新型結(jié)構(gòu)膠在鐵路預(yù)制箱梁裂縫修補(bǔ)中的應(yīng)用研究

張營周

摘 要：鐵路預(yù)制箱梁會受到各種影響，從而造成出現(xiàn)裂縫現(xiàn)象，如果不對其進(jìn)行及時處理，預(yù)制箱梁的受力情況將會受到嚴(yán)重威脅，可能會造成比較嚴(yán)重安全事故，如今我國裂縫修補(bǔ)的方法比較多，文章使用了一種新型結(jié)構(gòu)膠作為修補(bǔ)材料，該材料具有高強(qiáng)度、低粘度的特點(diǎn)，所以可以采用無壓力滲透灌漿方式對箱梁裂縫進(jìn)行修補(bǔ)。文章首先對該新型結(jié)構(gòu)膠的性能進(jìn)行分析，分析溫度、固化劑用量和活性稀釋劑用量對新型結(jié)構(gòu)膠性能的影響，發(fā)現(xiàn)溫度對新型結(jié)構(gòu)膠粘度的影響最大，然而對結(jié)構(gòu)膠力學(xué)性能的影響可以忽略不計(jì);提高固化劑用量和降低活性稀釋劑用量可以提高結(jié)構(gòu)膠的強(qiáng)度。然后分析了將新型結(jié)構(gòu)膠應(yīng)用到箱梁裂縫的修補(bǔ)中發(fā)現(xiàn)經(jīng)過新型結(jié)構(gòu)膠修補(bǔ)之后的箱梁其強(qiáng)度可以提高24%到120%，且應(yīng)用新型結(jié)構(gòu)膠還具有比較好的抗硫酸鹽腐蝕、抗凍性能和抗?jié)B性能。

關(guān)鍵詞：新型結(jié)構(gòu)膠;預(yù)制箱梁;裂縫;修補(bǔ)

中圖分類號：TQ436+.2 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1001-5922（2021）04-0180-04

Abstract：Railway prefabricated box girder will be affected by various factors， which will cause cracks. If it is not dealt with in time， the stress situation of precast box girder will be seriously threatened， which may cause more serious safety accidents.Nowadays， there are many ways to repair cracks in my country. The paper uses a new type of structural adhesive as the repair material. This material has the characteristics of high strength and low viscosity， so it can be used to repair the cracks of the box beam by pressureless grouting. The paper first analyzes the performance of the new structural adhesive， analyzes the effects of temperature， amount of curing agent and reactive diluent on the performance of the new structural adhesive， and finds that temperature has the greatest impact on the viscosity of the new structural adhesive， however the effect on the mechanical properties of the structural adhesive is negligible; increasing the amount of curing agent and reducing the amount of reactive diluent can increase the strength of the structural adhesive. Then analyzed the application of the new structural glue to the repair of cracks in the box girder and found that the strength of the box girder repaired by the new structural glue can be increased by 24% to 120%， and the application of new structural adhesive also has better resistance to sulfate corrosion， frost resistance and impermeability.

Key words：new structural adhesive; prefabricated box beam; crack; repair

如今我國鐵路發(fā)展迅猛，預(yù)制箱梁具有廣泛的應(yīng)用，因?yàn)槠渲谱鞣绞奖容^簡單，而且成本較低，能夠提高其施工效果，所以預(yù)制箱梁在鐵路橋梁中常常被使用。雖然鐵路預(yù)制箱梁的優(yōu)勢較多，具有比較好的抗扭能力、抗彎能力，但是在長時間的使用過程中比較容易發(fā)生裂縫[1-2]。當(dāng)預(yù)制箱梁出現(xiàn)小裂縫之后，就會降低該裂縫所處結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，還會出現(xiàn)滲漏、造成嚴(yán)重腐蝕，最終影響鐵路預(yù)制箱梁的耐久性，沒有及時進(jìn)行修補(bǔ)還會造成更加嚴(yán)重的安全事故[3-4]。所以當(dāng)出現(xiàn)小裂縫之后需要對其進(jìn)行及時修補(bǔ)。

