關(guān)于一種新型伸縮縫快速修復(fù)材料的研究

萬俊林 王建榮

（1哈爾濱市政第二工程公司， 哈爾濱 150026；2北京特希達(dá)科技有限公司， 北京 100037）

關(guān)于一種新型伸縮縫快速修復(fù)材料的研究

萬俊林1王建榮2

（1哈爾濱市政第二工程公司， 哈爾濱 150026；2北京特希達(dá)科技有限公司， 北京 100037）

伸縮縫修復(fù)工作是橋梁養(yǎng)護(hù)中的一項(xiàng)重要工作。目前現(xiàn)有的修復(fù)方法中采用最多的是高性能水泥混凝土摻入一定量的鋼纖維進(jìn)行局部修復(fù)，此方法具有早期強(qiáng)度高、后期強(qiáng)度穩(wěn)定增長(zhǎng)、新舊混凝土界面粘接良好、施工工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，但摻入的鋼纖維有損傷行駛中車輛輪胎的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)成本較高，不利于公路橋梁中大范圍推廣使用。東南大學(xué)基于上述的諸多問題進(jìn)行了一種新型快速修復(fù)材料的研發(fā)，其基本思路是在早期高強(qiáng)混凝土中摻入FERRO混凝土加強(qiáng)纖維，來達(dá)到快速修復(fù)既有伸縮縫的目的，本文將針對(duì)這種快速修復(fù)材料的不同配比及其重載下的力學(xué)耐久性能進(jìn)行系統(tǒng)的研究。

伸縮縫；混凝土；修復(fù)；

1 伸縮縫修復(fù)技術(shù)的研究現(xiàn)狀

伸縮縫修復(fù)工作是橋梁養(yǎng)護(hù)中的一項(xiàng)重要工作，根據(jù)損壞程度，可以進(jìn)行病害局部修復(fù)工作或進(jìn)行整體換填修復(fù)工作。如果橋梁伸縮縫病害問題較輕，尚未達(dá)到替換標(biāo)準(zhǔn)，可以考慮對(duì)裂縫及破損部位進(jìn)行快速局部修補(bǔ)工作。

基于上述問題進(jìn)行了一種新型快速修復(fù)材料的研發(fā)，其基本思路是利用新型的早期高強(qiáng)混凝土以縮減養(yǎng)護(hù)時(shí)間，同時(shí)利用美國(guó)福塔公司制造的FERRO混凝土加強(qiáng)纖維來代替鋼纖維，并針對(duì)這種快速修復(fù)材料進(jìn)行重載下的力學(xué)及耐久性能研究。

2 試驗(yàn)用材料

試驗(yàn)材料包括骨料：中沙，細(xì)度模數(shù)2.8；碎石，5-10mm l；膠凝材料：SBTJK?-I超早強(qiáng)修補(bǔ)砂漿是一種以水泥、石英砂和聚合物干粉為基材，經(jīng)特殊活性化學(xué)物質(zhì)改性而成的新型修補(bǔ)材料，具有快硬而不速凝、粘結(jié)強(qiáng)度高、承載快且耐久性好等特點(diǎn)，適用于橋梁梁體（面）及道路混凝土結(jié)構(gòu)表面缺陷的快速修補(bǔ)，SBTJK?-I超早強(qiáng)修補(bǔ)砂漿主要技術(shù)性能指標(biāo)見表2-12-1；纖維材料：美國(guó)福塔公司制造的FERRO混凝土加強(qiáng)纖維（見圖2-1），具體參數(shù)見表2-2。

表2 -1 SBTJK?-I超早強(qiáng)修補(bǔ)砂漿主要技術(shù)性能指標(biāo)

圖2 -1 FERRO纖維

表2 -2 FERRO纖維參數(shù)

3 快速修復(fù)材料重載下力學(xué)試驗(yàn)

本節(jié)就新型快速修復(fù)材料的基本力學(xué)性能進(jìn)行研究，目的在于配置適用于橋梁伸縮縫區(qū)的快速修復(fù)用灌縫混凝土材料，通過測(cè)試材料的力學(xué)性能（主要為抗壓抗折性能），來取得合適的配料比。

