（广东威恒输变电工程有限公司 528000）
摘要：我国输变电工程大量应用钢筋混凝土构支架，混凝土构支架与钢构支架相比具有投资少、耐腐蚀等优势。而随着使用时间的增长，钢筋混凝土构支架易发生老化、炭化、腐蚀、开裂、鼓包、剥落、掉块、“渗白”、钢筋外露锈蚀、断开等破损、破坏现象。特别是我省部分变电站地处海边，构支架长期受盐雾侵蚀；加上随着周边区域的发展，环境污染源的不断产生，构支架受到外界有害气体介质的污染侵蚀，通过自然雨水的渗透作用，加速了构支架的腐蚀。构支架腐蚀表面有不断发展趋势，对变电站设备的长期安全运行已经产生严重影响。
关键词：变电站；户外构支架；碳纤维技术
一、应用背景
投产年份早尚在役的变电站户外配电设备构架主体均为钢筋混凝土排架结构，由预制钢筋混凝土柱、梁承重，并采用预埋节点板连接拼装而成，主要采用A字柱和T形梁承重。
220kVXX站、220kVXX站、220kVXX站投运至今已有较长的使用时间，大部分户外配电设备构支架结构钢筋混凝土构件存在不同程度的砼保护层爆裂，酥碎剥落，钢筋外露锈蚀情况（见下图——加固前状态）。
通过委托有关检测单位对部分运行年份较长的变电站户外配电构支架进行结构“体检”，检测结果及现场实物反映，该类型户外配电构支架已发生不同程度的腐蚀（特别是位处于周边环境污染较大的变电站，其混凝土构支架腐蚀最为严重），各项承重能力和强度数据已不较理想。
二、碳纤维材料性能特点
碳素纤维材料是高强度碳纤维单向排列，用微量的树脂浸渗后作为混凝土的修复补强材料，其抗拉强度大约是钢筋的10倍，并且具有重量轻、高弹性、高强度、高耐久性等特性。
碳纤维加固具有以下优点：①不增加恒载及断面尺寸；②可适应不同的构件形状，成型很方便；③施工简便；④对原结构不产生新的损伤；⑤能有效地封闭混凝土的裂缝；⑥碳纤维片具有优良的耐化学腐蚀性；⑦不影响结构的外观。
碳纤维加固技术是利用改性环氧树脂类胶结材料将碳纤维片材粘贴于混凝土表面，从而达到结构补强及改善受力性能的目的。根据结构构件受力分析计算结果和受力特征，应用专用结构胶粘剂将碳纤维片材粘贴于强度不满足受力要求的混凝土构件外部相应部位，以达到构件满足承载力要求。
本套技术包括：
（1）高渗防水剂、高分子裂缝灌浆料和高强微膨修复料等对不同裂缝宽度的裂缝进行处理，消除裂缝对构支架材料的切割破坏；
（2）新老砼界面剂、高强微膨修补材料、聚合物砂浆修补材料（并配合碳纤维）等对剥落、掉块、鼓包、空鼓、及局部疏松区等进行修补、修复加固；
（3）碳纤维对钢筋锈蚀、混凝土纵裂横裂、混凝土疏松区、结构需要提高强度的部位等进行加固补强；
（4）高分子织物膜、混凝土保护胶等技术对构支架进行整体加固、防护；
（5）对于荷载增加的T型梁分别在两翼缘的侧面和T型梁底部粘贴碳纤维，环向按规范要求粘贴碳纤维箍条和压条。
三、碳纤维技术在变电站水泥构架加固、修复、补强中的应用
碳纤维材料在土木工程中一直是国内外研究的热点。随着材料技术的发展，现在已开发出来了多种高科技纤维。在所有的技术成熟，也是用量最大的一种高科技材料。随着碳纤维材料被应用于建筑业，碳纤维加固混凝土结构新技术随之出现。碳纤维加固技术的出现不仅为工程修补节省了大量资金，且加快了修补施工速度，提高了修补质量。
变电站屋外钢筋混凝土构支架应用碳纤维加固补强防护技术，通过这套技术的实施，能在现场直接对高压输变电构支架实施加固补强防护，使其恢复安全性、使用功能、及耐久性。该技术主要运用了碳纤维加固、高分子裂缝灌浆、新老材料结合、高强微膨胀材料、聚合物沙浆修补、高分子植物膜等技术，实现了对各种破损形态混凝土构支架的在线“复原”。
碳纤维材料针对输变电工程中混凝土构支架易发生老化、炭化、腐蚀、开裂、鼓包、剥落、掉块、“渗白”、钢筋外露锈蚀、断开等破损、破坏现象，提出可行的技术改造措施，达到加固、补强的效果。
四、碳纤维施工工序及工艺要求
