化学灌浆法在桥梁结构深层裂缝中的作用
摘要：混凝土因取材广泛，价格低廉，抗压强度高，可浇筑成各种形状，并且耐火性好，不易风化,养护费用低等优点,成为公路桥梁结构中使用量最广泛的材料之一。但混凝土最主要的缺点是抗拉能力差，容易开裂等问题而困绕着广多公路桥梁工程的施工技术人员。结合桥梁结构裂缝的常见分类，着重阐述化学灌浆法在桥梁结构深层裂缝中修补的作用。
关键词：混凝土裂缝；深层裂缝；化学灌浆法
1.桥梁结构裂缝的几种类型
混凝土桥梁结构裂缝复杂而繁多，多种因素互相影响，每一条裂缝产生是一种或几种因素影响。造成裂缝的通常分为施工和使用两个阶段，大致可分为以下几种种类。
1.1荷载引起的裂缝
混凝土桥梁在常规静、动荷载及次应力下产生地裂缝称荷载裂缝，归纳起来主要有直接应力裂缝，次应力裂缝两种。
(1)直接应力裂缝。直接应力裂缝是指外荷载引起的直接应力产生地裂缝；
(2)次应力裂缝。应力裂缝是指有外荷载引起地次生应力产生裂缝。
1.2温度变化引起的裂缝
混凝土具有热胀冷缩的性质，当外部环境或结构内部温度发生变化，混凝土将发生变形，若变形遭到约束，则在结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。在某些大跨经桥梁中，温度应力可以达到甚至超出活载应力。温度裂缝区别其他裂缝最主要特征时将随温度变化而扩张或合拢。
1.3收缩引起的裂缝
混凝土收缩包括化学收缩、物理收缩及碳化收缩。化学收缩是由于水化过程中体积缩小引起的；物理收缩是由于自由水蒸发、干燥引起体积缩小；碳化收缩是由空气CO2与混凝土中（OH）2发生化学反应产生的CaCO3析出水分蒸发，促进体积缩小。混凝土收缩裂缝产生的原因是因为自由收缩受到约束，当收缩受到约束而产生的拉应变大于当时混凝土的极限拉应变就会产生拉应力方向相垂直的裂缝。
混凝土收缩裂缝的特点是大部分属表面裂缝，裂缝宽度较细，且纵横交错，成龟裂状，形状没有任何规律。
1.4地基基础变形引起的裂缝
由于基础竖向不均匀沉降或水平方向位移，使结构产生附加应力，超出混凝土结构的抗拉能力，导致结构开裂。
1.5钢筋锈蚀引起的裂缝
由于混凝土质量较差或保护层厚度不足，混凝土保护层受二氧化碳侵蚀碳化至钢筋表面，使钢筋周围混凝土碱度降低，或由于氯化物介入，钢筋周围氯离子含量较高，均可引起钢筋表面氯化膜破坏，钢筋中铁离子与侵入到混凝土中的氧气和水分发生锈蚀反应，其锈蚀物请氧化铁体积比原来增长月2～4倍，从而对周围混凝土产生膨胀应力，导致保护层混凝土开裂，剥离，沿钢筋纵向产生裂缝，并有锈迹渗到混凝土表面。
1.6冻胀引起的裂缝
大气气温低于零度时，吸水饱和的混凝土出现冰冻，游离的水转变成冰，体积膨胀9%因而混凝土产生膨胀应力；同时混凝土凝胶孔中的过冷水在微观结构中迁移和重分布引起渗透压，使混凝土中膨胀力加大，混凝土强度降低，并导致裂缝出现，尤其是混凝土初凝时受冻最严重，成龄后混凝土强度损失可达30%～50%。
1.7施工材料质量引起的裂缝
混凝土主要由水泥，砂，骨料，拌和水及外加剂组成。配制混凝土所采用材料质量不合格，可能导致结构出现裂缝。
1.8施工工艺质量引起的裂缝
在混凝土结构浇筑，构件制作，起模，运输，堆放，拼装及吊装过程中，若施工工艺不合理，施工质量低劣，很容易产生纵向的，横向的，斜向的，竖向的，水平的，表面的，深进的和贯穿的各种裂缝，特别是细长薄壁结构更容易出现。
