橋梁加固超強(qiáng)高韌性樹脂混凝土技術(shù)應(yīng)用分析

羅斌、朱圣敏

（贛州市公路發(fā)展中心南康分中心，江西 南康 341400）

0 引言

在新時(shí)期背景下，隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，在橋梁加固項(xiàng)目工程中越來越多的新型技術(shù)得以應(yīng)用。超強(qiáng)高韌性樹脂混凝土技術(shù)作為非常新型的一項(xiàng)技術(shù)，該技術(shù)的應(yīng)用能夠提高橋梁加固的整體質(zhì)量，對(duì)推動(dòng)橋梁工程的穩(wěn)定性以及安全性有著很大的幫助。

1 超強(qiáng)高韌性樹脂混凝土介紹

超強(qiáng)高韌性樹脂混凝土材料是應(yīng)用較早的一種環(huán)氧灌漿料之一，能夠達(dá)到高精度、高負(fù)荷的要求，是目前廣泛使用的聚合物灌漿施工材料之一，其應(yīng)用常見的結(jié)構(gòu)黏結(jié)、荷載轉(zhuǎn)移、固定、防腐蝕、填充混凝土空洞、錨錠以及固定機(jī)械，能夠有效提升結(jié)構(gòu)承載性能。

1.1 特點(diǎn)

其一，抗拉、抗撓性效果良好，可以將工作運(yùn)行的負(fù)載傳輸?shù)搅后w結(jié)構(gòu)上，從而全面提升承載性能，防止發(fā)生裂紋問題，增加結(jié)構(gòu)的黏結(jié)性，不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重病害問題，滿足交通運(yùn)行的質(zhì)量。其二，高溫條件下，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度下降并不明顯，使用效果良好。即使梁體結(jié)構(gòu)處于較高溫度條件下，依然能夠?qū)崿F(xiàn)荷載傳輸和運(yùn)行。其三，黏結(jié)性比較高。該材料使結(jié)構(gòu)整體性能得到提升，整體受力條件良好，不會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的質(zhì)量問題和缺陷，從而可以滿足運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。其四，流動(dòng)性高。該材料通過施工方式設(shè)備注入結(jié)構(gòu)內(nèi)，具備一定流動(dòng)性，填充整個(gè)作業(yè)的空間，促進(jìn)整體受力條件水平提升。其五，彈性模量性能高，該材料的彈性模量好，抵抗外部荷載能力好，不會(huì)發(fā)生變形問題。其六，抗蠕變性好。即使在長期運(yùn)行下，依然能夠達(dá)到運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)。其七，耐化學(xué)品腐蝕效果好，即使長期曝露在無機(jī)酸、強(qiáng)堿、油等條件下，結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度也不會(huì)產(chǎn)生任何不良影響。其八，早期結(jié)構(gòu)強(qiáng)度高。在施工后，短時(shí)間內(nèi)就可以開放交通運(yùn)行，不會(huì)給交通帶來過大的負(fù)面影響。其九，預(yù)包裝，防止存在材料使用錯(cuò)誤的情況，不會(huì)影響工程的質(zhì)量[1]。

1.2 加固原理

環(huán)氧樹脂主要是在分子結(jié)構(gòu)內(nèi)包含有兩個(gè)及以上的環(huán)氧基，在加入適宜的化學(xué)試劑的條件之下，可以制作成為三維交聯(lián)狀固化物的總稱。這種材料包含的類型比較多，其分子量為低聚物，有些情況和固化的環(huán)氧樹脂存在不同，也就是低環(huán)氧樹脂的低聚物。環(huán)氧樹脂為從液態(tài)到黏稠態(tài)、固態(tài)多類型的物質(zhì)。單獨(dú)使用的環(huán)氧樹脂很多是沒有直接使用價(jià)值的，只有和固化劑反應(yīng)才能直接形成三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的不熔聚合物的形式，且會(huì)有直接的利用價(jià)值?；诖?，環(huán)氧樹脂固化物的性能與固化劑有著直接關(guān)系，從這個(gè)方面分析，環(huán)氧樹脂主要是熱固性的樹脂材料，為有機(jī)物高分子聚合物的材料類型。從混凝土結(jié)構(gòu)部件的情況分析，了解計(jì)算結(jié)論以及受力條件要素，使用MPC 超強(qiáng)高韌性樹脂混凝土外包結(jié)構(gòu)強(qiáng)度達(dá)到要求，能夠有效保護(hù)結(jié)構(gòu)的完整性，結(jié)構(gòu)承載性能符合標(biāo)準(zhǔn)要求，對(duì)于全面提高總體的運(yùn)行效果有重要幫助[2]。

