高強(qiáng)度環(huán)氧粘結(jié)劑在梳齒板伸縮縫快速維修技術(shù)的應(yīng)用

陳政偉 楊建東 都正家

（上海浦江橋隧運(yùn)營(yíng)管理有限公司，上海201114）

1 工程背景

為滿足橋面變形的要求，通常在兩梁端之間、梁端與橋臺(tái)之間或橋梁的鉸接位置設(shè)置伸縮縫。伸縮縫主要有對(duì)接式伸縮縫、鋼制支承式伸縮縫、模數(shù)支承式伸縮縫以及板式伸縮縫等[1]。其中，梳齒板式伸縮縫（圖1）也稱為四防伸縮縫，具有防水、防塵、防滑和防噪等優(yōu)點(diǎn)，是目前橋梁結(jié)構(gòu)經(jīng)常采用的伸縮縫形式。

圖1 梳齒板伸縮縫

伸縮縫對(duì)施工精度要求高，而伸縮縫設(shè)計(jì)和施工環(huán)節(jié)的質(zhì)量管理往往容易受到忽視，并且由于長(zhǎng)期暴露在大氣環(huán)境中，受到多種環(huán)境因素的影響，伸縮縫成為了橋梁結(jié)構(gòu)中最易遭受破壞而又較難以修復(fù)的部位[2]。伸縮縫損壞會(huì)惡化行車狀況，并降低橋梁使用壽命。JTGD60《公路橋涵設(shè)計(jì)通用規(guī)范》[3]規(guī)定伸縮縫的設(shè)計(jì)使用年限為15 年，目前公路、城市橋梁中大量的伸縮縫已超過使用年限。隨著交通流量日益增加，伸縮縫破壞程度也在逐步增加，嚴(yán)重影響行車安全與舒適性。

以上海市某高架快速路為例，該路段開通后逐漸出現(xiàn)了橋梁梳齒板伸縮縫損壞情況,主要原因有：

（1）預(yù)埋螺栓長(zhǎng)度過短,使螺母沒有足夠的旋合長(zhǎng)度，致使螺栓所能承受的拉力達(dá)不到設(shè)計(jì)要求。

（2）植筋的結(jié)構(gòu)膠強(qiáng)度不夠。

（3）施工不規(guī)范，梳齒板未按圖紙施工，導(dǎo)致受力狀態(tài)改變，引起變形損壞。

傳統(tǒng)的維修方法為：將伸縮縫兩側(cè)白帶混凝土拆除——清理干凈，重新綁扎鋼筋——安裝型鋼伸縮縫或預(yù)埋螺栓——澆筑白帶混凝土——安裝梳齒板。由于梳齒板伸縮縫結(jié)構(gòu)復(fù)雜，該方式拆除工作量大，施工時(shí)間較長(zhǎng)，并且由于車流量巨大，全路段采用全封閉施工嚴(yán)重影響交通，然而目前全行業(yè)尚未有比較成熟的能夠在不影響交通的情況下局部快速修復(fù)梳齒板伸縮縫的方法。本文利用高強(qiáng)度環(huán)氧粘結(jié)劑優(yōu)越的物理和力學(xué)性能，根據(jù)基層混凝土白帶基本完好的情況，提出了一種梳齒板快速修復(fù)方法，解決了梳齒板伸縮縫快速維修的困難。在梳齒板伸縮縫病害原因分析的基礎(chǔ)上，開展膠體的基本力學(xué)性能試驗(yàn)，以及修復(fù)模型抗拔強(qiáng)度、拉伸抗剪強(qiáng)度、疲勞性能和耐候性能的測(cè)試，結(jié)合試驗(yàn)結(jié)果及工藝實(shí)踐，驗(yàn)證該方法的合理性和可靠性。

2 材料和試驗(yàn)

2.1 材料

EP50 高強(qiáng)度環(huán)氧粘結(jié)劑是一種無溶劑、雙組分、100%完全融合的環(huán)氧砂漿，用于鋼、混凝土、磚、木等基面間的粘結(jié)和密封，符合《混凝土結(jié)構(gòu)加固設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB 50367-2013）[4]中A 級(jí)膠標(biāo)準(zhǔn)，具有極其耐潮、極高強(qiáng)度、高模量、幾乎無固化收縮率、無明顯揮發(fā)物等特點(diǎn)。EP50 是梳齒板和混凝土白帶之間的重要界面粘結(jié)劑，在常溫下可以快速固化并達(dá)到固結(jié)強(qiáng)度，對(duì)于維修方案具有非常重要的指導(dǎo)意義，因此需要通過實(shí)驗(yàn)研究開展性能測(cè)試研究。

