橋梁加固設(shè)計理念剖析

1、問題的提出 從技術(shù)角度分析，目前我國橋梁加固設(shè)計存在的主要問題是對橋梁加固設(shè)計 的特殊性認(rèn)識不足，加固設(shè)計理念不清，加固設(shè)計思想不明確。有些橋梁加固設(shè) 計機(jī)械地套用新建橋梁的設(shè)計方法，忽略了橋梁帶載加固分階段受力特點和結(jié)構(gòu) 損傷的影響；個別加固設(shè)計只做宏觀定性分析，缺少科學(xué)的定量分析，設(shè)計帶有 很大的隨意性。 解決這一問題，必須從加強(qiáng)橋梁加 固設(shè)計特殊性的認(rèn)識和加固作用機(jī)理 分析入手，提高工程技術(shù)人員和領(lǐng)導(dǎo) 決策層的理論認(rèn)識水平。 理性認(rèn)識才能認(rèn)清事物的本質(zhì)，清 晰而明確的解決問題的思路是科學(xué)決 策的基礎(chǔ)。 科學(xué)發(fā)展觀討論與科學(xué)發(fā)展觀討論與 橋梁加固設(shè)計理念思考橋梁加固設(shè)計理念思考 在全黨深入

2、學(xué)習(xí)和落實科學(xué)發(fā)展觀的今天,面對我國橋梁加固市場日益增長的巨大需求,在充分肯定成績 的同時,認(rèn)真地總結(jié)我國橋梁加固事業(yè)走過的路,對于涉及加固設(shè)計理念的原則性問題進(jìn)行冷靜的分析和思考 是十分必的. 本文的目的是“拋磚引玉”,愿與橋梁的同行共同思考、討論與榷商 1 從被動加固到主動加固的思考 1.1 橋梁加固設(shè)計的特點 橋梁結(jié)構(gòu)自重大，一般均采用帶載加固。構(gòu)件自重及先期恒載產(chǎn)生的內(nèi)力由 原梁承擔(dān)，活載（車輛荷載）及后加恒載產(chǎn)生的內(nèi)力由加固后的組合截面承擔(dān)， 加固設(shè)計計算必須考慮分階段受力的影響，這是橋梁加固設(shè)計區(qū)別于一般結(jié)構(gòu)設(shè) 計的最大特點。 1.2 被動加固與主動加固的受力分析 加固薄弱構(gòu)件的方

3、法很多，從工作原理上可 劃分為被動加固和主動加固兩大類： （1）直接加筋類被動加固 在被加固構(gòu)件的受拉區(qū)（或抗剪)薄弱區(qū)直接增 設(shè)抗拉（或抗剪）補(bǔ)強(qiáng)材料，例如：補(bǔ)焊鋼筋、 粘貼鋼板、粘貼高強(qiáng)復(fù)合纖維材料。這種加固 方法從作用原理上屬于被動加固范疇。后加補(bǔ) 強(qiáng)材料被動受力，只承擔(dān)活載（車輛荷載）和 后加恒載引起的內(nèi)力 。 (2)預(yù)應(yīng)力主動加固 對布置在被加固構(gòu)件受拉區(qū)（或抗剪)薄弱區(qū)的后加補(bǔ)強(qiáng)材料施加預(yù)應(yīng)力，形 成預(yù)應(yīng)力加固系統(tǒng)，例如：體外預(yù)應(yīng)力加固和采用錨固于被加固梁體上的預(yù)應(yīng)力 筋，然后噴注高性能抗拉復(fù)合砂漿，將其與被加固梁體粘結(jié)為一體的有粘結(jié)預(yù)應(yīng) 力加固等。 從工作原理上講，預(yù)應(yīng)力加固屬于

4、主動加固，后加補(bǔ)強(qiáng)材 料主動受力，靠預(yù)加力的作用，改善原梁的工作狀態(tài)，間接達(dá)到加固補(bǔ)強(qiáng)的目的。 1.3 后加補(bǔ)強(qiáng)材料應(yīng)變（應(yīng)力）滯后 直接加筋類加固構(gòu)件后加補(bǔ)強(qiáng)材料 只承擔(dān)活載（車輛荷載）及后加恒載 產(chǎn)生的內(nèi)力，與原梁鋼筋相比，其應(yīng) 變（應(yīng)力）相對滯后，一般情況下在 極限狀態(tài)時，其應(yīng)力是達(dá)不到抗拉強(qiáng) 度設(shè)計值。 計算結(jié)果表明，采用直接粘結(jié)高強(qiáng) 復(fù)合纖維的被動加固方案，由于受分 階段受力的影響，后加補(bǔ)強(qiáng)材料應(yīng)變 （應(yīng)力）滯后，后加補(bǔ)強(qiáng)材料的高抗 拉性能很難發(fā)揮作用，“大馬拉小車” 是一種極大的浪費。特別是在倡導(dǎo)建 設(shè)節(jié)約型社會的環(huán)境下，這種盲目的 浪費是值得我們深思的。 1.4 解決后加補(bǔ)強(qiáng)材料