2.混凝土裂缝的修补原则
2.1裂缝修补的必要性
当裂缝较多且宽度较大时，梁的刚度要相应降低，同时钢筋受有害介质的侵蚀，结构物的寿命也要缩短。根据《公路养护技术规范》中的裂缝限值及《铁路桥梁检定规范》中规定了污工梁拱墩台恒载裂缝宽度限值。裂缝超过规范中的相关数值时应进行修补以保证结构的耐久性。根据经验，裂缝是否修要进行修补，除依据上述规定外，还可由下面几个方面进行考虑:发展的裂缝，宽度在6个月期间内增大0.lmm以上时；裂缝宽度虽未增大，但裂缝数量增多时；裂缝宽度在0.3mm以上时；裂缝宽度在0.2mm左右，但认为对结构产生危险时。
2.2裂缝修补的程序
裂缝从发现到确定是否要进行修补，直到最后实施修补工程，其大致程序如图1所示。
3.深层裂缝修补中化学灌浆法的应用
由于裂缝修补技术的种类很多，用途也有所不同，因此仅就修补桥梁结构裂缝中应用较多的化学灌浆法进行叙述。化学灌浆中采用环氧树脂灌浆材料及甲基丙烯酸酷类(即甲凝)材料进行修补的结构物裂缝效果最佳，应用也较广泛。
3.1化学灌浆法
采用化学材料灌浆，修补结构裂缝，可以大大改善灌浆材料的可灌性能，可灌入0.3mm或更细小些的裂缝，施工机械简单，操作简单，其应用日趋广泛。
灌浆材料是指用于修补混凝土裂缝的化学灌浆材料，常用的主要有环氧树脂灌浆材料和丙烯酸酷类灌浆材料两种。
（1）环氧树脂灌浆材料。它是一种补强、固结灌浆材料，在处理由于各种原因所造成的混凝土建筑物的开裂等缺陷的过程中发挥了较好的作用。环氧树脂灌浆材料如按稀释剂的种类来分类，可归纳为三类。
①非活性稀释剂体系的环氧树脂灌浆材料。这是由丙酮、二甲苯等非活性稀释剂和环氧树脂混合组成。此类浆液配制简单，粘度较低，使用方便，建筑工程方面采用较多，也曾用来处理地震后混凝土梁柱的裂缝。
②活性稀释剂体系的环氧树脂灌浆材料。这里用活性稀释剂代替非活性稀释剂配制而成的环氧树脂灌浆。由于现有的活性稀释剂本身的粘度一般都比非活性稀释剂大，稀释效果不太理想，故灌浆的可灌性受到一定限制。
③糠醛-丙酮稀释剂体系的环氧树脂灌浆材料。用糖醛一丙酮作为混合稀释剂的环氧树脂浆液，在我国采用较广。目前通常的又有糖醛-丙酮、半醛亚胺和糠叉丙酮三种形式的稀释剂，而其中尤以糖醛-丙酮稀释剂应用最广。
注:低温为-7～11℃的冷库养护。
(2)甲基丙烯酸酷类灌浆材料。亦称甲凝，是一种固结性能良好的高分子化学灌浆材料。材料的抗压、抗拉强度较高，粘度小，可灌入0.3mm及更细小的裂缝中，并于混凝土有较好的粘结能力，收缩小、吸水性均小，而耐化学性好，聚合凝固时间可控制在几分钟至几小时。
3.2灌浆施工工艺流程
利用化学灌浆材料修补桥梁结构裂缝的工艺流程及施工要求。其施工流程见图2所示。
3.2.1裂缝的检查及清理
修补前同样要对修补部位的裂缝情况进行详细的检查、记录。以便对结构受损部位的所有裂缝都要做好定量和定性的分析。据此进行有关化学灌浆材料配量、埋嘴、灌浆注射等方面的具体计算和安排。
裂缝清理工作是指:在裂缝两侧画线之内，用小锤、手铲、钢丝刷把构件表面整平，凿除突出部分，然后用丙酮擦洗，清除裂缝周围的油污。清洗时应先注意不要将裂缝堵塞。
