Penguatan Lembaran Serat Karbon

Ikhtisar Proyek

Pembangkit Listrik Tenaga Air Ertan terletak di aliran utama Sungai Yalong di Kota Panzhihua, Provinsi Sichuan. Pembangkit ini merupakan pusat konservasi air berskala besar dengan total kapasitas terpasang 3.300 MW. Bangunan-bangunan pusat pembangkit listrik terdiri dari bendungan, bangunan pembuangan banjir, bangunan pembuangan energi, pusat listrik bawah tanah, bangunan pengalihan air dan air limbah, serta stasiun sakelar gabungan (bangunan GIS) 500 kV yang sepenuhnya tertutup dan terisolasi gas.

Bangunan GIS merupakan gardu induk 500kV dari PLTA Ertan. Struktur utamanya berukuran 131,4x18,6x22,2m (panjang x lebar x tinggi), merupakan struktur rangka beton bertulang cor di tempat, dan fondasinya terletak di atas fondasi batuan yang relatif utuh. Balok atap membentang di seluruh bangunan, tanpa penyangga kolom di tengahnya, dan saluran outlet 500kV terpasang di atap.

Sistem pembangkit listrik bawah tanah menggunakan ruang pembangkit listrik utama dan ruang instalasi, ruang transformator utama, dan tangki air limbah sebagai badan utama. Sistem ini mencakup terowongan bus, terowongan akses, terowongan drainase, terowongan pembuangan, poros kabel miring, poros elevator bendungan atas, dan ruang-ruang lainnya. Sekelompok ruang bawah tanah yang saling tumpang tindih dan bersilangan terbentuk. Bangunan utama memiliki panjang 280,3 m dan bentang 25,5 m. Lapisan generator dan lapisan turbin pembangkit listrik utama terbuat dari struktur balok pelat rangka beton bertulang cor di tempat. Balok-balok tersebut ditopang oleh pelindung angin persegi dan kolom-kolom independen. Balok-balok tersebut disusun dengan rapi, dan unit-unitnya dipisahkan oleh sambungan ekspansi.

2 Masalah yang ada

Bahasa Indonesia: Selama inspeksi pra-banjir pada Maret 2003, ditemukan bahwa sebagian besar balok atap stasiun gardu induk berisolasi gas 500kV tertutup penuh (gedung GIS) memiliki retakan. Terutama gelagar atap sumbu ke-29 memiliki retakan dan deformasi lentur yang besar, menyebabkan bagian bawah gelagar dan pagar pembatas derek jembatan tergores. Sebagian besar penopang dan ujung balok yang ditopang sederhana pada penopang di lapisan generator dan lapisan turbin dari pusat listrik bawah tanah memiliki retakan. Segera setelah masalah ditemukan, itu menarik perhatian besar. Segera atur profesional terkait dari lembaga desain asli untuk melakukan investigasi di tempat, memverifikasi bahan dan gambar desain asli, menghitung beban struktural, tulangan penampang, nilai lendutan balok, dll., dan melakukan inspeksi pengelupasan pada bagian lapisan plester yang retak.

Ditemukan 10 retakan simetris pada kedua sisi abdomen sumbu ke-29 gedung GIS dengan lebar sekitar 0,3 hingga 0,6 mm. Retakan tersebut bermula dari dasar pelat lantai, memanjang ke bawah, dan menghilang pada jarak 100-200 mm dari balok, tanpa menembus dasar balok. Tidak ditemukan retakan tembus yang melebihi 0,2 mm pada dasar balok. Setelah lapisan plester pada permukaan balok dipotong, ditemukan retakan pada kedua sisi abdomen balok mencapai lapisan beton badan balok. Sebelumnya, telah diputuskan bahwa retakan simetris pada kedua sisi balok kemungkinan telah menembus badan balok. Pemeriksaan juga menemukan sebagian besar balok lainnya retak, lapisan pelindungnya sangat tipis, beberapa sengkang terbuka, dan sisi-sisi pinggang balok cekung ke dalam. Retakan pada abdomen balok kemungkinan disebabkan oleh lapisan pelindung beton yang tidak memadai, perawatan yang tidak tepat, atau rasio campuran beton yang tidak tepat selama konstruksi.

