混凝土桥梁中裂缝的修补及加固

第38卷第4期 2011年4月 建筑技术开发 Building Technique Development Vo1．38，No．4 Apr．2011 混凝土桥梁中裂缝的修补及加固 李 永 (中铁十八局集团有限公司，天津300222) [摘 要] 在桥梁建造和使用过程中，有关因出现裂缝而影响工程质量甚至导桥梁垮塌的报道屡见不鲜。仅对混凝土 桥梁产生的裂缝，介绍了一些修补加固的方法，达到防范于未然的作用。 [关键词] 裂缝；封闭；灌浆；碳纤维布粘贴 [中图分类号] U445．7 [文献标志码] B [文章编号] 1001—523X(2011)04-0051-04 近年来，我国交通基础建设迅猛发展，大量的混凝土桥 梁拔地而起。而在桥梁建造和使用过程中，经常出现有关因 裂缝而影响工程质量甚至导桥梁垮塌的报道。混凝土开裂 可以说是“常发病”和“多发病”，本文仅对混凝土桥梁产生 的裂缝，介绍了一些修补加固的方法，达到防范于未然的 作用。 1 裂缝分类 实际上，混凝土桥梁结构裂缝的成因复杂而繁多，甚至 多种因素相互影响，但每一条裂缝均有其产生的一种或几种 主要原因。混凝土桥梁结构的裂缝依其形成，大致可划分如 下几种： 1)静止裂缝 指形态、尺寸和数量均已稳定不再发展的裂缝。修补 时，仅需依裂缝粗细选择修补材料和方法，而与其它因素 无关。 2)活动裂缝 指其宽度不能保持稳定，易随着结构构件的受力、变形 或环境温、湿度的变化而时张、时闭的裂缝。修补时，应先消 除其成因，并观察一段时间，确认已稳定后，再依静止裂缝的 处理方法修补；若无法完全消除其成因，则应使用具有足够 柔韧性的材料进行修补。 3)尚在发展的裂缝 指长度、宽度或数量尚在发展，但经历一段时间后将会 终止的裂缝。对此类裂缝应待其停止发展后，方可进行修复 或加固。 2 裂缝处理 2．1 裂缝封闭与灌浆 根据裂缝宽度的不同采用不同的封闭施工方法：缝宽 ≥0．15 mm须进行封闭后压浆处理；缝宽<0．15 mm进行表 面封闭处理即可，本方法仅用于静止的及活动中后期处于稳 定的裂缝。 1)裂缝封闭 裂缝封闭封闭胶采用JN—F封口胶系列A、B两组分腻 子状改性环氧树脂类胶粘剂，裂缝封闭施工顺序如下： 裂 裂 刮 效 固 验 缝 缝 涂 果 调 清 封 检 查 理 闭 验 化 收 胶 JN产品的主要技术要求见表1。 表1 JN产品的主要技术要求 技术要求 性能 编号 试验项目 封口胶 低粘度灌缝胶 环氧混凝土 1 外观 腻子状触变膏体 粘稠液体，杂质 液体，无杂质 物 2 粘度／(mPa·s) ≤1000． ≤ 3000 ≥30 理 性 能 3 适用期／rain ≥30 ≥3O 4 密度／(g／Clll ) 收稿日期：2011—01—15 ， 作者简介：李永(1977一)，男，广东普宁人，毕业于天津商学院，本 科，工学学士，工程师，中铁十八局集团有限公司武黄城 际铁路项目经理部。 51 第4期 李 永：混凝土桥梁中裂缝的修补及加固 第38卷 续表 技术要求 性能编号 试验项目 封口胶 低粘度灌缝胶 环氧混凝土 5 内聚抗压强度／MPa ≥50．0 ≥40．0 ≥40．0 6 内聚抗拉强度／MPa ≥15．0 ≥18．0 ≥l8．O ● 7 内聚抗弯强度／MPa ≥l5．0 力 8 钢 一钢粘接抗学 剪强度／MPa ≥10．0 ≥l0．O 性 9 钢 能 一 钢粘接抗拉强度／MPa ≥18．0 10 钢一混凝土粘接抗剪强度 C40混凝土破坏 C40混凝土破坏 C40混凝土破坏 lI 钢一混凝土粘接抗拉强度 C40混凝土破坏 C40混凝土破坏 C40混凝土破坏 l2 水泥砂浆(8字模)粘接抗拉 耐 13 沸煮抗剪强度／MPa ≥8．0 ≥40．0 久 性 14 人工老化抗剪强度／MPa ≥8．O ≥18．