2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

環(huán)氧樹脂混凝土材料的主要優(yōu)勢(shì)就是強(qiáng)度性能高、耐久性好，抗疲勞特性以及黏結(jié)性都非常高，完全可以滿足實(shí)際應(yīng)用的需要，特別是在大跨度尺寸的鋼梁橋面鋪裝中，可以達(dá)到非常好的應(yīng)用效果。但是經(jīng)過固化處理之后的環(huán)氧樹脂膠黏劑的材料性質(zhì)相差比較大，柔韌性較差且成本過高，同時(shí)容易出現(xiàn)環(huán)氧樹脂混合料的鋪裝鋼橋面發(fā)生開裂問題，給整個(gè)橋面鋪裝層的結(jié)構(gòu)造成不利的影響，極大影響橋梁的正常使用。對(duì)于環(huán)氧樹脂的改性方面來說，很多研究人員開始了全面的試驗(yàn)與分析，并展開深入的試驗(yàn)研究，特別是針對(duì)環(huán)氧樹脂的改性方面，取得了一定的成果和價(jià)值。從目前來說，為了保證橋面鋪裝施工的質(zhì)量合格，針對(duì)復(fù)合材料的設(shè)計(jì)工作顯得非常重要，如果只是應(yīng)用單純的環(huán)氧樹脂材料，則難以達(dá)到韌性、強(qiáng)度、耐熱性方面的要求，所以還要做出必要的改進(jìn)和調(diào)整，以適應(yīng)當(dāng)前的使用需要。

但是，在環(huán)氧樹脂材料的韌性提高之后，會(huì)導(dǎo)致其耐熱性、強(qiáng)度等下降，難以滿足使用的要求，需要及時(shí)做出改進(jìn)與調(diào)整。此次研究就是根據(jù)環(huán)氧樹脂韌性差、脆性大等方面的缺陷，一方面結(jié)合具體情況進(jìn)行聚氨酯互穿增韌處理，保證結(jié)構(gòu)的柔韌性符合要求，發(fā)揮出聚氨酯改性環(huán)氧樹脂的強(qiáng)度高、耐高溫、收縮率比較低等特性，同時(shí)還保證其抗延展性、柔韌性以及抗老化的性能合格。另一方面，需要加入必要的添加劑以及固化劑，在保障經(jīng)濟(jì)性的條件下，還能夠保證樹脂膠粘劑的固化效果合格，這對(duì)于提高結(jié)構(gòu)的抗裂性存在直接影響。通過這樣的處理方式，環(huán)氧樹脂混合路面結(jié)構(gòu)性能提升比較明顯，延長了使用壽命，還能夠降低維護(hù)與管理成本。通過應(yīng)用正交試驗(yàn)的方式確定膠粘劑的配方和比例，通常要經(jīng)過如下步驟：首先選擇合適的材料，其次進(jìn)行材料性能的檢測(cè)，明確膠粘劑的組分以及加入比例等參數(shù)，最后需要結(jié)合試驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)和要求優(yōu)化用量和比例，提高性能參數(shù)[3]。

3 加固施工技術(shù)

在超強(qiáng)高韌性樹脂混凝土技術(shù)應(yīng)用的階段中，對(duì)需要加固的橋梁表面進(jìn)行處理，并且將相關(guān)的掛鉤網(wǎng)布設(shè)完畢，再進(jìn)行混凝土澆筑施工。