2.2 EP50 基本性能試驗(yàn)

本修復(fù)方案的核心是使用EP50 粘接梳齒板和混凝土白帶，因此需要按照《樹脂澆鑄體性能試驗(yàn)方法》（GB/T 2567-2008）[5]中混凝土為基材的加固要求進(jìn)行EP50 試樣的拉伸試驗(yàn)、彎曲試驗(yàn)以及壓縮試驗(yàn)（圖2），研究材料的基本性能，按照《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)范》（GB 50728-2011）[6]中表4.2.2-1 判定基本性能是否符合要求。本文所用是的膠體為高強(qiáng)度環(huán)氧粘結(jié)劑EP50 SBA，由環(huán)氧樹脂（A）和砂漿（B）兩種組分混合攪拌制成，本文中采用的AB 兩組分質(zhì)量比為1：12.89。相關(guān)的試驗(yàn)結(jié)果列于表1。

圖2 EP50 基本性能試驗(yàn)

表1 EP50 基本性能試驗(yàn)結(jié)果匯總

根據(jù)表1 試驗(yàn)結(jié)果，試件的拉伸強(qiáng)度、壓縮強(qiáng)度和彎曲強(qiáng)度分別為32.8MPa、68.4MPa 和46MPa，伸長(zhǎng)率為1.25%，均滿足規(guī)范要求，拉伸彈性模量、壓縮彈性模量和彎曲彈性模量分別為7560MPa、3228MPa 和6081MPa，均大于規(guī)范值3200MPa，滿足規(guī)范要求。

2.3 修復(fù)模型試驗(yàn)

為了驗(yàn)證EP50 膠體實(shí)際的粘接性能，參考《膠粘劑 拉伸剪切強(qiáng)度的測(cè)定（剛性材料對(duì)剛性材料）》（GB/T 7124-2008）[7]和《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)范》（GB 50728-2011）[6]，分別制作相應(yīng)修復(fù)模型并進(jìn)行一系列試驗(yàn)（圖3），已判定試驗(yàn)結(jié)果是否符合規(guī)范《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)范》（GB 50728-2011）[6]中表4.2.2-1 和表4.2.2-4 的要求。

首先進(jìn)行EP50 膠體拉伸剪切試驗(yàn)，獲得修復(fù)模型的拉剪強(qiáng)度；以EP50 為粘接材料，混凝土為基材，制作抗拔修復(fù)模型進(jìn)行抗拔試驗(yàn)，研究均勻拉應(yīng)力作用下修復(fù)模型發(fā)生內(nèi)聚、粘附或混合破壞的正拉粘接強(qiáng)度；對(duì)修復(fù)模型進(jìn)行拉剪疲勞試驗(yàn)，研究其抗剪疲勞性能；通過光氧老化試驗(yàn)，測(cè)定加速老化處理后的鋼對(duì)鋼拉伸剪切試件的拉伸剪切強(qiáng)度，研究結(jié)構(gòu)膠粘劑的耐候性能。修復(fù)模型各項(xiàng)試驗(yàn)結(jié)果列于表2 至表5。

圖3 修復(fù)模型性能試驗(yàn)

表2 修復(fù)模型拉剪試驗(yàn)結(jié)果

表3 修復(fù)模型抗拔試驗(yàn)結(jié)果

表4 修復(fù)模型拉伸抗剪疲勞試驗(yàn)結(jié)果

表5 修復(fù)模型光氧老化抗剪試驗(yàn)結(jié)果

由表2 可知，修復(fù)模型的拉剪強(qiáng)度為15.6MPa，滿足規(guī)范要求。由表3 可知，修復(fù)模型的抗拔強(qiáng)度為4.50MPa，并且試件的破壞形式均為內(nèi)聚破壞，滿足規(guī)范要求。由表4 可知，在保證頻率為5Hz，應(yīng)力比為5:1.5，最大應(yīng)力為4.0MPa 的條件下，修復(fù)模型在循環(huán)加載200 萬次后，未發(fā)生破壞，滿足規(guī)范要求。由表5可知，試件在經(jīng)歷720 小時(shí)光氧老化之后，拉剪強(qiáng)度為13.9MPa，強(qiáng)度降低率為11%，滿足規(guī)范要求。