5、應(yīng)變（應(yīng)力） 滯后的根本途徑 解決后加補(bǔ)強(qiáng)材料應(yīng)變（應(yīng)力）滯后的根本途徑是變被動加固為主動加固，對 后加補(bǔ)強(qiáng)材料施加預(yù)應(yīng)力，做成預(yù)應(yīng)力加固體系。 靠預(yù)應(yīng)力筋的主動受力，從根本上解決后加補(bǔ)強(qiáng)材料的應(yīng)變（應(yīng)力）滯后， 提高后加補(bǔ)強(qiáng)材料的利用效益，以最少的成本，創(chuàng)造最佳的加固效果。 2 積極推廣預(yù)應(yīng)力主動加固技術(shù)是 承載力加固的首選方案 承載力加固是確保結(jié)構(gòu)安全工作的 基礎(chǔ)，設(shè)計時必須考慮橋梁帶載加固 分階段受力特點，后加補(bǔ)強(qiáng)材料應(yīng)變 （應(yīng)力）滯后是影響加固構(gòu)件工作性 能、制約后加補(bǔ)強(qiáng)材料利用效率和控 制加固工程成本的瓶頸。 預(yù)應(yīng)力技術(shù)是20世紀(jì)最具革命性的 結(jié)構(gòu)構(gòu)思，已廣泛用于土木和建筑工 程。

6、針對橋梁帶載加固后加補(bǔ)強(qiáng)材料應(yīng) 變（應(yīng)力）滯后的先天不足，預(yù)應(yīng)力 加固技術(shù)在橋梁加固中的應(yīng)用具有更 為特殊的意義。 預(yù)應(yīng)力加固從根本上解決了后加補(bǔ)強(qiáng)材料應(yīng)變（應(yīng)力）滯后問題，可以充分發(fā) 揮后加補(bǔ)強(qiáng)材料的高抗拉性能，提高后加補(bǔ)強(qiáng)材料的利用效率；由于預(yù)加力的作 用改善了原梁的應(yīng)力狀態(tài)，可以提高原梁的承載力和抗裂性能。 正截面抗彎加固要加預(yù)應(yīng)力，斜截面抗剪加固也要加預(yù)應(yīng)力。 2.1橋梁結(jié)構(gòu)預(yù)應(yīng)力加固體系 （1）體外預(yù)應(yīng)力加固體系 體外預(yù)應(yīng)力加固是把具有防腐保護(hù)的預(yù)應(yīng)力 筋布置在梁體的外部（或箱梁），對梁體施加 預(yù)加力，靠后增設(shè)的轉(zhuǎn)向裝置調(diào)整體外預(yù)應(yīng)力 筋的方向，以適應(yīng)內(nèi)力沿梁長方向的變化。 體外預(yù)應(yīng)

7、力加固特別適用于大跨徑預(yù)應(yīng)力混 凝土連續(xù)箱梁和連續(xù)T構(gòu)箱梁橋的加固。 其關(guān)鍵技術(shù)是體外預(yù)應(yīng)力筋的錨固、轉(zhuǎn)向和 防腐保護(hù)問題。 （2）無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固體系 無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)是將具有防腐保護(hù)的預(yù)應(yīng)力筋布置在梁體的內(nèi)部，待 混凝土硬化后張拉預(yù)應(yīng)力筋，對梁體施加預(yù)加力。 將無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)推廣用于橋梁加固，其核心問題是解決為錨固無粘結(jié) 預(yù)應(yīng)力筋而增設(shè)的混凝土支承保護(hù)層與被加固梁體的可靠粘結(jié)問題。 無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固，特別適用于中、小跨徑鋼筋混凝土T形梁的加固，構(gòu) 造簡單，施工方便。 3）高強(qiáng)復(fù)合纖維預(yù)應(yīng)力加固體系 采用錨固、粘貼在梁體外部（或箱內(nèi)）的高強(qiáng)復(fù)合纖維布條（或板條）對梁 體施加預(yù)加力。 這種加