3.1 梁表面處理

通過人工或者小型工器具的方式實(shí)現(xiàn)梁體結(jié)構(gòu)的鑿毛處理，在現(xiàn)場(chǎng)施工前，必須做好混凝土結(jié)構(gòu)疏松結(jié)構(gòu)的清理，將連接的界面進(jìn)行鑿毛處理，以保證MPC 超強(qiáng)高韌性樹脂混凝土黏結(jié)性能滿足要求。鑿毛工作全部完成后，再使用超高壓水槍把表面存在的水泥浮漿、灰塵、疏松的顆粒、油質(zhì)等雜物全部清理干凈，確保結(jié)構(gòu)部件和新加入的超強(qiáng)高韌性樹脂混凝土材料有效連接，使其性能得到很大提升。對(duì)于結(jié)構(gòu)部件的表面存在嚴(yán)重污漬問題，需要使用砂輪機(jī)進(jìn)行打磨處理，確保表面的質(zhì)量合格，提高運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)。

3.2 構(gòu)件掛鋼筋網(wǎng)

根據(jù)設(shè)計(jì)方案的標(biāo)準(zhǔn)要求，在結(jié)構(gòu)基面處理后，就要開始安裝鋼筋網(wǎng)的結(jié)構(gòu)。在安裝作業(yè)開始前，需要先進(jìn)行定位放線作業(yè)，并且將鋼筋網(wǎng)片從一側(cè)到另外一側(cè)進(jìn)行設(shè)置與安裝施工。為了確保鋼筋和原結(jié)構(gòu)部件的連接效果合格，應(yīng)該間隔30～40cm 就要布置一根膨脹螺栓或者植筋，以實(shí)現(xiàn)鋼筋網(wǎng)片的固定處理。螺栓的埋設(shè)深度根據(jù)間隔距離設(shè)定，達(dá)到鋼筋網(wǎng)片的連接性能要求，提升工程質(zhì)量。

3.3 模板安裝

從梁體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)分析，了解加固的標(biāo)準(zhǔn)要求，發(fā)揮出超強(qiáng)高韌性樹脂混凝土施工技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，體現(xiàn)出該材料的黏結(jié)性特點(diǎn)。

模板的結(jié)構(gòu)尺寸要根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)施工要求進(jìn)行下料，首先需要明確模板的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)要求，保證施工環(huán)節(jié)達(dá)到穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)，不能因?yàn)闈仓拳h(huán)節(jié)施工導(dǎo)致其發(fā)生變形的問題；然后在模板表面鋪貼一層加厚的聚酯板，確保脫模環(huán)節(jié)不會(huì)出現(xiàn)模板黏結(jié)力過強(qiáng)的情況，脫模施工順利進(jìn)行。模板安裝作業(yè)階段，要在梁體旁邊使用螺栓以及鐵絲進(jìn)行固定處理，達(dá)到設(shè)計(jì)方案的要求。模板連接的部位做好縫隙的控制，使用聚氨酯泡沫膨脹劑填充處理，達(dá)到全面封閉的狀態(tài)，不會(huì)發(fā)生漏漿問題[4]。

3.4 復(fù)合材料澆筑

將攪拌達(dá)到均勻性要求的復(fù)合材料使用灰桶提升到施工作業(yè)的部位上，然后應(yīng)用高位漏斗把材料直接放入模板結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)。通過材料自留的方式緩慢加注到模板結(jié)構(gòu)內(nèi)。在現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)節(jié)，需要人員在現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用鋼筋小鉤以加速材料的流動(dòng)。復(fù)合材料的澆筑環(huán)節(jié)，各個(gè)點(diǎn)位都要采取人工方式實(shí)施檢測(cè)工作，各個(gè)結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生空洞、不飽滿等問題。值得注意的是，在材料澆筑階段需要嚴(yán)格控制好材料澆筑量，避免材料量澆筑過大而引起的混凝土冒漿等問題影響到工程的其他性能。