Ada retakan miring dengan derajat yang bervariasi pada sisi luar tepi atas corbel pada lapisan generator dan lapisan turbin dari pusat listrik bawah tanah dan tepi bawah balok yang ditopang sederhana pada corbel. Beberapa retakan serius telah menembus dari balok yang ditopang sederhana atas ke corbel bawah. Setelah mengupas lapisan plester pada permukaan samping (sekitar 2cm dalam) di mana balok yang ditopang sederhana dan corbel digabungkan, ditemukan bahwa sebagian besar corbel dengan retakan tidak tertanam dengan pelat penopang baja, yang tidak konsisten dengan desain asli. Tidak ada retakan atau retakan yang sangat kecil ditemukan di corbel mana pun dengan pelat penopang baja yang tertanam. Penyebab retakan kemungkinan besar karena fakta bahwa pelat baja tidak tertanam pada permukaan corbel dan bagian bawah balok yang sesuai. Ketika suhu berubah dan beton menyusut dan pabrik beroperasi getaran, gesekan antara bagian bawah balok dan corbel relatif besar, menyebabkan ujung balok dan corbel retak.

3 Perawatan penguatan serat karbon struktural

3.1 Prinsip dan keuntungan penguatan serat karbon

3.1.1 Prinsip

Teknologi struktur perkuatan kain serat karbon merupakan jenis baru teknologi perkuatan struktur. Terdapat dua jenis material serat karbon yang digunakan dalam perkuatan dan perbaikan struktur beton, yaitu material serat karbon dan resin pendukung. Serat karbon memiliki kekuatan tarik sepuluh kali lipat dari baja konstruksi, modulus elastisitasnya setara dengan baja, serta kinerja dan daya tahan konstruksinya baik. Serat karbon merupakan material perkuatan dan perbaikan yang baik. Resin yang digunakan dalam perkuatan meliputi resin dasar, resin perata, dan resin pengikat. Fungsi resin dasar dan resin pengikat adalah untuk meningkatkan kualitas ikatan serat karbon. Resin pengikat berfungsi untuk memungkinkan serat karbon dan beton membentuk satu kesatuan komposit, bekerja sama untuk meningkatkan daya dukung lentur dan geser komponen struktur, sehingga mencapai tujuan perkuatan dan penguatan komponen struktur.

3.1.2 Keunggulan Dibandingkan dengan teknologi penguatan tradisional, teknologi penguatan kain serat karbon memiliki keunggulan yang jelas:

(1) Kekuatan tinggi: Kain serat karbon memiliki sifat fisik dan mekanik yang sangat baik, kekuatan tariknya 8 kali lipat dari baja biasa, mencapai lebih dari 4000MPa, dan modulus elastisitasnya mendekati baja, yang cocok untuk penguatan dan perbaikan beton bertulang.

(2) Kinerja stabil: Kain serat karbon memiliki daya tahan dan ketahanan korosi kimia yang baik, tahan terhadap asam, alkali, garam, dan korosi atmosfer, serta tidak memerlukan perawatan rutin. Hal ini melindungi struktur beton internal dan dapat mencapai tujuan penguatan ganda dan perbaikan.

(3) Ringan: Spesifikasi kain serat karbon yang umum digunakan adalah 200g/m dan 300g/m, dengan ketebalan masing-masing 0,111mm dan 0,167mm. Berat putihnya ringan, dan bobot struktural serta ukuran penampangnya pada dasarnya tidak bertambah.

(4) Konstruksi yang nyaman: Tidak ada pekerjaan basah, tidak ada peralatan konstruksi besar, tidak ada fasilitas pemasangan di tempat, kain serat karbon dapat dipotong secara sewenang-wenang, konstruksi sederhana, tidak ada polusi debu dan kebisingan, dan masa konstruksi yang singkat.

(5) Kualitas konstruksi mudah dijamin: kain serat karbon lembut, bahkan jika permukaan yang akan diperkuat tidak terlalu halus, lem bahan perekat dapat digunakan untuk memastikan daya rekat efektif 100% area.