8、固體系目前尚處于試驗研究階段，其關(guān)鍵技術(shù)是解決適應(yīng)于橋梁加固 現(xiàn)場施工的預(yù)應(yīng)力纖維布（板）的張拉、錨固和張拉后纖維布條（或板條）與被 加固梁體的可靠粘結(jié)問題。 （4）有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固體系 有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固體系是采用錨固 于被加固梁體上的高強(qiáng)鋼絲，23股 鋼絞線或小直徑粗鋼筋，對梁體施加 預(yù)加力，然后噴注具有較高抗拉強(qiáng)度 的復(fù)合砂漿，將預(yù)應(yīng)力筋與被加固梁 體粘結(jié)為一體，構(gòu)成有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加 固體系。 2.2 有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固 所用材料及構(gòu)造要點 （1） 預(yù)應(yīng)力鋼筋種類、張拉和錨固 用于有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固體系的預(yù)應(yīng)力鋼筋，可采用2股或3股鋼絞線、高強(qiáng)螺旋 肋鋼絲、小直徑精軋螺紋鋼等國產(chǎn)鋼材。 由于用于

9、舊橋梁加固的預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力損失較小，張拉控制應(yīng)力較低，對某些情 況下（例如斜截面加固）甚至可以采用小直徑的HRB400和HRB335熱軋鋼筋 做預(yù)應(yīng)力筋。 小直徑精軋螺紋鋼筋采用配套 的螺帽固，采用測力扳手扭緊螺 帽的辦法進(jìn)行張拉。 2股或3股鋼絞線采用配套的夾片 錨具錨固，采用小型千斤頂進(jìn)行 張拉。 小直徑熱軋鋼筋采用與錨固于梁 體上的鋼墊板焊接，采用橫向拉 緊變形法進(jìn)行張拉。 預(yù)應(yīng)力筋采用錨固于梁體上的支 承角鋼（或墊板）固定，支承角 鋼（或墊板）與被加固梁體的錨 固方式因原梁鋼筋布置的情況而 異，可以采用膨脹螺栓（或植 筋），亦可采用膨脹螺栓（或植 筋）與膠結(jié)（或焊接）相結(jié)合的 方式。 小

10、直徑精軋螺紋鋼筋采用配套 的螺帽固，采用測力扳手扭緊螺 帽的辦法進(jìn)行張拉。 2股或3股鋼絞線采用配套的夾片 錨具錨固，采用小型千斤頂進(jìn)行 張拉。 小直徑熱軋鋼筋采用與錨固于梁 體上的鋼墊板焊接，采用橫向拉 緊變形法進(jìn)行張拉。 (2)高性能抗拉復(fù)合砂漿 選擇和噴注厚度 有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固體系依靠噴注的高性能抗拉復(fù)合砂漿，將預(yù)應(yīng)力筋與被 加固梁體粘結(jié)為一體,構(gòu)成有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加系統(tǒng). 后噴的高性能抗拉復(fù)合砂漿與原梁混凝土的可靠粘結(jié)是保證兩者共同工作 的基礎(chǔ). 復(fù)合砂漿的高抗拉性能和抗碳化及有害介質(zhì)的侵蝕能力是保護(hù)鋼筋免于銹 蝕，提高結(jié)構(gòu)耐久性的前提。 復(fù)合砂漿的選擇應(yīng)突出粘結(jié)抗剪強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度和收縮等

11、三項主要指標(biāo)。 用于梁底受拉區(qū)的復(fù)合砂漿的抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)不低于6Mpa，與原梁混凝土的抗剪粘結(jié)強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值應(yīng)不 低于7Mpa，復(fù)合砂漿硬化后不能出現(xiàn)寬度大于0.1mm的收縮裂縫。 復(fù)合砂漿的主要性能指標(biāo)應(yīng)通過試驗方法確定。 2. 3 有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固案例分析 （1）用有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力體系對鋼筋混凝 土T形梁進(jìn)行正截面抗彎加固 圖1所示為采用有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力體系對鋼筋混凝土T形梁正截面抗彎承載力加固 補(bǔ)強(qiáng)的構(gòu)造示意圖。 在梁肋的底面增設(shè)預(yù)應(yīng)力鋼筋，其數(shù)量由受力要求確定，預(yù)應(yīng)力筋長度，應(yīng) 根據(jù)全梁各截面的抗彎承載力要求確定。 圖1 正截面加固示意圖 （2）采用有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力體糸對鋼筋混凝土T 形梁進(jìn)行斜截面