預(yù)制箱梁裂縫的修補(bǔ)方式比較多，比如表面處理法、灌漿法、填充法、結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)法等[5]。文章將采用一種灌漿法對箱梁裂縫進(jìn)行修補(bǔ)，但是由于當(dāng)前的灌漿材料的粘度比較高，所以在灌注過程中必須更大的壓力進(jìn)行注漿，壓力過大就可能造成裂縫加大，于是為了降低灌漿材料的粘度，文章對一種新型結(jié)構(gòu)膠進(jìn)行分析，該結(jié)構(gòu)膠的主要特點(diǎn)在于高強(qiáng)度和低粘度，所以文章可以使用無壓力滲透灌漿法完成工作，能夠更好的提高新型結(jié)構(gòu)膠在箱梁應(yīng)用中的效果[6-7]。于是文章將對新型結(jié)構(gòu)膠的自身性能進(jìn)行分析，然后分析其在箱梁裂縫中的修補(bǔ)效果，對其耐久性和抗腐蝕性進(jìn)行分析。

1 新型結(jié)構(gòu)膠的性能分析

文章研究的新型結(jié)構(gòu)膠就是具有低粘度和高強(qiáng)度的滲透型結(jié)構(gòu)膠，該結(jié)構(gòu)膠的使用性能將直接決定著鐵路預(yù)制箱梁裂縫的修補(bǔ)效果，所以文章首先需要對其性能進(jìn)行研究，看其是否能夠滿足在箱梁裂縫的進(jìn)行使用的特性[8]。新型結(jié)構(gòu)膠屬于一種無色透明狀態(tài)，該特性有助于在應(yīng)用過程中能夠觀察到其粘接和滲透狀態(tài)。而且新型結(jié)構(gòu)膠發(fā)生固化之后還會處于透明狀態(tài)，所以將其應(yīng)用到箱梁修補(bǔ)中不會破壞建筑結(jié)構(gòu)的外觀，尤其是對于一些外觀要求比較高的結(jié)構(gòu)使用該新型結(jié)構(gòu)膠更加適合。新型結(jié)構(gòu)膠的某些參數(shù)如表1所示，由于其pH值比較大，所以應(yīng)用與箱梁裂縫修補(bǔ)中不會引起混凝土發(fā)生腐蝕現(xiàn)象，并且新型結(jié)構(gòu)膠能夠使用于箱梁裂縫修補(bǔ)中。

1.1 新型結(jié)構(gòu)膠粘度的正交試驗(yàn)

因?yàn)樵阼F路預(yù)制箱梁裂縫的修補(bǔ)中新型結(jié)構(gòu)膠的粘度非常重要，只有其粘度達(dá)到一定的要求，才能夠具有比較好的修補(bǔ)效果，所以文章對其粘度進(jìn)行分析。影響粘度的主要因素包含外界環(huán)境和結(jié)構(gòu)膠的組成成分。于是文章對3種主要因子進(jìn)行分析，分別為組合成成分的活性稀釋劑和固化劑，然后就是外界環(huán)境的溫度不同，如表2所示，其中一共包含九組實(shí)驗(yàn)。

通過正交實(shí)驗(yàn)獲取的相關(guān)數(shù)據(jù)，然后結(jié)合使用SAS軟件進(jìn)行分析，最后獲得的新型結(jié)構(gòu)膠粘度結(jié)果如表3所示，從表中可以看出，結(jié)構(gòu)膠粘度的3種影響因素中溫度的影響最為顯著，影響最小的就是固化劑，所以活性稀釋劑的影響屬于3種的中間位置。而且在這九組實(shí)驗(yàn)中粘度最小的條件是溫度為30℃時，固化劑和活性稀釋劑的用量分別為40%和20%時，新型固化劑的粘度最小，所以為了提高其粘度，可以通過使用改變活性稀釋劑用量的方式進(jìn)行調(diào)整。