O 裂缝封闭施工要点 ①JN—F配胶比例范围大，在配胶重量比为A：B= 100：25～50(即A：B=2～4：1)的宽范围内，均可固化，极大 地方便施工。但为保证工程质量，仍应进行称量，一般情况 下推荐配胶比例为A：B=100：30，25℃ 时的可操作时间约为 50～60 min。随着B剂用量的增加，可操作时间相应缩短。 每次配胶量不宜过大，以在可操作时间内用完为准。 ②将需涂刮JN—F封口胶的表面清洁干燥，不得有油 污、砂粒及浮浆等污垢、杂质。 ③ 按推荐配胶比例称取JN—F封口胶于洁净干燥容器 中，用油灰刀搅拌至色泽完全均匀一致。 ④ 用于灌注裂缝施工时，用油灰刀沿裂缝往复涂刮并均 匀涂抹一层厚约1—2 mm、宽2—3 cm的JN—F胶泥，注意 防止小气泡、砂粒等混入而造成密封不严。用于粘贴注胶嘴 时，应注意防止堵塞注胶孔。 ⑤ 用于灌注粘贴钢板施工时，用抹刀将钢板周边缝隙、 螺栓及注浆嘴周围间隙用JN—F反复涂刮后密封，不允许出 现密封不严现象。 ⑥ ～F封口胶密封施工1 d(25％ )后即可进行下一工 序施工。 2)裂缝灌浆 裂缝灌浆工艺流程如下： 灌浆施工要点 ① 裂缝调查 全面查清裂缝的性质以及裂缝的长度、宽度、深度、走 向、贯穿及漏水情况，以便确定处理方案。裂缝宽度可用读 数显微镜测量。 ② 裂缝处理 用钢丝刷等工具清除混凝土裂缝表面的灰尘、浮渣及松 散层等污物，刷去浮灰，用酒精或丙酮将沿缝两侧2～3 cm 范围擦拭干净。为了有效封缝需要沿裂缝凿成“V”形槽，裂 缝宽度0．15—0．5 mm时槽宽2—4 mm深4～6 mm，缝宽> 0．5 mm时槽宽>10 mm深>15 mm。对体积较大的混凝土 构件或较深的裂缝，可沿裂缝采取钻孔灌浆，以使浆液进入 裂缝有更广的通路。 ③ 设置灌浆嘴 在裂缝的交错处、裂缝较宽处及裂缝端部必须设置灌浆 52 嘴，灌浆嘴的间距根据裂缝大小、走向及结构形式而定，一般 缝宽0．3—0．5 mm时灌浆嘴间距为3O一50 cm，在一条裂缝 上必须设置有进浆、排气或出浆口。灌浆嘴可先用JIN—F封 口胶粘贴在预定位置，也可在封缝时一同粘贴。应特别注意 防止堵塞灌浆嘴。 ④ 封缝 封缝质量的好坏直接影响灌浆效果与质量，应特别予以 重视。裂缝的封闭使用JN—F封口胶，按推荐配胶比例称取 并调配JN—F封口胶，用油灰刀沿裂缝往复涂刮后均匀涂抹 一层厚约1～2 mm、宽2～3 cm的胶泥，注意防止小气泡及密 封不严。 ⑤ 封缝检验 一般情况下，JN—F封缝后1—2 d即可进行试漏检验， 以检查裂缝的密封效果及贯通情况。若用压缩空气进行试 漏试验，可沿裂缝涂刷一层肥皂水，从灌浆嘴吹入压缩空气 第38卷 李 永：混凝土桥梁中裂缝的修补及加固 第4期 (压力与灌浆压力相同)，漏气处可再行封闭；若用压力水进 行试漏检验，以确保注胶效果。 ⑥配制灌浆胶液 配制JN—L胶液前应将A、B两组分充分摇匀，根据估 计的灌胶量按推荐配胶比准确称量两组分并混合均匀。从 胶液混合开始，注胶操作应在胶液适用期内完成(25℃ 时约 为90 min)。 ⑦ 灌浆 注胶操作应使用专用的注胶器具。注胶前，应用压缩空 气将孑L缝吹净，达到无水干燥状态。根据裂缝区域大小，可 采用单孔灌浆或分区群孔灌浆。在一条裂缝上的灌浆可由 浅到深，由下而上，由一端到另一端。灌浆压力常采用 0．2 MPa，在保证灌浆顺畅的情况下，采用较低的灌浆压力和 较长的灌浆时间，可获得更好的灌浆效果。当最后一个出浆 口出胶且出胶速率保持稳定后，再保持压注10 min左右即可 停止灌浆。拆除管路，并注意防止流胶。 ⑧ 胶液固化 JN—L应在5℃ 以上的环境中固化，固化时间视环境温 度而定。一般情况(25℃)下固化2～3 d即可。 ⑨ 灌浆效果检验 灌浆结束后应检验灌浆效果及质量，凡有不密实等不合 格情况，应进行补注。