連續(xù)梁體混凝土缺陷修復(fù)技術(shù)

殷 軍 波

(中鐵十八局集團(tuán)天津國際工程公司,天津 300222 )

沙特麥加輕軌阿拉法特-1橋工程設(shè)計(jì)為現(xiàn)澆連續(xù)梁方案[1].其工法采用支架現(xiàn)澆施工，梁體混凝土采取一次澆筑成型[2].由于受現(xiàn)場(chǎng)制梁環(huán)境等多種因素所限，竣工后發(fā)現(xiàn)梁體出現(xiàn)裂縫、蜂窩、混凝土松散、鋼筋外露等質(zhì)量缺陷，這些缺陷會(huì)給橋梁承載以及日后運(yùn)營帶來很大的安全隱患.

1 混凝土缺陷修復(fù)的重點(diǎn)及難點(diǎn)

缺陷修復(fù)工程的重點(diǎn)是處理梁體表面的結(jié)構(gòu)裂縫、孔洞、鋼筋外露、蜂窩麻面等質(zhì)量缺陷，使其修復(fù)后盡可能達(dá)到或超過設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)有的混凝土強(qiáng)度和承載能力[3].

施工難點(diǎn)在于梁體已經(jīng)澆筑成型，不能采用一般的施工工藝和材料.因此施工中技術(shù)方面采用一種特殊要求的修補(bǔ)加固材料(改性環(huán)氧樹脂聚合物)，它是由一種有機(jī)質(zhì)、高分子化學(xué)物質(zhì)聚合物，自身的結(jié)構(gòu)由不同種類的高分子物質(zhì)組成，進(jìn)而體現(xiàn)了高分子合金的特性，且它與新舊混凝土的黏接性能十分優(yōu)異，由改性環(huán)氧樹脂制備的混凝土體現(xiàn)出良好的特性[4].

利用改性環(huán)氧樹脂水泥砂漿充分地填充鋼筋混凝土縫隙，另外，施工過程中結(jié)構(gòu)物為了能夠提高鋼筋混凝土內(nèi)的承載力，存在缺陷部位修復(fù)后的結(jié)構(gòu)物的鋼筋混凝土表面粘貼碳纖維布起到加強(qiáng)作用.

2 混凝土缺陷修復(fù)技術(shù)方案

2.1 孔洞、露筋修復(fù)方案

針對(duì)連續(xù)梁梁體結(jié)構(gòu)中常見較大的孔洞、鋼筋局部裸露的情況，首先將孔洞周圍的疏松混凝土和軟弱漿膜鑿除，用鋼絲刷或壓力水沖洗干凈后，填入石子;支模;預(yù)埋孔口管后，采用改性環(huán)氧樹脂水泥砂漿進(jìn)行壓力灌漿.然后，應(yīng)用低黏度的環(huán)氧樹脂水泥砂漿施工方法使用劈裂灌漿促使孔洞能夠充分的補(bǔ)強(qiáng)密實(shí).針對(duì)部分拉筋外露問題，先將多余部分鑿去，采用與混凝土同強(qiáng)度等級(jí)的環(huán)氧樹脂水泥砂漿將其抹平[5].

2.1.1 方案選擇

1)環(huán)氧樹脂水泥砂漿壓力灌漿

改性環(huán)氧樹脂水泥砂漿，具有優(yōu)良的力學(xué)性能、機(jī)械性能、耐化學(xué)介質(zhì)性能、耐老化性能及良好施工性能等諸多優(yōu)點(diǎn)，并且它與新舊構(gòu)件的粘接性能十分優(yōu)異，由它制備的聚合物水泥砂漿或混凝土具有優(yōu)越的性能[6].

改性環(huán)氧樹脂水泥砂漿的規(guī)范要求的配合比∶水泥∶水∶細(xì)骨料∶改性環(huán)氧樹脂∶減水劑=95∶35∶225∶12∶6.