1.2 新型結(jié)構(gòu)膠的力學(xué)性能分析

1.2.1 拉伸強(qiáng)度分析

新型結(jié)構(gòu)膠應(yīng)用于箱梁裂縫修補(bǔ)中還需要具備一定的力學(xué)性能，才能使得修補(bǔ)效果比較長久。于是文章同樣采取正交分析法分析結(jié)構(gòu)膠的拉伸強(qiáng)強(qiáng)度。結(jié)果如圖1所示，從圖中可以看出，3種影響因素中活性稀釋劑和固化劑對拉伸強(qiáng)度的影響差不多，且影響最為顯著，而溫度的影響非常小，甚至可以忽略不計(jì)。然后當(dāng)保持固化劑用量一定時，增加活性稀釋劑就會降低拉伸強(qiáng)度，且每增加10%，就會降低20%～25%。當(dāng)保持活性稀釋劑的用量一定時，增加固化劑的用量，就會提高拉伸強(qiáng)度，且每增加10%，就會提高拉伸強(qiáng)度25%～30%。對幾種實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較，新型結(jié)構(gòu)膠拉伸強(qiáng)度最大時的活性稀釋劑用量為0，固化劑用量為60%。

1.2.2 壓縮強(qiáng)度分析

對新型結(jié)構(gòu)膠的壓縮強(qiáng)度進(jìn)行分析時，同樣使用正交實(shí)驗(yàn)和表1所示的水平和因素，實(shí)驗(yàn)獲得的結(jié)果如表4所示。從表中可以看出，兩種因素中固化劑對結(jié)構(gòu)膠壓縮強(qiáng)度的影響最為顯著，而活性稀釋劑也對壓縮強(qiáng)度有一定的影響。當(dāng)固化劑的用量小于40%時，其壓縮強(qiáng)度沒有超過60MPa，所以此時新型結(jié)構(gòu)膠的壓縮強(qiáng)度比較低，但是當(dāng)固化劑用量超過40%之后，其壓縮強(qiáng)度能夠滿足于箱梁裂縫修補(bǔ)的要求。而且通過計(jì)算可知，固化劑用量每增加10%，新型結(jié)構(gòu)膠的壓縮強(qiáng)度就會增加14%左右。然后活性稀釋劑對結(jié)構(gòu)膠壓縮強(qiáng)度的影響可知，每增加5%，壓縮強(qiáng)度就會降低2%～3%。

總之，新型結(jié)構(gòu)膠的壓縮強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度受到固化劑的影響比較顯著，活性稀釋劑也對結(jié)構(gòu)膠的力學(xué)性能造成一定的影響。保持活性稀釋劑用量不變時，增加固化劑的用量，新型固化劑的壓縮強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度都會有比較明顯的提高;反之，保持固化劑用量不變時，增加活性稀釋劑用量，新型固化劑的壓縮強(qiáng)度和拉伸強(qiáng)度都會有所降低。

2 新型結(jié)構(gòu)膠在箱梁裂縫修補(bǔ)中的應(yīng)用效果

2.1 耐硫酸鹽腐蝕分析

鐵路預(yù)制箱梁裂縫使用新型結(jié)構(gòu)膠之后，需要對其耐久性進(jìn)行分析，只有耐久性較好才能展現(xiàn)新型結(jié)構(gòu)膠的應(yīng)用效果。由于箱梁常年累月暴露在空氣中，使用新型結(jié)構(gòu)膠進(jìn)行修補(bǔ)之后，容易受到腐蝕影響，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)膠的應(yīng)用效果變差。所以文章將對修補(bǔ)之后的箱梁進(jìn)行耐硫酸鹽腐蝕分析。箱梁主要采用的混凝土材料，然后混凝土在受到硫酸鹽腐蝕時主要是對混凝土的膠凝材料進(jìn)行侵蝕，于是在實(shí)驗(yàn)過程中為了操作簡單，使用水泥少將替代混凝土試件。然后將試件放入硫酸鈉加速腐蝕溶液中，采用的浸泡方式為干濕循環(huán)浸泡或者全浸泡方式，然后再對其彎曲強(qiáng)度進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