12、抗剪加固 圖2為采用橫向拉緊變形法張拉的有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力斜截面加固示意圖。 在靠近支點的第一個橫隔梁區(qū)段范圍的腹板上出現(xiàn)大量的斜裂縫，主拉應(yīng)力過 大，斜截面抗剪承載力不足。 采用橫向拉緊變形法張拉的有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力斜截面加固方案。 12,HRB400 預(yù)應(yīng)力鋼筋 HTCM砂漿 (30mm) 下錨固鋼板條 上錨固鋼板條 下錨固鋼板條 橫向卡緊裝置 上錨固鋼板條 圖2 采用橫向拉緊變形法張拉的有粘預(yù)應(yīng)力斜截面加固示意圖 （注：圖中虛線表示張拉前預(yù)應(yīng)力筋的位置， 實線表示張拉后預(yù)應(yīng)力筋的折線位置） （3）采用有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力體系對空心板梁進(jìn)行正 截面抗彎加固 圖3所示為采用橫向拉緊變形法張拉預(yù)應(yīng)力對 空心板梁橋

13、加固的構(gòu)造示意圖。 在板底增設(shè)平行布置的小直徑（1216） 普通熱軋鋼筋（HRB 355或HRB 400），鋼 筋間距為（100200 ）mm。 鋼筋兩端焊接在固定于原梁底板兩端的錨固 鋼板條上。 在鋼筋的中部位置，對相鄰兩根鋼筋施加橫 向拉緊力，將鋼筋拉緊并固定呈折線形（圖3a 和圖3b ）。 錨 固 鋼 板 條 I I I I 錨固鋼板條 橫向撐板 I I II II I II II I 圖3 采用橫向拉緊變形法張拉預(yù)應(yīng)力對空心板梁橋加固的構(gòu)造示意圖 （圖中虛線為張拉前鋼筋位置，實線為張拉后鋼筋位置） 2 .4 有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固效果分析 理論分析和工程實踐表明，采用有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力 加固體系對

14、T形梁、空心板及箱形梁橋的正截面 進(jìn)行加固，可以根據(jù)結(jié)構(gòu)受力要求，較大幅度 地提高梁的正截面抗彎承載力； 在梁底噴注的復(fù)合砂漿，可以保護(hù)后加預(yù)應(yīng)力 筋免于銹蝕，在腹板兩側(cè)噴注的復(fù)合砂漿增加 了混凝土保護(hù)層的厚度，提高了原梁混凝土抗 碳化和抗有害介質(zhì)侵蝕能力，減緩原梁鋼筋的 腐蝕速度，提高了整個結(jié)構(gòu)的耐久性。 此外，后噴注的復(fù)合砂漿層加大了原梁的截 面尺寸，提高了結(jié)構(gòu)的抗彎剛度，對解決活載 變形或振動過大問題也是有利的。 采用橫向拉緊變形法張拉的有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力斜 截面加固方法，構(gòu)造簡單，施工方便，可以有 效地提高加固材料利用效率，提高斜截面抗剪 承載力，兩側(cè)噴注的復(fù)合砂漿，加大了腹板厚 度，既可減

15、少主拉應(yīng)力，又可保護(hù)鋼筋免于腐 蝕，提高了結(jié)構(gòu)的耐久性。 綜上所述，采用有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固體系，可 以達(dá)到承載力加固和耐久性加固的雙重目的， 既可提高結(jié)構(gòu)承載力，以滿足提載加固的受力 要求，又可全面提高原梁的耐久性，延長結(jié)構(gòu) 的使用年限。同時對解決結(jié)構(gòu)變形和振動問題 也會有所幫助。 有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加固體系特別適用于中、 小跨徑的鋼筋混凝土T形梁和空心板 梁的加固，尤其是對高速公路和城市 立交工程中大量采用的中等跨徑的鋼 筋混凝土及預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁橋， 由于受箱梁高度限制，在箱內(nèi)布置體 外預(yù)應(yīng)力筋有困難的情況下，采用在 箱梁底部增設(shè)預(yù)應(yīng)力筋，然后噴注高 性能抗拉復(fù)合砂漿的有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力加 固體系是