綜上，本文完成了EP50 膠體的基本材性試驗(yàn)和修復(fù)模型試驗(yàn)，結(jié)果表明，按照A、B 兩種組分質(zhì)量比1:12.89 配比制作的膠體和修復(fù)模型，其各項(xiàng)性能均能滿足規(guī)范《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)范》（GB 50728-2011）[6]中關(guān)于混凝土為基材的加固要求，可以滿足現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用的需求。

3 現(xiàn)場(chǎng)驗(yàn)證

3.1 施工總體流程

按照快速更換修復(fù)的原則，結(jié)合材料特點(diǎn)以及現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，制定梳齒板現(xiàn)場(chǎng)快速修復(fù)流程如下：進(jìn)場(chǎng)前檢查——進(jìn)場(chǎng)后準(zhǔn)備——舊梳齒板拆除——處理基面——灌注G100 密封膠——涂刷環(huán)氧膠粘劑——養(yǎng)護(hù)——現(xiàn)場(chǎng)清理——交工驗(yàn)收。具體梳齒板維修施工組織方案如下（現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)如圖4 所示）。

3.1.1 封閉對(duì)應(yīng)車道，拆除松脫的梳齒板以及梳齒板下的1.6 止水橡膠帶，將混凝土鑿毛1cm-2cm，并采用空壓機(jī)將碎屑吹凈；

3.1.2 將梳齒板表面打磨除銹并處理干凈，采用EP10 及焊接方式連結(jié)不銹鋼板；

3.1.3 在梁縫處灌注G100 自流平密封膠；

3.1.4 在混凝土兩側(cè)設(shè)置通長(zhǎng)防水膠條；

3.1.5 在混凝土基面上先涂刷EP10，再涂刷EP50；

3.1.6 粘合梳齒板，調(diào)整板面水平；

3.1.7 固定螺桿、螺帽；

3.1.8 環(huán)氧膠養(yǎng)護(hù)3 小時(shí)后開放交通。

由于該修復(fù)方案全過程在原有結(jié)構(gòu)上修復(fù)，可以充分利用原結(jié)構(gòu)安裝的梳齒鋼板，僅需對(duì)已丟失或嚴(yán)重變形無法重新使用的梳齒鋼板進(jìn)行加工，并且能夠保證混凝土結(jié)構(gòu)完好，避免了巨大的拆除工作量，減少了施工工序，大大降低了維修費(fèi)用，節(jié)省了工期，降低了對(duì)城市交通的影響，并且及時(shí)消除了車輛通行的安全隱患。

3.2 施工周期計(jì)劃

通過工期排布，本修復(fù)方法可以保證施工時(shí)間縮短在8 小時(shí)以內(nèi)：

22:00-00:00 拆除松脫梳齒板；00:00-00:30 基面處理；00:30-01:00 灌注G100 密封膠；01:00-02:30 涂刷EP10 和EP50，并安裝梳齒板；02:30 -06:00 膠體養(yǎng)護(hù)；06:00 開放交通。保證8 小時(shí)完工（圖5）。

伸縮縫對(duì)行車的平穩(wěn)性及安全性起著至關(guān)重要的作用，為保證伸縮裝置的可靠性和耐久性，應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照施工工藝進(jìn)行施工，保證施工質(zhì)量。根據(jù)后續(xù)觀察，梳齒板修復(fù)后至今粘貼牢固，未出現(xiàn)松動(dòng)的情況。

圖4 現(xiàn)場(chǎng)修復(fù)示意圖

4 結(jié)論

本文開展了一系列的材料性能和修復(fù)結(jié)構(gòu)試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，EP50 膠體在配比1：12.89 的條件下，能夠保證試件達(dá)到規(guī)范要求，可以應(yīng)用于實(shí)際工藝?？焖傩迯?fù)施工方法為實(shí)現(xiàn)快速便捷修復(fù)梳齒板伸縮縫提供了途徑，本文通過現(xiàn)場(chǎng)工藝試驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的合理性和可靠性，為該方法的推廣積累了相關(guān)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)。

圖5 施工周期計(jì)劃