橋梁構件缺陷修復技術

李亞倫 王正一 向慧文 劉雁東 顏 奎

西北民族大學土木工程學院 甘肅 蘭州 730124

針對鋼筋混凝土結構混凝土剝落、鋼筋銹蝕病害的通常做法是鑿除損壞部位混凝土，對銹蝕鋼筋除銹處理，舊混凝土界面鑿毛植筋后采用比舊有混凝土高一強度等級的混凝土修補加固。然而根據(jù)現(xiàn)場實際調查，發(fā)現(xiàn)通常的加固方法在橋梁小構件修復上效果并不明顯，經過一段時間的運營，很多后期修復材料并不能很好粘結，出現(xiàn)脫落。不僅對原構件沒有起到修復的作用，而且修復過程造成梁體構件的二次損傷，甚至形成結構隱患，給后期的養(yǎng)護維修工作帶來較大困難。目前對橋梁小構件的研究表明：小構件的破壞特點更多的是因為耐久性不足，導致小構件混凝土開裂、剝落、鋼筋銹蝕，造成不能滿足結構承載力和剛度要求。目前針對小構件缺損的常用方法是鑿除裂化部分混凝土，澆筑新混凝土以填補破損斷面。這種修復方法的關鍵技術問題是劣化修復過程中，界面劑使用不統(tǒng)一，還未證實使用不同界面劑的修復效果。

一、確定最佳的界面劑和修補材料

1.1 實驗材料性能

采用C30級混凝土試件，普通硅酸鹽水泥PO52.5（諸城市楊春水泥有限公司），細砂和粗骨料；高效減水劑(Q8081PCA液體均衡型聚羧酸系減水劑，減水率37%，氯離子含量0.01%，堿含量0.02%)，自來水；界面劑環(huán)氧樹脂：型號WSR6101雙酚A型液體環(huán)氧樹脂；固化劑：T31固化劑、防護涂裝：氟樹脂涂料、粉煤灰。

1.2 實驗試件尺寸及配合比

圖1 Z形試件單個尺寸（mm）

表1 C30普通混凝土

表2 聚合物混凝土

1.3 Z形試件抗剪試驗流程

本試驗在研究新舊混凝土界面剪切應力和剪切強度時，為了實現(xiàn)粘結界面剪力的均勻性和加載實驗的可操作性，采用Z形直剪試件[1]。按照澆筑舊混凝土→舊混凝土28天養(yǎng)護→舊混凝土粘結界面鑿毛處理→界面清理→涂刷界面劑→澆筑新混凝土這一流程進行操作。利用試件抗剪試驗對大氣環(huán)境下修復后小構件界面粘結強度進行評定，界面處理措施見表3。剪切強度實測值列于表4所示。

表3 界面處理方式

1.4 Z形試件抗剪試驗結果及分析

表4 剪切強度實測值

通過直剪試驗，我們得到如表4的剪切強度實測值。實驗時，為了施加軸向集中力，在Z形試件上下各放置一個20cm×2cm×0.4 cm的鐵塊，使試驗機壓頭的中心位置與Z形試件粘接界面對齊，測出的剪切強度即整個界面平均剪應力。表4中，、、分別為每組中三個Z形試件的剪切強度，（i=［0、1、2、3］）是每組試件的平均剪切強度。由表4可得，選擇合適的界面劑和修復材料可以使修復界面的剪切強度大大增加。其中，以水泥凈漿為界面劑、普通混凝土為修復材料的修補方式效果最差，依然有27%的提高幅度。以環(huán)氧樹脂為界面劑、普通混凝土為修復材料的修補方式效果較好，有42%的提高幅度。以環(huán)氧樹脂做界面劑、環(huán)氧樹脂聚合物混凝土做修復材料的方式對剪切強度有47%的增幅，效果最優(yōu)。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可以得出：經過環(huán)氧樹脂修復后，試件的極限荷載得到提高、斷裂能也得到不同幅度的提高，說明環(huán)氧樹脂加固技術能夠有效推遲試件裂縫的再開展，具有良好的修復裂縫的效果[2]。

二、梁體構件缺陷修復

2.1 對梁體的處理

圖2為實驗梁尺寸及處理斷面圖。通過抗剪試驗研究得到的較好界面處理措施作為梁式構件斷面恢復的方法，對制備的梁構件三分點之間進行破損后，采用優(yōu)化的處理措施，進行斷面恢復，具體斷面恢復采用表1.3中的措施，采用結構設計原理與室內試驗方法對構件的承載力、剛度進行計算并對比分析優(yōu)化措施的效果。

圖2 梁體試件尺寸及斷面圖

表5 修復措施

2.2 實驗流程

實驗梁的養(yǎng)護期到，墊木板，拆模具。分為A、B、C三組。A組是對照組(完整梁)，將其放在YJ-2D型結構力學組合試驗裝置上，測荷載和跨中撓度并記錄數(shù)據(jù)。B組是一根有缺陷未修補的梁，將其放在YJ-2D型結構力學組合試驗裝置上，測荷載和跨中撓度并記錄數(shù)據(jù)。C組是三根修復后的梁，將其放在YJ-2D型結構力學組合試驗裝置上，測荷載和跨中撓度并記錄數(shù)據(jù)。

2.3 結果分析

在對破損梁體的斷面修復時，最關鍵的問題就是處理好新舊混凝土界面，確 保新舊混凝土之間有足夠的粘結強度，以保證修補混凝土與舊有混凝土能夠協(xié)調 工作，達到后期修復的效果[3]。通過對試驗過程中的梁體裂縫情況的觀測，存在中下部缺失鋼筋混凝土梁的抗裂性能要比完好梁低，表現(xiàn)為梁體開裂荷載要小于完好梁。但是對于多層配筋的混凝土梁，部分鋼筋出現(xiàn)無粘結病害對梁體的抗裂性能影響不大，梁體開裂情況與完好梁表現(xiàn)大致相同。

三、結語

綜上可知，對缺陷橋梁進行加固，不僅可以對線路整體性能加以保證，對行車安全加以保障，同時還能縮減資源浪費，促使交通行業(yè)不斷發(fā)展。施工人員對加固技術加以運用之時，需針對具體問題展開具體分析[4]。