（1）表层处理：将混凝土构件表面残缺、破损部分剔凿、清除干净并达到结构密实部位。检查外露钢筋锈蚀情况，对存在锈蚀问题的钢筋进行除锈和防锈处理；对经过剔凿、清理和露筋的构件残缺部分，用高于原构件混凝土强度的环氧砂浆进行修补、复原，达到表面平整；将构件表面凸出部分（混凝土构件交接部位、模板的段差等）打磨平整。修整后的段差要平顺；棱角的部位，用磨光机磨成圆角。圆角半径最小不得小于20mm；清洗打磨过的构件表面，并使其充分干燥；对于构件有剥落、起皮、腐蚀、裂缝、龟裂的水泥层用刨刀、铲刀或锤子轻轻敲打直至坚实的部位；裂缝修补：缝宽小于0.2mm的裂缝，用环氧树脂进行表面涂刷密封；大于0.2mm的裂缝用环氧树脂灌缝；打磨：将构件表面凸出部分（混凝土构件交接部位、模板的接槎等）打磨平整，修复后的构件表面尽量平顺；清洗打磨过的构件表面，并使其充分干燥。
（2）所有混凝土表层出现剥落、空鼓、蜂窝、腐蚀现象的部位应予以铲除、清除干净后；按一定比例将主剂与固化剂先后置于容器中，用搅拌器搅拌均匀，根据现场实际气温决定用量，并严格控制使用时间；用滚桶刷或毛刷将胶均匀涂抹于混凝土构件表面，厚度不超过0.4mm，并不得漏刷或有流淌、气泡，等胶固化后（固化时间视现场气温而定，以手指触感干燥为宜，一般不小于2小时），再进行下一道工序。此期间，不准在已施工部位进行其它作业活动；底层涂料固化后，在构件表面有凝结凸起时，要用砂纸磨光。磨光后若露出混凝土基面，应再补涂底层涂料。
（3）碳纤维粘贴：配置、搅拌粘贴胶料，然后用滚筒刷均匀涂抹于所粘贴部位，在搭接、拐角部位适当多涂抹一些；用特制光滑滚子在碳纤维布表面沿同一方向反复滚压至胶料渗出碳纤维布外表面，以去除气泡，使碳纤维布充分浸润胶料；碳纤维片裁切时应预先在裁切位置粘贴宽胶带，在宽胶带正中位置进行裁切，以使裁切后碳纤维片的断头齐整不脱丝；碳纤维片纵向接头必须搭接10cm以上，并且在该部位多涂粘结树脂。粘结树脂的主剂和固化剂按规定的比例称量准确，装入容器，用搅拌器搅拌均匀。
（4）养护：每次粘贴碳纤维材料后，现场自然养护1-2小时达到初期固化，并保证固化期间不受外界干扰和碰撞；在每道工序以后树脂固化之前，施工现场需做好防止风沙或雨水侵袭；现场做好防低温天气影响施工质量工作（现场准备好加热风机及特殊低温材料，当树脂固化期间存在气温降低到5℃以下时，将采用冬用低温固化树脂，或采取有效的加温措施）。
（5）涂装：按要求在已上涂环氧树脂固化后的碳纤维布表面涂刷0.5～1.0mm厚浅灰醇酸钢构漆涂料作为保护层；涂装应在树脂固化后进行，并应遵守所用涂料的相关标准和施工规定。
结论
综上述对多个220kV变电站110kV户外构支架加固大修工作过程管控细节回顾分析，在项目施工过程中已最大限度限制了对已锈蚀严重的钢筋进行重新防锈或焊接补强、重要承载拉力的金属构件检查加固、混凝土构支架碳纤维包贴补强，并结合现场成品状态及参照设计图纸、施工规范验收评估，本期工程的混凝土构支架大修加固质量达到预期效果，同时根据碳纤维加固技术要求，本次粘贴碳纤维加固后的混凝土构支架在正常使用下能确保使用年限达到10年以上，且日常使用过程中不需进行特殊的维护工作。该项目的实施是由一个修理项目转化成一项“小型基建项目”，是大修技改工作的一种创新的项目拓展思路，此类项目的实施方法能有效的降低人身触电风险，还大大减少了停电的次数（操作风险），同时也节省了大量的人力物力消耗（如分间隔停送电、办理工作票等），施工效率高，成效显著，也为日后的运行站改造施工管理工作提供了一个很好的经验借鉴平台，管理理念值得推广。
参考文献：
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[2]徐文峰；廖晓玲.碳纤维/聚乳酸/壳聚糖三元多孔复合支架材料的制备及评价[J].材料导报.2015
论文作者:关德旋
论文发表刊物:《云南电业》2019年1期
论文发表时间:2019/8/26
标签：碳纤维论文; 支架论文; 混凝土论文; 构件论文; 材料论文; 变电站论文; 裂缝论文; 《云南电业》2019年1期论文;