混凝土橋梁結(jié)構(gòu)裂縫成因及修補(bǔ)方法研究

浦貴安

(中鐵十一局集團(tuán)第五工程有限公司,重慶 沙坪壩 400037)

0 引 言

進(jìn)入21世紀(jì)以來，我國經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展迅猛，橋梁的設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)等日趨大型、復(fù)雜化，同時(shí)橋梁的各方面要求也隨之提高，橋梁混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的問題成為技術(shù)難題。因此，如何對(duì)橋梁裂縫進(jìn)行修補(bǔ)，改善其結(jié)構(gòu)性能，保證它的耐久性、安全性和適應(yīng)性，提高使用壽命，保證行車安全和人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，如何解決這一技術(shù)難題必須提上日程。本文在分析橋梁裂縫的危害和種類的基礎(chǔ)上，總結(jié)了混凝土橋梁裂縫的修補(bǔ)方法，重點(diǎn)介紹了壓力注膠法，同時(shí)根據(jù)橋梁裂縫情況，選擇最佳注膠間距，為橋梁裂縫的修補(bǔ)和修補(bǔ)材料的選擇提供了寶貴意見。

1 混凝土橋梁裂縫產(chǎn)生的原因

1.1 混凝土裂縫產(chǎn)生的原因

混凝土裂縫產(chǎn)生的原因很多，包括施工、變形、溫度、荷載、氣候環(huán)境和鋼筋銹蝕等因素。其中，溫度環(huán)境是混凝土裂縫產(chǎn)生的外界因素。目前我國除了高原地區(qū)氣溫環(huán)境對(duì)混凝土裂縫影響較大，大部分地區(qū)混凝土裂縫產(chǎn)生的因素相互影響，每種因素引起的原因很多，具體如表1所示。

表1 裂縫產(chǎn)生的原因分類表

1.2 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的分類和特征

橋梁結(jié)構(gòu)裂縫，一般主要根據(jù)其形狀、走向深度等因素，混凝土橋梁結(jié)構(gòu)裂縫分類如表2所示。

表2 裂縫的分類表

2 裂縫對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)性能影響

混凝土結(jié)構(gòu)裂縫是多種因素相互作用產(chǎn)生的，各種因素在施工環(huán)境和自然環(huán)境的作用下，產(chǎn)生裂縫，對(duì)橋梁的使用性能影響很大。

(1)混凝土的開裂導(dǎo)致內(nèi)部劣化和表面剝蝕，混凝土內(nèi)部松弛，龜裂現(xiàn)象發(fā)生，內(nèi)部裂紋的增多，進(jìn)而影響橋梁結(jié)構(gòu)的安全性。

(2)裂縫的產(chǎn)生，荷載的加劇與作用，降低橋梁的整體剛度，同時(shí)橋梁結(jié)構(gòu)裂縫增多，甚者相互貫通。

(3)橋梁結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫，混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部與空氣接觸，經(jīng)過化學(xué)反應(yīng)，生成碳酸鈣，降低橋梁結(jié)構(gòu)的承載力，影響行車安全和人民的生命財(cái)產(chǎn)。

(4)各種環(huán)境介質(zhì)通過混凝土裂縫，滲透到橋梁結(jié)構(gòu)內(nèi)部，破壞鋼筋表層的保護(hù)膜，導(dǎo)致鋼筋銹蝕，鋼筋表面出現(xiàn)銹斑，甚至發(fā)生斷裂，降低了橋梁結(jié)構(gòu)的承載力。

3 混凝土裂縫修補(bǔ)方法

對(duì)于混凝土橋梁結(jié)構(gòu)裂縫，目前修補(bǔ)方法有很多：表面粘貼修補(bǔ)、鑿槽嵌補(bǔ)法、壓力灌漿技術(shù)、注漿法等。

3.1 表面粘貼修補(bǔ)

表面粘貼修補(bǔ)采取填縫、表面抹灰、玻璃布粘貼技術(shù)以及鋼板粘貼技術(shù)等對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)裂縫進(jìn)行修補(bǔ)。其中最主要采用的是玻璃布粘貼技術(shù)和鋼板粘貼技術(shù)，采用這兩種方法，首先對(duì)裂縫表面進(jìn)行鑿毛處理，保證平整度。然后將玻璃布平整放置在修補(bǔ)面上，采用專用刷子固定玻璃布。采用鋼板粘貼技術(shù)，需要先行測(cè)量裂縫的長度，切斷鋼板，再對(duì)裂縫處進(jìn)行打磨，直到鋼筋露面。粘貼鋼板前，涂抹環(huán)氧基業(yè)粘貼劑。然后對(duì)粘貼面進(jìn)行施工養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)完畢后，最后涂一層養(yǎng)護(hù)材料，修補(bǔ)完成，鋼板粘貼修補(bǔ)方法的施工流程如圖1所示。

圖1 表面粘貼修補(bǔ)法施工流程圖

表面修補(bǔ)方法施工工序簡(jiǎn)單，一般廣泛應(yīng)用于淺層裂縫的修補(bǔ)，對(duì)于有一定深度的裂縫，需要采用其他方法進(jìn)行修補(bǔ)。

3.2 壓力灌漿技術(shù)