3.1 力學(xué)性能研究方法

（1）材料配合比

通過試拌合強(qiáng)度試驗(yàn)，確定配合比，見表3-1所示。

表3 -1配合比 單位：kg·m-3

以此為基礎(chǔ)，F(xiàn)ERRO纖維按照每立方米混凝土體積摻入量0.1%、0.2%、0.3%的標(biāo)準(zhǔn)參入，總共4種試件（外加素混凝土）見表3-2。

表3 -2試件設(shè)計(jì)及編號(hào)

（2）抗壓性能研究方法

抗壓強(qiáng)度采用150mm×150mm×150mm試件，試驗(yàn)分3h、24h、7d、28d四批進(jìn)行，每批每個(gè)類型的試件做3個(gè)取平均值。

（3）抗折性能研究方法

抗壓強(qiáng)度采用150mm×150mm×550mm試件，試驗(yàn)分24h、7d、28d三批進(jìn)行，每批每個(gè)類型的試件做3個(gè)取平均值。

3.2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

（1）抗壓抗折性能及機(jī)理分析

從試驗(yàn)可以很明顯看出，摻入Ferro纖維的試件強(qiáng)度普遍高于未摻入Ferro纖維的試件，除了養(yǎng)護(hù)24h后摻入0.1%、0.3%的試件和養(yǎng)護(hù)28d后摻入0.3%的試件強(qiáng)度略低于素混凝土試件外，其余摻入Ferro纖維的試件均高于素混凝土試件。其中值得注意的一點(diǎn)是Ferro纖維摻量為2.0%的試件其表現(xiàn)一直優(yōu)于素混凝土構(gòu)件，且在28d養(yǎng)護(hù)期內(nèi)的四個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)上，其抗壓強(qiáng)度均是最高的，見圖3-1。同時(shí)四組試件的28d強(qiáng)度，摻入0.1%和摻入0.3%的試件其強(qiáng)度與素混凝土相當(dāng)，只有摻入0.2%的強(qiáng)度略有提升。

圖3 -1快速修復(fù)材料抗壓試驗(yàn)結(jié)果

同時(shí)通過測(cè)得的3h、24h、7d、28d強(qiáng)度值可以發(fā)現(xiàn)，采用SBTJK?-I超早強(qiáng)修補(bǔ)砂漿的快速修補(bǔ)材料可以在很短的時(shí)間內(nèi)達(dá)到很高的短期強(qiáng)度，均可以在一天時(shí)間內(nèi)快速達(dá)到28d強(qiáng)度的40%—50%，而在1d到28d這個(gè)階段強(qiáng)度增長(zhǎng)放緩。

圖3 -2各試件抗壓強(qiáng)度發(fā)展曲線

據(jù)目前研究情況來看，纖維在參入混凝土后，亂向均勻分布的纖維可以有效的抑制混凝土的早期塑性收縮和離析裂縫的產(chǎn)生及發(fā)展，減少了混凝土的早期缺陷，纖維摻量過少時(shí)，纖維所起到的作用有限，與素混凝土性能相當(dāng)，而在纖維參量過多時(shí)，彈性模量較低的纖維在混凝土中反而成了薄弱環(huán)節(jié)，且隨著參量增加薄弱效應(yīng)將被放大，勢(shì)必導(dǎo)致強(qiáng)度降低。故纖維摻量從0.1%升至0.3%，試件強(qiáng)度表現(xiàn)出先升再降的情況。

圖3 -3快速修復(fù)材料抗折試驗(yàn)結(jié)果

抗折強(qiáng)度的情況與抗壓強(qiáng)度不同，如圖3-3，摻入Ferro纖維的試件的抗折強(qiáng)度均略低于素混凝土構(gòu)件，平均低大概10%左右，但和抗壓強(qiáng)度情況類似，0.2%摻量的試件在三組摻纖維的試件中表現(xiàn)最好。同時(shí)通過圖3-3可以看出，四組試件的抗折強(qiáng)度均在24h達(dá)到相當(dāng)高的水平，普遍達(dá)到了28d強(qiáng)度的90%左右，但其中摻入0.3%Ferro纖維的試件卻在28d后的強(qiáng)度略有下降，這一點(diǎn)還有待進(jìn)一步研究。