2)應(yīng)用低黏度的環(huán)氧樹脂水泥砂漿進(jìn)行裂縫灌注

①主材組成結(jié)構(gòu)

比選酮材料體系的基礎(chǔ)上，在先選親水性表面活性劑和親水性固化劑以后，滲水條件下，即使在裂縫為0.01 mm情況下，也能夠滲透過墻體發(fā)生固結(jié)作用，進(jìn)而達(dá)到防滲補(bǔ)強(qiáng)的效果[7].

糠醛、丙酮本身具有的黏結(jié)度非常的低，能夠溶解環(huán)氧樹脂，從而形成一種均勻的液體體系，環(huán)氧樹脂的堿性固化劑發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成一種叫呋喃樹脂的物質(zhì)，其呈現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，能夠把混凝土和普通巖石牢固黏接在一起，并且穿透能力極強(qiáng)，從而使裂縫充分的填塞.在低溫的條件下，具有固化快、氣味濃度小、耐水性及耐老化等性能，缺點(diǎn)是不能在潮濕的環(huán)境中發(fā)生固化作用[8].

糠醛-丙酮混合物質(zhì)的環(huán)氧灌漿材料，主要的配合比，如表1.

表1 糠醛-丙酮混合稀釋體系的環(huán)氧灌漿材料組成

糠醛-丙酮環(huán)氧樹脂混合物中加入聚酰胺650作固化劑，分別在潮濕和有水條件下得到樹脂技術(shù)性能參數(shù)，見表2.

表2 樹脂固結(jié)體技術(shù)性能參數(shù)

注:養(yǎng)護(hù)齡期為30 d,溫度為25 ℃.

②固化原理

環(huán)氧樹脂混合物進(jìn)行縮合或交聯(lián).內(nèi)部摻和糠醛-丙酮混合的環(huán)氧樹脂混合物中添加親水性促進(jìn)劑可以大大的提高物質(zhì)本身的早期強(qiáng)度，不但增加了固化物本身的韌性，而且提高混合物的親水性能，進(jìn)而提高了黏接的相對(duì)強(qiáng)度[8].

在堿性條件下發(fā)生的縮合化學(xué)反應(yīng)[9].

首先發(fā)生的加成反應(yīng)：

然后發(fā)生的脫水反應(yīng)：

丙酮施工過量時(shí)，當(dāng)糠醛與丙酮的比值小于1(物質(zhì)的量的比)，會(huì)發(fā)生另一種化學(xué)反應(yīng)，聚合成糠醛-丙酮樹脂[10]：

3) 粘貼碳纖維布進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)

①碳纖維布性能指標(biāo)，見表3.

表3 碳纖維布復(fù)合材料的安全性及適配性合格指標(biāo)

②膠粘劑

膠粘劑的安全性、實(shí)用性及其與碳纖維布的機(jī)制適配性應(yīng)滿足《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》[11]的規(guī)范要求，表4為A級(jí)膠的設(shè)計(jì)驗(yàn)收指標(biāo).

表4 碳纖維布膠粘劑的安全性及適配性合格指標(biāo)

③膠粘劑配制

預(yù)配制進(jìn)行的包裝:首先兩種物質(zhì)各攪拌均勻;迅速將B組物質(zhì)快速加入A組物質(zhì)，低速攪拌4 min,觀察外表液體均勻一致,盡量沒有大量氣泡即可[12].

非預(yù)配制進(jìn)行的包裝:將兩組物質(zhì)按照要求的比例放在一個(gè)容器內(nèi)，低速進(jìn)行攪拌.施工中為了能夠達(dá)到在高溫環(huán)境的條件下延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)使用壽命要求，將兩種物質(zhì)均勻混和之前，降低兩種物質(zhì)自身的溫度[13].

2.1.2 施工工藝

施工工藝流程如圖1所示.

圖1

①基層處理

基層處理必須具備兩個(gè)必要條件：

a基層首先堅(jiān)固，對(duì)于松散的材料必須清除，不能夠有雜質(zhì).用高壓水槍沖洗毛面，清除掉渣土和灰塵，進(jìn)行結(jié)構(gòu)物表面鑿毛處理，裸漏出骨料，鑿毛深度設(shè)計(jì)要求為8 mm[14].

b外露的鋼筋用鋼絲刷將鋼筋上的水泥漿清除干凈.

