料將碳纖維片材粘貼于混凝土表面，從而達到結構補強及改善受力性能的目的。根據結構構件受力分析計算結果和受力特征，應用專用結構膠粘劑將碳纖維片材粘貼于強度不滿足受力要求的混凝土構件外部相應部位，以達到構件滿足承載力要求。
　　本套技術包括：
　�。�1）高滲防水劑、高分子裂縫灌漿料和高強微膨修復料等對不同裂縫寬度的裂縫進行處理，消除裂縫對構支架材料的切割破壞；
　�。�2）新老砼界面劑、高強微膨修補材料、聚合物砂漿修補材料（并配合碳纖維）等對剝落、掉塊、鼓包、空鼓、及局部疏松區等進行修補、修復加固；
　�。�3）碳纖維對鋼筋銹蝕、混凝土縱裂橫裂、混凝土疏松區、結構需要提高強度的部位等進行加固補強；
　　（4）高分子織物膜、混凝土保護膠等技術對構支架進行整體加固、防護；
　�。�5）對于荷載增加的T型梁分別在兩翼緣的側面和T型梁底部粘貼碳纖維，環向按規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支架加固補強防護技術加固的輸變電構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于一座同樣規模和結構布置的新建輸變電構支架，極大地降低電網運行維護費用。
　　3碳纖維加固補強技術的原理
　　3.1技術原理與技術目標
　　造成高壓輸變電構支架破損、破壞的原因、和破壞形態不僅十分復雜，而且種類繁多，有：自然老化炭化破壞；結構受力破壞；鋼筋銹蝕膨脹破壞；凍融循環破壞；化學腐蝕破壞；溫度應力破壞；風振風擺破壞；堿骨料反應破壞；各因素偶合破壞等等，靠一兩項單一技術和材料的開發是解決不了問題，我們必須對各類破壞因素和破壞形態進行統計、分類、劃分主次。針對主破壞因素、區別不同的破壞形態，分別研發相應的技術和材料逐一解決。
　　變電站混凝土構支架破壞形態大概歸納為如下幾類：
　　（1）構架混凝土不同程度的炭化、老化，各部分混凝土強度不均勻，同一排架或同一構件不同部位的混凝土強度也不均勻。
　�。�2）鋼筋混凝土構架柱、橫梁及支架存在縱向裂縫和環向裂縫。這種裂縫一般出現在桿件的中、下部，少數出現在上部，縱向裂縫和環向裂縫破壞了構支架桿件的整體性，減低構支架的強度、剛度和耐久性，給構支架造成嚴重的破壞。
　�。�3）構架混凝土存在空鼓、鼓包、剝落、掉塊等破壞。常見于焊口上下，鋼筋保護層較薄等部位。這種破壞削弱了構件截面，構件的強度受到不同程度的降低。
　　（4）設備支架和構架上預埋件銹蝕，松脫，這種破壞給設備安全帶來一定隱患。
　　針對變電站混凝土構支架的主要破壞類型和影響因素，現場加固補強防護技術應遵循下列原則：
　　（1）容易實施、具有合理的安全性、可靠性和經濟性；
　�。�2）加固補強施工過程不造成或盡量少造成電網停電；
　�。�3）能充分利用原構支架的有效部分；
　　（4）能消除所有的破損和缺陷，恢復構支架各部分的強度、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構共同受力，聯合整體工作；
　　（6）不改變構支架的尺寸、自重和形狀，并改善構支架的觀賞性；
　　3.2技術構成和功能
　　在此重點介紹一套完善的變電站混凝土構支架碳纖維等加固補強防護技術，該套技術主要由以下各分項組成：
　　（1）高壓輸變電構支架裂縫灌漿技術：通過對各種高分子灌漿材料的篩選，改進配方、優化配方，形成GE高分子灌漿料。GE高分子灌漿料能適應于構支架裂縫變形、可灌性好，可以灌注0.1mm以上的裂縫。采用GE高分子灌漿料進行構支架裂縫（縱向、環向）灌漿，可以消除縱向環向裂縫對構支架切割破壞，恢復構支架材料的整體性、恢復提高構支架的強度、剛度；阻止水分和有害氣體進入，防止或減慢炭化、腐蝕、凍融破壞。
　�。�2）、界面結合、高強微膨脹材料或高強聚合物沙漿修補技術：本套技術通過多組室內和現場應用實驗，篩選研制相互配套的界面結合劑、高強微膨脹材料、高強聚合物砂漿，修補構支架各種鼓包、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合共同工作，而且與外包抗拉材料聯合，可以調整內部應力，使加固部分與本體聯合受力；消除剝落、掉塊、空鼓等對構支架截面削弱，恢復構支架的完整性，恢復并提高構支架的整體強度、剛度，消除內部應力集中，充分發揮各部分材料的功能。
　�。�3）、碳纖維加固技術：本套技術利用碳纖維優異的物理力學性能，開發了碳纖維加固用的底膠和浸漬膠以及找平材料，采用碳纖維補充構支架抗拉材料不足和因銹蝕造成的鋼筋不足，或提高構支架混凝土的抗壓強度，甚至采用適當的布置形式可以替代和更換構支架鋼環焊口，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電場作用下容易氧化生銹的弊病；采用碳纖維加固構支架，可以極大地提高構支架的各種強度和剛度，并且不增加構支架的自重，延緩構支架的老化和炭化。
　　（4）、高分子植物膜防護技術：本套技術結合變電站構支架的實際運行工況，篩選和優化配方開發的高分子涂料及選用匹配的織物，直接在現場構支架上制作高分子織物膜進行構支架全部或部分表面防護，可以阻隔有害氣體和水分進入構支架內部、但允許水分外排，這樣就能終止構支架的老化和炭化，同時逐步恢復混凝土的部分強度，使構支架各部分強度均勻化、使用壽命均勻化。
　　4結語
　　筆者前往曾使用該套加固補強技術的河北省惠蘭變電站及邯鄲市馬頭電廠升壓站進行相關考察和調研，根據現場觀察，發現經碳纖維加固補強的構支架經過多年使用，構件表面未出現開裂、掉塊、鼓包、剝落等破壞，目前工作狀態良好。通過與業主的交流，得知變電站由于加固而需停電修復的時間非常短，且加固施工簡便，對生產基本不造成影響。另外，通過長時間的運行觀察，碳纖維材料不會對變電站設備的運行產生任何影響，且補強后的構件耐久性更好�？偟膩碚f，加固方案收到了良好效果，業主對其表示滿意。
　　以碳纖維加固為特征的變電站屋外構支架加固補強防護成套技術，已逐步推廣到全國其他十幾個省市的變電站構支架加固防護，廣受好評和贊譽。也曾獲得多個獎項，并經中國電機工程學會鑒定委員會鑒定，建議在電力工程中大力推廣使用。該套技術的開發和完善使我們可以在不停電或少停電條件下，用極少的費用長期保障電網的安全穩定運行。目前，我省大量變電站鋼筋混凝土構支架經過長期的使用，對加固補強的需求相當迫切，該套技術值得在我省變電站鋼筋混凝土構支架補強工程中推廣使用.
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