從圖2中可以看出，浸泡1個月之后，兩種浸泡方式的彎曲強(qiáng)度都有所提高，采用全浸泡方式實(shí)驗(yàn)，修補(bǔ)之后試件的彎曲強(qiáng)度增加了34%，而采用干濕循環(huán)浸泡方式實(shí)驗(yàn)，修補(bǔ)之后的試件彎曲強(qiáng)度增加了40%，而沒有進(jìn)行修補(bǔ)的試件使用全浸泡之后其彎曲強(qiáng)度只增加了12%。然而當(dāng)浸泡時間增加時，即大于1個月之后，3種不同試件的彎曲強(qiáng)度開始下降，其中使用干濕循環(huán)浸泡的試件下降程度更加快，所以達(dá)到第4個月時，相比于修補(bǔ)之前的強(qiáng)度，使用干濕循環(huán)浸泡的試件增長了12.5%，而使用全浸泡方式的試件增長了26.3%。

第一個月時試件的彎曲強(qiáng)度不斷增加，是因?yàn)樵嚰?nèi)部受到水分的影響，從而造成水泥又開始水化，另外水泥中的水化物還會和硫酸根發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，于是就會增加混凝土的密實(shí)度，所以在對試樣進(jìn)行彎曲強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)時，密實(shí)度增加就會使得混凝土的彎曲強(qiáng)度增加。實(shí)驗(yàn)中采用干濕循環(huán)浸泡方式進(jìn)行耐硫酸鹽腐蝕分析時其強(qiáng)度下降更快，出現(xiàn)這種現(xiàn)象有兩個原因，首先是腐蝕破壞容易在干濕循環(huán)的條件下發(fā)生;然后就是試樣浸泡在含水量比較大的溶液中，試樣的粘接面就會變得更加潮濕，于是就會造成混凝土和新型結(jié)構(gòu)膠之間的粘接強(qiáng)度降低，所以就會造成試樣彎曲強(qiáng)度下降比較明顯。通過上述可知，使用新型結(jié)構(gòu)膠進(jìn)行修補(bǔ)之后，不管進(jìn)行何種浸泡方式，試樣在經(jīng)過4個月的腐蝕之后，相比于原本的彎曲強(qiáng)度，腐蝕之后的彎曲強(qiáng)度都有所增加，所以能夠說明新型結(jié)構(gòu)膠對混凝土進(jìn)行修補(bǔ)時能夠具備一定的強(qiáng)度。

2.2 抗凍融分析

在某些地區(qū)鐵路預(yù)制箱梁面臨的環(huán)境會非常寒冷，如果新型結(jié)構(gòu)膠的抗凍融性能不符合標(biāo)準(zhǔn)，于是就會降低其使用壽命和使用效果。所以文章依據(jù)《普通混凝土長期性能和耐久性性能試驗(yàn)方法》（GBJ82-85）中的實(shí)驗(yàn)方法對修補(bǔ)之后的混凝土抗凍融性能進(jìn)行測試。獲得的結(jié)果如圖3所示，從圖中可以看出，當(dāng)凍融次數(shù)大于或者等于200次時，修補(bǔ)之后和未修補(bǔ)的試件其重量損失率大時相同。

然后相對彈性模量的結(jié)果如圖4所示，從圖中可以看出，兩種不同的試件在實(shí)驗(yàn)過程中相對動彈性模量會隨著凍融次數(shù)的不斷增加而降低。當(dāng)試件凍融循環(huán)次數(shù)為300時，沒有進(jìn)行修補(bǔ)的混凝土其相對動彈性模量小于修補(bǔ)后的混凝土，其動彈性模量下降比例還比修補(bǔ)后的下降比大，所以可以得知混凝土使用新型結(jié)構(gòu)膠之后其相對動彈模量更大，且其下降幅度偏小。

試件凍融循環(huán)次數(shù)為300時，使用新型結(jié)構(gòu)膠修補(bǔ)之后的鐵路預(yù)制箱梁的抗凍系數(shù)為94，而沒有使用結(jié)構(gòu)膠修補(bǔ)的箱梁其抗凍系數(shù)為84，所以使用新型結(jié)構(gòu)膠之后的箱梁其耐久性抗凍系數(shù)更高，所以在箱梁裂縫修補(bǔ)中通過使用新型結(jié)構(gòu)膠能夠增加其抗凍性能，于是在某些寒冷的地區(qū)也能夠使用該結(jié)構(gòu)膠作為裂縫修補(bǔ)材料。