灌浆效果一般可采用压水检查，在裂 缝较多，灌浆质量较差的部位设置检查孑L，水压值一般为灌 浆压力的70％ ～80％ ，基本不吸水、不渗漏即可认为合格。 对大型构件，还可选择适当部位进行钻芯取样检查，并可将 芯样加工成试件进行力学性能试验。 2．2 碳纤维布粘贴加固 尚在发展中的裂缝，多数是由于承载能力不足引起的， 除应选择相应的方法进行修补外，尚应选用适当的加固方法 进行加固。并经可靠性鉴定确认为必需修补的裂缝，应根据 裂缝的种类进行修补设计，确定其修补材料、修补方法和 时间。 碳纤维布加固修复混凝土结构技术已成为我国结构加 固的一种主要方法，这些混凝土桥梁绝大部分可以通过加 固改造就能提高或改善结构受力性能，重新投入使用。碳 纤维布加固修复混凝土结构技术是采用配套胶粘剂将碳 纤维布粘贴于混凝土表面，起到结构补强和抗震加固的 作用。 2．2．1 碳纤维片材的特性 粘贴碳纤维布加固法之所以被广泛应用，主要是因为它 具有很高的抗拉强度，它的抗拉强度标准值不低于 3 000 MPa，设计值一般取2 000 MPa。它的抗拉强度设计值 是Q235钢的9．5倍，是Q335钢的6．7倍，是极限强度为 1 860 MPa钢绞线的1．5倍。另外，碳纤维织物还有如下特 点：1)轻质、高强、厚度小；2)优质的耐久性、突出的抗疲劳能 力；3)抗碱、抗腐、抗酸及耐腐蚀性；4)张力均匀，不扭曲变 形；5)强度高，能灵活地用于抗弯、抗剪及轴压加固。6)施工 便捷 2．2．2 碳纤维布粘贴 1)工艺流程 定位放线一基层处理(混凝土面层处理)一找平处理一 涂刷底层树脂一粘贴碳纤维布一涂刷面料一固化养护。 2)施工方法 ① 定位放线 按设计要求在需要粘贴碳纤维布的部位放线，放线宽度 应在粘碳投影面外围加宽20 mm，这样在用丙酮或酒精擦拭 混凝土面时，便可减少对粘贴面的污染。 ② 基层面处理 混凝土粘贴面处理： a)用电锤将原混凝土面层剔除，露出原混凝土基层，用 角磨机打磨混凝土表面浮浆层，打磨宽度为每边比片材宽度 多1～2 cm，去除表面水泥灰浆直至露出混凝土坚实层，粗糙 程度越大越好。用压缩空气除去灰尘，粘贴前用棉丝蘸丙酮 或酒精刷拭表面除去浮尘及油污。由于预制板脱离剂等化 学物质的存在，可能影响底胶的粘结性，所以基面打磨必须 全面彻底。如清除表面遇有蜂窝麻面，应用修补料将表面修 补找平；如原混凝土有裂缝，应进行灌胶或封闭处理。 b)转角处曲面半径：梁边、墙角直角处用角磨机进行倒 角处理，转角的曲面半径R不小于20 mm以保证碳纤维在转 角处的圆滑过渡，并不会损伤碳纤维丝。 e)表面处理完之后，用压缩空气机将粉尘完全吹净。 ③涂刷底层树脂 用滚桶刷将底层树脂均匀涂抹于混凝土表面。待树脂 表面指触干燥时即进行下一步工序施工。 ④ 找平处理 用计量器配制找平材料，找平胶与固化剂的重量比为 4：1，充分搅拌至颜色完全均匀。打底胶每平方米使用量为 0．2 kg左右。 混凝土表面若有局部凹凸不平往往造成碳纤维粘结不 良，用修复材料修补至平缓。待修复材料表面指触干燥时即 可进行下一步工序施工。 ⑤ 粘贴片材 按设计要求的尺寸裁剪片材，需注意的是，碳纤维布裁 剪应沿着纤维丝的方向(由其受力方式决定)，且裁剪后的碳 布不可折叠以避免损伤纤维丝，而应小心的卷起。配制浸渍 树脂并均匀涂抹于所要粘贴的部位。按照放线的位置沿纤 维方向粘贴片材。用罗拉沿纤维方向多次滚压，挤出气泡并 使浸渍树脂充分浸透碳纤维布。滚压时不准损伤片材。见 图1～图2。 此外，粘贴施工中常发生以下问题，按如下方法处理： a)转角部位(如梁、柱)粘贴时容易发生粘结不牢、纤维 布浮起现象，此时应增加浸渍树脂的用量； b)降雨时的雨水、刮风时的沙尘容易附着时，应使用苫 布及时遮盖加以保护； C)施工中出现结露现象时，应采取用干燥的布擦拭等应 急措施。 