壓力灌漿修補(bǔ)法對(duì)于橋梁結(jié)構(gòu)裂縫出現(xiàn)深度裂縫時(shí)廣泛采用，此種方法簡(jiǎn)單實(shí)用。其主要原理如下：對(duì)裂縫施加一定壓力，將我們預(yù)先準(zhǔn)備的灌漿材料灌入裂縫內(nèi)部，當(dāng)裂縫封閉時(shí)為止。這種方法不斷修復(fù)效果良好，而且能提高橋梁結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和抗?jié)B性能，延長橋梁的使用壽命。壓力灌漿技術(shù)的主要施工工序如圖2所示。

圖2 壓力灌漿技術(shù)施工工序流程圖

3.3 壓力注膠修補(bǔ)法

(1)選取注膠材料

壓力注膠修補(bǔ)法通過加壓設(shè)備將水泥或者環(huán)氧樹脂等材料，注入橋梁裂縫中，這種修補(bǔ)方法可以提高橋面的耐久性和防水性。傳統(tǒng)的手動(dòng)式加壓設(shè)備已經(jīng)淘汰，一是無法確定注入材料的用量，二是如果壓力過大，不但不能對(duì)裂縫進(jìn)行修補(bǔ)，反而會(huì)加劇裂縫的貫通。現(xiàn)在采用的低壓低速注入膠結(jié)材料，對(duì)深度裂縫的修補(bǔ)效果非常好。目前常用的有水性、柔性和日本肖邦環(huán)氧樹脂。從性價(jià)比和修復(fù)效果看，柔性環(huán)氧樹脂的修復(fù)效果是最好的。柔性環(huán)氧樹脂性能指標(biāo)如下表3所示。

表3 柔性環(huán)氧樹脂性能指標(biāo)

灌注膠體抗拉強(qiáng)度改性前和改性后均能達(dá)到規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求。改性目的主要是提高柔韌性、抗凍性和耐老化性。改性后膠體抗拉強(qiáng)度及伸長率得到了改善，且都有所提高。

(2)施工工序

對(duì)橋梁裂縫進(jìn)行修補(bǔ)前，準(zhǔn)備好裂縫調(diào)查和數(shù)據(jù)資料，調(diào)配好施工人員和施工機(jī)具的準(zhǔn)備，施工工序見圖3。

圖3 注膠施工流程圖

(3)壓力注膠修補(bǔ)法主要工藝參數(shù)

通過對(duì)實(shí)際工程的橋梁裂縫修復(fù)的經(jīng)驗(yàn)總結(jié)和數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，對(duì)橋梁裂縫注膠修補(bǔ)的適用情況和施工工藝參數(shù)進(jìn)行匯總(表4)。由于實(shí)際工程的裂縫情況和數(shù)量均不相同，各因素相互作用，相互影響，部分參數(shù)可以與實(shí)際項(xiàng)目結(jié)合，根據(jù)項(xiàng)目進(jìn)行靈活取值。如果對(duì)參數(shù)有異議，在現(xiàn)場(chǎng)可以進(jìn)行試驗(yàn)，然后再來確定工藝參數(shù)的取值范圍。

表4 壓力注膠修復(fù)法主要工藝參數(shù)表

根據(jù)注膠修復(fù)的工藝參數(shù)，設(shè)置注膠嘴時(shí)，定位好間距，注膠嘴的間距以100～200 mm為宜，裂縫數(shù)量較多，分布較密的情況下，可以取100 mm的間距。

(4)注膠試驗(yàn)結(jié)果分析

采用注膠修復(fù)裂縫過程中，可以選取樣本試件2組，每組4個(gè)，第一主試件尺寸為100 mm×100 mm×50 mm，試件兩端放置Ф14的T形拉桿，另外一組樣本試件為200 mm×200 mm×350 mm，試件兩端放置Ф16的T形拉桿，兩組混凝土強(qiáng)度等級(jí)分別為C25和C30。試件制作后，達(dá)到28 d齡期方可使用，并且進(jìn)行試驗(yàn)。每次試驗(yàn)后，記錄好實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，其試驗(yàn)的主要數(shù)據(jù)分析如表5所示。

表5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)表

通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析可知，混凝土試件的抗拉強(qiáng)度值變化不大，說明采取壓力注膠后，裂縫經(jīng)過修補(bǔ)，修補(bǔ)處的混凝土強(qiáng)度值與未受破壞的強(qiáng)度值相差不大。同時(shí)，壓力注膠有效的提高了橋梁裂縫的修補(bǔ)效果，減輕了施工人員的工作量，節(jié)約了施工成本，施工材料也相應(yīng)減少，因此可以考慮加大壓力注膠修補(bǔ)法的應(yīng)用。結(jié)合實(shí)際項(xiàng)目和試驗(yàn)結(jié)果，可以總結(jié)出壓力注膠法的特征有以下幾點(diǎn)：

(1)壓力采取低壓低速，容易控制。

(2)施工時(shí)間減少，操作便利，減少了工作量。

(3)注膠修復(fù)效果好。采用壓力注膠修補(bǔ)法時(shí)，通過機(jī)控設(shè)備，可以緩慢的將注膠液推送到裂縫深處，對(duì)深度裂縫修復(fù)起到了關(guān)鍵作用。

(4)容易檢查膠結(jié)材料是否固化，以便進(jìn)行下一步的工序，從而優(yōu)化了施工工藝。

4 結(jié) 語

混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的修補(bǔ)，需要根據(jù)裂縫的數(shù)量和類型，靈活的選擇修補(bǔ)方法。從壓力注膠的膠結(jié)材料的選取，施工工序和注膠效果可以看出，采用壓力注膠避免了修補(bǔ)的盲目性，節(jié)約了修補(bǔ)成本，提高了工作效率。