3.2.2钻眼埋嘴
嘴子是化学灌浆材料的喷入口，也是裂缝的排气口。嘴子大小要适当，自重重要尽可能地轻，以防因不易贴牢而坠落。嘴子布置的原则是:宽缝稀，窄缝密。
断缝交错处单独设嘴。贯通缝的嘴子宜在构件的两面交错处布置。埋贴前，先把嘴子底盘用丙酮擦洗干净，然后用灰刀将环氧胶泥抹在底盘周围，骑缝埋贴到构件裂缝处。操作中，切勿堵死嘴子和裂缝灌浆的通道。
3.2.3嵌缝止浆
嵌缝止浆的目的是防止浆液流失、确保浆液在灌浆压力下将裂缝填充密实。如嵌缝质量不好，则灌浆压力不能升高，即使是低压，浆液也会大量外漏，以致缝内不能得到有效的灌注，影响灌浆质量。因此，当嘴子埋贴后，必须把其余裂缝全部封闭，进行嵌缝或堵漏处理。封闭严实程度是压浆补强成败的关键，必须认真对待。
封闭的办法是:对于裂缝较大的混凝土构件，可沿缝用人工或风镐凿成“V”型槽，宽度约5～15cm，深3～5cm，并清除槽内松动的混凝土碎屑及粉尘，然后向槽内嵌塞水泥砂浆;对于裂缝较小的混凝土构件，可沿裂缝走向均匀刷上一层环氧浆液，宽约7～8cm。各个嘴子底盘周围5～10cm范围内不贴玻璃丝布，而用灰刀沿嘴子周围抹上环氧胶泥，先抹成鱼脊形状，再刷上一层环氧浆液。
3.2.4压水或压气试验
上述封闭工作完成后相隔一天，即可进行压水或压气试验，以便检查裂缝的封闭及嘴子的畅通情况。
3.2.5灌浆
经压水(气)试验检查，认为嵌缝质量良好，无渗漏现象，即可配制浆液、准备灌浆。
往裂缝里灌注化学浆液，根据裂缝病态状况及施工条件的不同，分别采用手压泵灌注射器灌注两种方法。当裂缝较大时可用手压泵，当裂缝细微，灌浆量不大时，多采用灌浆注射器的方法。
3.3化学灌注施工的防护措施
目前使用的化学灌材料一般都具有不同程度的毒性，包括刺激性、防腐性、致敏性及易燃易爆等。对这些危害健康的因素，除应有正确的认识外，施工时必须采取有效的防护措施。
3.3.1防护措施
采用的化学灌浆材料，如具有毒性或刺激性臭味，应采用有效的通风设施。现场施工时，工作人员应尽量避免在浆液的下风位置操作，以减少吸入有毒气体的机会。施工人员一般应戴防护口罩，必要时，应戴防护眼镜，以防有毒气体刺激眼膜。
3.3.2密封措施
有毒性和刺激性臭味的挥发性化学灌浆材料，应密封贮存，防止气体逸出，污染周围环境。
3.3.3防火防爆
对易燃易爆材料，如丙酮、甲苯等，贮存处必须远离施工现场，隔绝火源。使用时，严禁在现场吸烟，禁用在现场吸烟，禁用明火加热易燃物品，禁用用火取暖。使用强火灯泡、碘钨灯照明时，应采取灯管加罩保护的安全措施，以防止灯管爆炸而引起火灾。
4.结束语
在桥梁建造和使用过程中，很容易出现裂缝并且影响工程质量甚至结构稳定。如果采取一定的设计和施工措施，很多裂缝是可以克服和控制的。此外加强桥梁维护和裂缝修补，通过不同整治方法处理后，可延长桥梁的使用寿命，提高桥梁的承载力。
参考文献
[1] 李九红; 徐建光; 王延斌; 邹少君.混凝土大坝裂缝灌浆处理效果研究. 西安理工大学水利水电学院; 西北电力试验研究院; 中国电力投资公司西北分公司; 黄河水电测试科技有限公司宁电分公司 西安; 宁夏青铜峡 [期刊]水力发电学报2007-06-25
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