②填入石子，石子粒徑為5～10 mm.

③模板選擇

模板形式除采用傳統(tǒng)模板外，也可采用保溫一體化模板.

④改性環(huán)氧樹脂水泥砂漿壓力灌漿

預(yù)埋孔口管，再將按配合比配置好的改性環(huán)氧樹脂水泥砂漿灌人孔洞中，使其充填密實(shí).施工班組在灌漿過程中，現(xiàn)場(chǎng)按照要求施工，防止鋼筋、高大的模板及加固結(jié)構(gòu)等的水平、豎向移動(dòng)和本身的變形.

⑤低黏度環(huán)氧樹脂水泥砂漿裂紋灌注漿液

首先，施工班組需要特殊處理壓密周圍松動(dòng)的土體，當(dāng)注漿壓力達(dá)到一定值時(shí)，漿液流動(dòng)會(huì)使地層產(chǎn)生裂縫，形成條狀膠結(jié)物質(zhì).

⑥底面涂刷

結(jié)構(gòu)物的表面進(jìn)行均勻涂刷底層樹脂，要注意有規(guī)律，均勻而勻速地進(jìn)行涂刷施工，涂刷的表觀質(zhì)量必須達(dá)標(biāo).

⑦粘貼碳纖維布

首先，膩?zhàn)右蚬袒淖饔霉探Y(jié)，現(xiàn)場(chǎng)可依據(jù)碳纖維布的寬度，技術(shù)員進(jìn)行放線，進(jìn)而確定碳纖維布的坐標(biāo)，按照實(shí)際的長(zhǎng)度布設(shè)碳纖維布，編制編號(hào).然后按照放線的具體位置進(jìn)行涂抹樹脂的施工，當(dāng)?shù)谝粭l完成時(shí)，粘貼相應(yīng)編號(hào)的碳纖維布，注意碳纖維布和混凝土夾層間不能有氣泡，當(dāng)樹脂滲出邊沿時(shí)，才可進(jìn)行下一步的施工.在施工完畢的碳纖維布表面結(jié)構(gòu)涂抹最后一遍樹脂，施工結(jié)束[15].

⑧表面防護(hù)

碳纖維布施工完畢后，外表層已經(jīng)具備優(yōu)異的抗腐蝕性、抗紫外線性能，試驗(yàn)證明在自然條件下50 a不會(huì)發(fā)生劣化.為了達(dá)到結(jié)構(gòu)的美觀，當(dāng)物質(zhì)固化后需要進(jìn)行表結(jié)構(gòu)物的表面噴涂.

2.1.3 注意事項(xiàng)

施工過程中項(xiàng)目為了能夠有效地提高修復(fù)加固橋梁自身結(jié)構(gòu)的承載力.施工班組需注意以下幾點(diǎn).

1)碳纖維的粘貼方式.針對(duì)結(jié)構(gòu)受力特性及缺陷，粘貼碳纖維布的方向是不同的要求.施工中為了能夠提高抗彎能力，碳纖維的單向布方向應(yīng)是順橋向；為了提高抗剪強(qiáng)度，碳纖維布粘貼方式應(yīng)是環(huán)箍向(U形)或是在腹板45°方向上;對(duì)于墩柱等基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，采用環(huán)箍方式，使之成為三向受力構(gòu)件，方可大大提高承壓強(qiáng)度.同時(shí)還要根據(jù)原結(jié)構(gòu)的配筋情況或受力部位，依據(jù)加固設(shè)計(jì)情況調(diào)整碳纖維的方向和層數(shù)(如可根據(jù)彎矩影響線、從跨中向兩端逐級(jí)遞減碳纖維布的層數(shù))，使結(jié)構(gòu)受力更均勻，同時(shí)也更經(jīng)濟(jì).