3.5 固化

超強(qiáng)高韌性樹脂混凝土在澆筑施工之后，不需要使用其他的輔助固化方式就可以完成自固化的處理，灌漿施工完成之后也不需要進(jìn)行養(yǎng)護(hù)即可達(dá)到工程的標(biāo)準(zhǔn)要求。

3.6 脫模清潔

結(jié)合施工工期要求，確定合適的施工計(jì)劃，一般需要在脫模之后的第二天就要開始清潔處理。脫模完成之后，原聚酯薄膜會(huì)黏附在MPC 固化結(jié)構(gòu)的表面，由于結(jié)構(gòu)厚度和透明性的特點(diǎn)不需要進(jìn)行處理，以保證結(jié)構(gòu)的性能符合工程要求。

4 質(zhì)量控制要點(diǎn)

在材料的攪拌環(huán)節(jié)，任何工具和設(shè)備都要做好控制，防止水分滲入內(nèi)部。

4.1 流動(dòng)性

壓差符合要求的情況下，應(yīng)用合適的模板材料，灌漿材料自重影響下會(huì)在縫隙不足30mm 的空間內(nèi)流動(dòng)，其流動(dòng)的距離會(huì)受到縫隙、填料加入比例、流體靜壓差等方面因素的影響。填料加入的比例較小可以提高流動(dòng)性，但是如果不能達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)比例要求，則會(huì)給材料力學(xué)性能帶來不利影響。

4.2 適用期

適用期是樹脂和硬化劑從攪拌開始到灌漿材料在縫隙內(nèi)流動(dòng)的工作時(shí)間，一般為30～40min。如果在施工中存在一定時(shí)間的耽擱，容易造成灌漿材料的流動(dòng)性能不足而無法達(dá)到工作性能標(biāo)準(zhǔn)。溫度較高的情況下，容易造成材料性能降低，而反應(yīng)熱會(huì)促使這一過程的發(fā)生，所以攪拌時(shí)間控制在15～20min 之間。如果有選擇的余地，盡量不要使用泵送環(huán)氧灌漿材料。泵送的優(yōu)勢(shì)就是節(jié)約勞動(dòng)力，同時(shí)可以快速將材料傳輸?shù)绞┕の恢蒙希潜盟蜁r(shí)材料和管道會(huì)存在摩擦性作用，導(dǎo)致材料溫度升高比較明顯，所以適用期會(huì)縮短。機(jī)械發(fā)生故障問題或者堵塞而引發(fā)的泵送中斷，其產(chǎn)生的危害性是巨大的。泵和管的清潔難度較高，但是有些結(jié)構(gòu)必須使用泵送方式，需要加強(qiáng)控制，以達(dá)到施工質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)[5]。

4.3 材料保管

干燥、室溫和未開封的原始包裝容器內(nèi)，有效期12 個(gè)月。

4.4 現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)試塊制作

在施工現(xiàn)場(chǎng)需要制作方塊，并且及時(shí)送檢。模板表面涂刷一層油脂材料，試塊的制作需要使用抹刀導(dǎo)引處理，從一側(cè)到另外一側(cè)開始灌注施工；使用細(xì)圓棒進(jìn)行邊角部位的振搗處理，然后從外側(cè)敲擊模板，以去除內(nèi)部的空氣；在頂部標(biāo)記好澆筑時(shí)間與日期。

5 橋跨結(jié)構(gòu)加固前后的荷載試驗(yàn)對(duì)比分析結(jié)果

5.1 交通影響

在城市立交橋進(jìn)行加固施工，因?yàn)橐鼡Q橋面的結(jié)構(gòu)，所以必須進(jìn)行短時(shí)間內(nèi)的封閉交通管理。但是城市交通不能中斷，因此應(yīng)用超強(qiáng)高韌性樹脂混凝土進(jìn)行加固施工，養(yǎng)護(hù)施工以及操作與拌和更加方便，流動(dòng)性好，在城市主干道建設(shè)時(shí)應(yīng)用效果良好。