3.2 Bahan penguat

Pemilihan material ini bertujuan untuk meminimalkan gangguan pada operasi normal pembangkit listrik, mencegah kerusakan tulangan asli struktur, mengembalikan tampilan asli struktur, dan mengatasi penyusutan beton. Meningkatkan ketahanan lentur dan geser struktur untuk mencegah retakan baru, serta menggunakan lembaran serat karbon untuk memperkuat balok atap dan retakan korbel. Kain serat karbon menggunakan kain serat karbon tipe HM-30, dengan berat mati 300 dan ketebalan 0,167 mm; bahan pengikat menggunakan resin serat karbon tipe HM yang sesuai.

3.3 Perkuatan Balok Atap Bangunan GIS

3.3.1 Perbaikan retak

Berdasarkan lebar dan kedalaman retakan pada balok atap gedung GIS, permukaannya dipahat dengan metode alur "U", kemudian diolesi dan ditutup dengan bahan penyegel cepat. Jika diperlukan, lem sambungan struktural HM-120L digunakan untuk grouting kimia. Perawatan penjahitan juga dilakukan.

3.3.2 Penguatan Struktural

Pada kedua sisi balok atap sumbu ke-29, berjarak 400 mm dari dasar balok dan permukaan balok, lapisan serat karbon selebar 300 mm direkatkan di sepanjang balok untuk mengatasi tekanan akibat penyusutan beton. Setelah penyusutan beton teratasi, untuk mengkompensasi hilangnya daya dukung balok akibat retak dan deformasi, kemampuan lentur dan geser balok juga perlu ditingkatkan. Lapisan serat karbon selebar 500 mm direkatkan di sepanjang dasar balok untuk meningkatkan ketahanan lentur balok. Tempelkan selapis serat karbon berbentuk "U" selebar 300 mm di sepanjang balok dengan jarak 200 mm untuk meningkatkan daya tahan geser balok, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1. Untuk balok atap lain yang retak, karena retakan sebagian besar muncul di ujung balok, selapis serat karbon berbentuk "U" selebar 150 mm ditempelkan di ujung balok dengan jarak 200 mm dan panjang minimal 2 m untuk meningkatkan daya tahan geser balok. Sementara itu, untuk mencegah retakan pada sisi balok, selapis serat karbon selebar 150 mm ditempelkan di kedua sisi balok, 400 mm dari dasar balok dan permukaan balok di sepanjang balok untuk mengatasi tegangan akibat penyusutan beton, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.

3.4 Perkuatan penopang dan balok pada pusat listrik bawah tanah

3.4.1 Perbaikan retak

Untuk mengembalikan integritas struktur semaksimal mungkin, mencegah permukaan sambungan terus berkembang, dan memperhatikan kekuatan ikatan bahan pengisi sambungan-nat tidak boleh terlalu tinggi. Oleh karena itu, bahan pengisi sambungan anorganik jenis bahan infus berbasis semen ultra-halus digunakan untuk mengisi sambungan, kemudian permukaan retakan diolesi dan ditutup dengan bahan penyegel cepat.

3.4.2 Penguatan Struktural

Perkuatan penopang dan balok pembangkit listrik bawah tanah, setelah desain dan perhitungan, perkuatan masing-masing struktur adalah sebagai berikut:

(1) Penopang menggunakan ring stitching tiga lapis: tinggi lapis pertama dan kedua 0,5 m, dan tinggi lapis ketiga 0,2 m;

(2) Ujung penopang balok direkatkan dalam dua lapis sepanjang balok, dengan tinggi 0,5 m dan panjang 1,5 m;

(3) Penopang persegi menggunakan ring stitching berbentuk "U" dan direkatkan dalam tiga lapis, dengan tinggi 0,44 m dan panjang 1,5 m. Seperti ditunjukkan pada Gambar 3 dan 4.

4 Kesimpulan

Retakan pada balok atap gedung GIS dan penopang bangunan bawah tanah telah di-grout dan diperkuat dengan serat karbon. Kekuatan lentur, tarik, dan geser komponen beton telah ditingkatkan secara efektif. Dengan demikian, tegangan akibat penyusutan beton dapat diatasi dan retakan baru dapat dicegah. Proyek perkuatan kain serat karbon praktis untuk konstruksi, waktu pengerjaan singkat, dan penampilan struktur asli pada dasarnya dapat dijamin setelah perbaikan. Setelah proyek selesai dan dioperasikan, struktur utama sejauh ini tidak mengalami kelainan, dan efek perkuatan yang baik telah tercapai.