2)在進(jìn)行工藝流程中第④步工序時(shí)，修平工作將影響總體的效果，在施工過程中必須粘貼平整，嚴(yán)重的情況下造成碳纖維布的破壞.因而上述第④步工序的質(zhì)量要求必須高度重視.

3)在施工過程中，碳纖維布的搭接長(zhǎng)度和位置也是相對(duì)重要的，對(duì)于碳纖維受力方向的搭接長(zhǎng)度應(yīng)滿足15 cm.非受力方向現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行施工時(shí)一般規(guī)范要求搭接4 cm.

4)工藝流程中第⑦步工序開始之前，要對(duì)碳纖維布的粘貼效果進(jìn)行仔細(xì)檢查，對(duì)于有氣泡的部位要補(bǔ)環(huán)氧樹脂膠，通常開小孔用注射器注射.PVC管活塞如圖2所示.

圖2 PVC管活塞推進(jìn)法灌膠示意圖

2.2 混凝土麻面、蜂窩修復(fù)方案

對(duì)于連續(xù)梁體結(jié)構(gòu)物表面的凹坑麻點(diǎn)或蜂窩，采用聚丙烯酸酯硫鋁酸鹽水泥砂漿進(jìn)行修復(fù)處理.

2.2.1 方案選擇

聚合物水泥砂漿的操作方法與水泥砂漿相同，一般攤鋪處理，具有許多優(yōu)越性，抗裂性比普通水泥砂漿好，其黏結(jié)強(qiáng)度、抗水、抗及耐凍等性能比較高，是一種性能較好的修補(bǔ)材料，見表5、6.

表5 物理力學(xué)性能比較

表6 聚合物硫鋁酸鹽水泥砂漿的耐蝕注能

注:表中使用溫度系指無腐蝕條件下的溫度.

2.2.2 聚合物砂漿作用的基本原理

聚合物改性快速修補(bǔ)膠是一種市場(chǎng)需求高新型的修補(bǔ)物質(zhì)膠，主要應(yīng)用于修補(bǔ)破碎的混凝土裂縫.采用聚丙烯酸精新技術(shù)和特種水泥等配制新型產(chǎn)品，具有黏結(jié)力比較強(qiáng)、韌性相對(duì)較高以及耐候性極好等特點(diǎn).正因?yàn)榫酆衔锛捌渌钚曰衔锏募尤?，大大改善了原料的物理特?包括：

1)活性.化合物物質(zhì)的表面活性劑主要具備高減水的特性標(biāo)準(zhǔn)要求，能夠有效的進(jìn)行施工的分散水泥顆粒狀結(jié)構(gòu)物，從而改變了砂漿的和易性，有效的提高砂漿的本身物理特性.

2)橋鍵.化合物中分子的活性基因與水泥水化作用下游離的Ca2+、Al3+等陽離子進(jìn)行等價(jià)交換，形成一種特殊作用的橋鍵，水泥顆料四周通過物理和化學(xué)作用生成一種連續(xù)相.聚合物膜有效降低聚合物的彈性模量，改變水泥漿的物理結(jié)構(gòu)，從而產(chǎn)生的細(xì)微間隙有效的減少,大大地提升了原材料的破壞應(yīng)力.此外，因?yàn)榫酆衔锏臉蜴I發(fā)揮相對(duì)的作用，不但明顯地改善了新老混凝土的黏結(jié)特性，而且大幅度改變了材料自身的內(nèi)聚性能，進(jìn)而獲得了較好的耐磨性質(zhì).

3)封閉.化合物凝聚之后形成一種細(xì)密的薄膜，填充在水泥顆粒的間隙之間，阻斷砂漿或混凝土與外界環(huán)境的聯(lián)通通道，有效的阻隔了水分和其他危害物質(zhì)的侵入.

2.2.3 原材料的選擇及應(yīng)用

聚丙烯酸酯溶液的質(zhì)量要求系數(shù)見表7.

表7 聚丙烯酸酯溶液呈變

細(xì)骨料的技術(shù)指標(biāo)見表8.