5.2 加固施工

新型復(fù)合加固材料準(zhǔn)備和制作比較方便，保證配合比的情況下流動(dòng)性滿足要求，密實(shí)度較高，模板與灌注環(huán)節(jié)要求也比較低，加固結(jié)構(gòu)與材料的黏結(jié)效果良好，操作方便快捷，運(yùn)行可靠性、穩(wěn)固性高。

5.3 加固效果

加固前后經(jīng)過荷載試驗(yàn)檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)應(yīng)用超強(qiáng)高韌性樹脂混凝土進(jìn)行橋跨結(jié)構(gòu)加固處理，剛度與強(qiáng)度性能合格，整體剛度提升24%左右。

6 結(jié)論

綜上所述，橋梁運(yùn)行時(shí)間較長的情況下，承載性能降低明顯，造成維修工作量較大，而應(yīng)用超強(qiáng)高韌性樹脂混凝土進(jìn)行加固施工，技術(shù)水平較高，結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與剛度合格，還有較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值，所以未來必然會(huì)有更加廣闊的應(yīng)用空間。通過研究分析，得出以下結(jié)論：

其一，在常溫條件之下（20～25℃），在壓實(shí)工作結(jié)束的4h 之后就能夠開放交通通行，所以在進(jìn)行環(huán)氧樹脂路面施工的過程中，加強(qiáng)溫度控制顯得非常重要，確保環(huán)境溫度不能小于10℃。結(jié)合不同環(huán)境的溫度條件，開放交通的時(shí)間也會(huì)有所差異。環(huán)氧樹脂混合料在制作環(huán)節(jié)，攪拌時(shí)間控制在15min 以內(nèi)，從攪拌完畢到攤鋪施工結(jié)束，時(shí)間不能超過45min。攤鋪結(jié)束后，應(yīng)該保證環(huán)氧樹脂的壓實(shí)處理符合工程要求，滿足結(jié)構(gòu)性能的要求。

其二，在界面處理研究環(huán)節(jié)，橫向輪碾壓沖擊施工結(jié)束后，對(duì)于損壞較為嚴(yán)重的豎向結(jié)構(gòu)部分，也可能出現(xiàn)兩者連接部位存在損壞的情況，應(yīng)該及時(shí)做出修補(bǔ)處理，以保證結(jié)構(gòu)的性能合格，接縫部分的質(zhì)量達(dá)標(biāo)，不會(huì)影響工程的正常運(yùn)行。

其三，在底層結(jié)構(gòu)需要鋪設(shè)一層直徑為2.36mm的小碎石，保證混合料與鋼板層結(jié)構(gòu)的抗剪性能符合要求，不會(huì)影響工程的質(zhì)量。樹脂膠粘劑的鋪設(shè)量為0.8kg/m2，碎石用量為0.8kg/m2。這個(gè)環(huán)節(jié)的樹脂材料可以作為混合料的膠粘劑應(yīng)用，保證進(jìn)口材料的強(qiáng)度性能達(dá)到70%，符合工程的要求，但是在層間黏合的環(huán)節(jié)所應(yīng)用的膠粘劑還要深入研究。

其四，選擇不同形式的環(huán)氧樹脂膠粘劑材料是非常重要的，最終所制作的環(huán)氧樹脂混凝土?xí)泻艽蟮牟町愋?，所以根?jù)工程的使用需要，選擇符合要求的環(huán)氧樹脂膠粘劑材料，在溫度條件之下其動(dòng)態(tài)模量變化比較明顯，所以相同荷載的條件之下不會(huì)發(fā)生過大的變形，同時(shí)還有較高的抗疲勞效果，完全能夠符合工程的運(yùn)行要求，各項(xiàng)性能參數(shù)達(dá)標(biāo)，沒有任何質(zhì)量問題和缺陷，確保橋梁工程的質(zhì)量符合要求。