圖3 -4各試件抗折強(qiáng)度發(fā)展曲線

3.2 結(jié)論

通過試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，研發(fā)的伸縮縫新型快速修復(fù)材料應(yīng)用于修復(fù)既有橋梁伸縮縫區(qū)有其特有的優(yōu)勢(shì)，特別是在其最大限度地減少修復(fù)作業(yè)時(shí)間，在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到較高的短期力學(xué)性能，無需長(zhǎng)期養(yǎng)護(hù)，同時(shí)在一定程度上提升混凝土的力學(xué)性能。本次試驗(yàn)使抗壓強(qiáng)度有所提高，而抗折強(qiáng)度僅和素混凝土持平。因此，之后的研究可以著重從纖維混雜摻入的方向入手，注重纖維在參入過程中不同尺寸的配備和高彈模高延性混合的方法，以提高其抗折強(qiáng)度。但從力學(xué)性能方面考量，新型快速修復(fù)材料可以很好地適用于既有橋梁伸縮縫區(qū)的修復(fù)施工。

4 結(jié)論

研制的伸縮縫快速修復(fù)材料用于橋梁伸縮縫區(qū)修復(fù)有顯著的優(yōu)勢(shì)，可以有效提升伸縮縫的力學(xué)耐久性能。

通過試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，研發(fā)的伸縮縫新型快速修復(fù)材料應(yīng)用于修復(fù)既有橋梁伸縮縫區(qū)可以最大限度地減少修復(fù)作業(yè)時(shí)間，在短時(shí)間內(nèi)達(dá)到較高的短期力學(xué)性能，無需長(zhǎng)期養(yǎng)護(hù)，同時(shí)在一定程度上提升混凝土的力學(xué)性能。本次試驗(yàn)使抗壓強(qiáng)度有所提高，而抗折強(qiáng)度僅和素混凝土持平。因此，之后的研究可以著重考慮從纖維混雜摻入的方向入手，注重纖維在摻入過程中不同尺寸的配備和高彈模高延性混合的方法，以提高其抗折強(qiáng)度。但從力學(xué)性能方面考量，新型快速修復(fù)材料可以很好地適用于既有橋梁伸縮縫區(qū)的修復(fù)施工。同時(shí)通過耐久性抗沖擊試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，研發(fā)的伸縮縫新型快速修復(fù)材料中Ferro纖維對(duì)試件抗沖擊強(qiáng)度的提高貢獻(xiàn)較大，與素混凝土相比抗沖擊性能提升顯著，而且能在不降低材料抗壓、抗折強(qiáng)度的前提下，大幅提高纖維增強(qiáng)混凝土抗沖擊性能，符合工程實(shí)際應(yīng)用要求。

[1]楊霞,仲小亮,王霽新等.伸縮縫快速修復(fù)用聚氨酯混凝土的研究[J].塑料工業(yè),2013,41(10)：114-117.

[2]徐立東.淺談忻保高速公路橋梁伸縮縫快速修復(fù)施工[J].黑龍江交通科技,2015,(9)：100-100,102.

[3]丁優(yōu)松,杜春平,楊均祥等.探索高速公路水泥混凝土型鋼伸縮縫快速修復(fù)技術(shù)[C].//浙江省公路學(xué)會(huì)2008年年會(huì)論文集.2008：63-66.

[4]孫楊勇,尹昌宇,周柏瑾等.改性樹脂修復(fù)材料MRK在橋梁伸縮縫中的應(yīng)用[J].中外公路,2015,35(3)：293-295.

[5]孫志恒,李萌,倪燕等.SK柔性防護(hù)涂料在伸縮縫及裂縫快速修復(fù)中的應(yīng)用[J].大壩與安全,2011,(1)：48-51.

[6]李婷.高速公路橋梁伸縮縫快速更換關(guān)鍵技術(shù)[D].重慶交通大學(xué),2012.

[7]張海林.新材料 AC-K5在高速公路橋梁伸縮縫快速維修中的應(yīng)用[J].城市建筑,2016,(12)：298.

[8]劉曙光,常智慧,張棟翔等.PVA-ECC材料在橋梁伸縮縫工程中的應(yīng)用[J].混凝土與水泥制品,2016,(2)：80-82.

G322

B

1007-6344（2017）09-0320-02

萬俊林 男，1961年11月生，籍貫山東省平度市，高工，現(xiàn)從事工程施工，工作單位：哈爾濱市政第二工程公司，哈爾濱，150026