表8 細(xì)骨料的技術(shù)指量標(biāo)準(zhǔn)

細(xì)骨料的顆粒(耐酸)級(jí)配見表9.

硫鋁酸鹽水泥技術(shù)指標(biāo)見表10.

表9 細(xì)骨料的顆粒(耐酸)級(jí)配

表10 硫鋁酸鹽水泥技術(shù)指標(biāo)

砂漿配合比見表11.

表11 化合物中水泥復(fù)合砂漿配合比

2.2.4 施工工藝

施工工藝流程：基層處理——砂漿配制——砂漿打底——抹面——工具清洗——養(yǎng)護(hù)

1)基層處理

① 基層一定是堅(jiān)實(shí)的，對(duì)于松散的材料以及不穩(wěn)固的材料必須清除.可以使用尖錘或水車等工具進(jìn)行清除.

② 基層一定是要干燥整潔.塵埃和碎屑使用空壓機(jī)清理干凈.

2)砂漿配制

按照規(guī)范要求的配合比制備人工配制的聚合物水泥砂漿，攪拌均勻的砂漿不允許數(shù)次攪拌.

3)砂漿打底

在混合物水泥砂漿噴涂之前，應(yīng)用聚合物水泥砂漿噴射一層薄膜，噴涂均勻美觀.

4)抹面

聚合物水泥的施工時(shí)用抹子將砂漿分段攤鋪并壓實(shí).聚合物水泥砂漿施工完畢后，不允許在初凝后再次使用抹刀壓光，主要是因?yàn)榉磸?fù)抹壓將會(huì)使表面形成斷裂進(jìn)而產(chǎn)生龜裂.

5)工具清洗

聚合物砂漿對(duì)任何物體具有較好的黏結(jié)力，因此工具必須及時(shí)清洗，初凝前采用清水清洗的方法.

6)養(yǎng)護(hù)

聚合物水泥砂漿在施工防腐工程以后，采用濕濕法作業(yè)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)72 h.

2.3 混凝土裂縫修復(fù)方案

針對(duì)橋梁局部出現(xiàn)的橫向、縱向、網(wǎng)狀等結(jié)構(gòu)裂縫，擬采用低黏度環(huán)氧樹脂水泥砂漿進(jìn)行灌漿.

2.3.1 方案選擇

混凝土開裂是橋梁普遍存在的質(zhì)量問題，橋梁裂縫修補(bǔ)材料受高分子聚合物材料的性能影響，黏度大約為500～5 000 MPa·s，最小僅能灌筑1 mm左右的裂縫.但目前普通的環(huán)氧樹脂只可在干燥的工作面上對(duì)裂縫進(jìn)行修補(bǔ)，跨河橋梁工作面大多相對(duì)濕度大于85%,且環(huán)境濕度易變,導(dǎo)致普通環(huán)氧樹脂的使用受到很大的限制.為保證裂縫處置效果，可以加入固化劑和活性劑，從而解決在潮濕的環(huán)境下產(chǎn)生裂縫的問題.

裂縫修補(bǔ)膠和裂縫修補(bǔ)用聚合物水泥灌漿料安全性能指標(biāo)見表12、13.

表12 裂縫修補(bǔ)膠指標(biāo)

表13 裂縫修補(bǔ)用聚合物水泥灌漿料指標(biāo)

2.3.2 工藝流程

灌漿法分為騎縫法和斜縫法.

騎縫法施工工序見圖3，斜縫法施工工序見圖4.

圖3 騎縫施工工序示意圖

圖4 斜縫施工工序示意圖

3 結(jié) 語

在以后的大跨度連續(xù)梁施工中或許還會(huì)遇到上述的混凝土缺陷質(zhì)量問題.本文通過工程試驗(yàn)及實(shí)踐，分類提出了處理此類混凝土缺陷的施工工藝和技術(shù)措施，取得了很好的效果，為同行們解決類似問題提供了較為成熟的施工經(jīng)驗(yàn).