53 第4期 李 永：混凝土桥粱中裂缝的修补及加固 第38卷 图1 碳纤维布粘贴后要平整 图2 碳纤维布粘贴后多次滚压， 挤出气泡并使浸渍树脂充分浸透碳纤维布 d)碳纤维布粘贴完毕后，为保证原混凝土面色泽一致， 应在碳纤维布表面涂刷一层水泥浆，使其保证修补后的美 观。见图3。 图3 右边第二片梁底涂刷水泥浆后， 色泽基本保持与其它梁板一致 ⑥ 固化养护 为减少雨水、砂、灰尘等对施工质量造成的不利影响，在 粘贴完碳纤维后应加强成品的养护措施，并根据环境温度的 不同确定养护周期的长短。环境温度在20℃ 以上时，初期硬 化养护时间约1 d，养护1周后方可进行施工质量检测；环境 温度在1O℃ 一2O℃时，初期硬化养护时间约l～2 d，养护1～2 周后方可进行施工质量检测；环境温度在10℃ 以下时，初期硬 化养护时间约2 d，养护2周后方可进行施工质量检测。粘贴 后初期硬化期内，不允许对片材进行锤击、移动或高温处理。 3 总结 一座桥梁从建成到使用，在施工中有着多方面的影响因 素。尤其是桥梁中主要承受荷载构件，必须在施工时谨慎。 裂缝虽小，但其随时有可能造成重大的伤亡。因此，严格按照 国家有关规范、技术标准进行设计、施工和监理，是保证结构 安全耐用的前提和基础。在运营管理过程中，进一步加强巡 查和管理，及时发现和处理问题，也是相当重要的一个环节。 (上接第22页) 3)碾压过程中质量控制 保证沥青混凝土路面充分压实是提高沥青路面平整度 的关键。混合料开始摊铺后温度下降最快，大约每分钟4～ 5℃ ，尤其是当沥青层较薄，采用的混合料中的粗集料含量 多时，混合料温度下降最快，可供碾压的时间更短(碾压有效 时间一般是从开始摊铺到温度下降到8O℃ 之间)，所以在摊 铺开始后要紧跟摊铺机进行碾压作业，争取足够的压实时 间。对沥青混合料的碾压分为三种，① 初压，要求整平、稳 定，用双驱双钢轮7～10 t静压；② 复压，要求提高密实度并 揉压以减少表面细裂纹和孑L隙使路面成型，根据具体要求一 般采用11～13 t振动和2O～25 t胶轮，根据经验，25 t胶轮施 工能达到密实度95％ ，振动设备施工则能达到96％ ～98％ ； ③ 终压，要求消除轮迹，采用宽幅钢轮2～2．2 m、重11～13 t 的碾压设备。碾压时保持直线方向，均衡慢速，折返时关闭 振动，渐渐地改变方向，折返点错开不得在一个断面上，防止 产生推移拥包，如碾压过程中一旦发生推移，只能等温度降 下一些再碾压。在施工中要用雾状喷洒器往轮碾上喷洒水， 同时要注意控制喷洒量，以防降低混合料温度，起步接缝和 对接接缝碾压时先调一台压路机在接缝前面等候，待剩料清 54 理完毕后进行反向碾压．碾压前接缝处老路面必须清理干 净；在终压光面前专人在碾压路面上用三米直尺检查，发现 问题及时指挥压路机处理 保证最佳碾压效果。 3 结论 结合某公路路面的实际施工情况，通过试验得出了沥青 马蹄脂碎石混合料的最佳配合比。当矿料按粒径不同分为五 个等级：1号(9．5—16 mm)、2号(4．75～9．5 mm)、3号 (2．36—4．75 ram)、4号(2．36 mm以下)及矿粉时，配合比为l 号：2号：3号：4号：矿粉为40：40：2：8：10，油石比为6．O％ 。 同时，针对沥青路面施工过程中需注意的问题提出了建议。 参考文献 [1]吴少鹏，刘小明，杜天伦．4．75 mm最大公称粒径沥青马蹄脂碎石 混合料[J]．国外建材科技，2004，(05) [2]梁晓亮，杨怡，黄少杰，刘济科．沥青马蹄脂碎石混合料配合比设 计[J]．华南理工大学学报(自然科学版)，2003，(s1) [3]公路沥青路面施工技术规范(JTG F40—2004)[S]．北京：人民交 通出版社，2004 [4]蒋成德．如何控制高速公路路面平整度的质量[J]．中国高新技 术企业，2007。(03)

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