2.3 抗?jié)B分析

作為鐵路預(yù)制箱梁裂縫的修補(bǔ)材料，新型結(jié)構(gòu)膠在應(yīng)用過程中需要保證其不會出現(xiàn)滲漏情況，不然就會難以起到裂縫修補(bǔ)作用。于是文章對其抗?jié)B能力進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析。對混凝土進(jìn)行抗?jié)B實(shí)驗(yàn)所使用的方法為國標(biāo)滲水法，箱梁裂縫經(jīng)過修補(bǔ)之后，對其施加逐級提升的水壓，然后觀察試件的滲漏情況，以此來表述新型結(jié)構(gòu)膠應(yīng)用之后抗?jié)B性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在沒有進(jìn)行修補(bǔ)時，其滲水壓力為0.4MPa，使用新型結(jié)構(gòu)膠修補(bǔ)之后的滲水壓力為1.5MPa，所以修補(bǔ)之后的滲水壓力提高了1MPa。然后使用兩種不同的壓力，即高壓力3MPa和低壓力1MPa對修補(bǔ)之后的試件進(jìn)行滲漏實(shí)驗(yàn)，兩種壓力下都能夠保持2h不滲水的現(xiàn)象。所以文章在箱梁中使用新型結(jié)構(gòu)膠能夠提高抗?jié)B性能。

3 結(jié)語

造成鐵路預(yù)制箱梁出現(xiàn)裂縫的原因比較多，但是不管是何種原因都需要對箱梁裂縫進(jìn)行修補(bǔ)，而且當(dāng)今使用的修補(bǔ)方式比較多，文章使用的新型結(jié)構(gòu)膠作為修補(bǔ)材料能夠在箱梁中起到較好的修補(bǔ)效果，而且在修補(bǔ)過程中不會影響到結(jié)構(gòu)的外觀新，因?yàn)樵摬牧蠈儆跓o色透明狀態(tài)。文章通過實(shí)驗(yàn)研究，分析了3種因素對新型結(jié)構(gòu)膠性能的影響，結(jié)果表明溫度相比于其他兩種因素對新型結(jié)構(gòu)膠粘度的影響最大。然后增加固化劑用量和降低活性稀釋劑用量有利于提高新型結(jié)構(gòu)膠的壓縮強(qiáng)度，溫度對新型結(jié)構(gòu)膠的壓縮強(qiáng)度影響幾乎可以忽略。最后對新型結(jié)構(gòu)膠在箱梁修補(bǔ)中應(yīng)用進(jìn)行分析，結(jié)果顯示經(jīng)過新型結(jié)構(gòu)膠修補(bǔ)之后的箱梁其強(qiáng)度可以提高24%到120%，而且還具有比較好的抗硫酸鹽腐蝕、抗凍性能和抗?jié)B性能。

參考文獻(xiàn)

[1]郭義全.高速鐵路預(yù)制箱梁水化熱溫度場及其效應(yīng)研究[D].鎮(zhèn)江：江蘇科技大學(xué)，2015.

[2]蔣臨安，宋郁民.HPC在高速鐵路預(yù)制箱梁中的應(yīng)用及其溫度控制[J].甘肅科技，2010（12）：132-134+190.

[3]睢力強(qiáng).預(yù)制箱梁頂板裂縫成因及防治措施分析[J].交通標(biāo)準(zhǔn)化，2014（1）：72-74.

[4]馬一帆.帶裂縫預(yù)應(yīng)力小箱梁的受力分析[D].鄭州：鄭州大學(xué)，2014.

[5]施旭鋒，張治成，肖海波.預(yù)制小箱梁裂縫修補(bǔ)后受力性能試驗(yàn)設(shè)計(jì)[J].華東公路，2015（5）：21-24.

[6]白景陽.低壓低速灌漿法裂縫灌漿處應(yīng)力狀態(tài)分析[J].河北建筑工程學(xué)院學(xué)報(bào)，2010（2）：38-39+48.

[7]馮英杰，張澤洲.壓力注漿法修補(bǔ)混凝土裂縫的力學(xué)分析[J].公路工程，2014（1）：242-245+262.

[8]宋世謙.混凝土結(jié)構(gòu)裂紋分析與滲透型結(jié)構(gòu)膠加固技術(shù)工程應(yīng)用研究[D].青島：青島理工大學(xué)，2006.