16、理想的加固方案之一。 黑龍江哈同公路螞蟻河2號橋 主梁加固(2004年) 河北省京滬高速漳衛(wèi)新河岔河 大橋加固(2006年) 山西省太舊高速公路太原武宿立交 L匝道橋加固(2008年) 3 高強(qiáng)復(fù)合纖維的材料在橋梁加固中的合理應(yīng) 用 20世紀(jì)90年代以來，高強(qiáng)復(fù)合纖維加固技術(shù)在我國發(fā)展很快，在構(gòu)件的受拉（或受剪）薄弱區(qū)段直接 粘貼高強(qiáng)纖維布（或板）的加固方法在橋梁加固中盛行一時。采用纏繞粘貼高強(qiáng)復(fù)合纖維對墩柱包裹的約 束加固也有所應(yīng)用。高強(qiáng)復(fù)合纖維預(yù)應(yīng)力加固尚處于實驗研究階段，實際應(yīng)用不多。 31 粘貼高強(qiáng)復(fù)合纖維加固機(jī)理和加固效果 分析 前已指出，在受拉區(qū)（或受剪）薄弱部 位直接粘貼高強(qiáng)復(fù)合

17、纖維材料的加固方法，從作用原理上屬于被動加固范疇， 后加補(bǔ)強(qiáng)材料只承載活載產(chǎn)生的內(nèi)力，與原梁鋼筋相比，其應(yīng)變（應(yīng)力）相對滯 后，一般情況下在極限狀態(tài)時其應(yīng)力達(dá)不到抗拉強(qiáng)度設(shè)計值。 以目前大量采用的直接粘貼碳纖維布（強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值為3350Mpa) 加固的鋼筋 混凝土T形梁為例： 對于原梁的配筋率為4.5%的情況，極限狀態(tài)下碳纖維的應(yīng)力只有776.6Mpa， 此值只相當(dāng)于其抗拉強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的23%； 對于原梁配筋率為2.9%的情況（在實際工程中，這種情況是不多見的）， 極限狀態(tài)下碳纖維的應(yīng)力為2260Mpa，相當(dāng)于其抗拉極限強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值的67%。 計算結(jié)果表明，采用直接粘貼高強(qiáng) 復(fù)合纖維的被動加固方案，

18、由于受分 階段受力的影響，后加補(bǔ)強(qiáng)材料應(yīng)變 （應(yīng)力）滯后，后加補(bǔ)強(qiáng)材料的高抗 拉性能很難發(fā)揮作用，“大馬拉小車” 是一種極大的浪費。特別是在倡導(dǎo)建 設(shè)節(jié)約型社會的環(huán)境下，這種盲目的 浪費是值得我們深 思的. 采用粘貼高強(qiáng)復(fù)合纖維加固，對結(jié)構(gòu)的剛度 提高不大。因此，對于以控制結(jié)構(gòu)變形為主要 目的的使用功能加固是不適宜的。 后粘貼的高強(qiáng)復(fù)合纖維層可以制約裂縫的發(fā) 展，間接地提高了結(jié)構(gòu)的抗裂能力；后粘貼的 含有多層樹脂膠和防護(hù)罩面膠的高強(qiáng)復(fù)合纖維 層，可以提高混凝土的抗腐蝕和碳化能力。因 此，對于以延長結(jié)構(gòu)使用年限為主要目的的耐 久性加固，采用粘貼高強(qiáng)復(fù)合纖維加固法還是 有一定效果的。 但是，應(yīng)該指

19、出粘貼高強(qiáng)復(fù)合纖維可以提高結(jié)構(gòu)耐久性的實質(zhì)是粘結(jié)樹脂膠 層和防護(hù)罩面膠層自身具有一定的抗腐蝕能力的作用結(jié)果，復(fù)合纖維層本身對提 高結(jié)構(gòu)耐久性的供獻(xiàn)是有限的，復(fù)合纖維層的作用是維護(hù)膠層完整性的保護(hù)層。 因此，單純?yōu)榱颂岣吣途眯缘哪康牟捎脙r格昴貴的碳纖維做粘結(jié)膠層的保護(hù) 層的作法是不適宜的。 32 纏繞粘貼高強(qiáng)復(fù)合纖維約束加固 采用纏繞粘貼高強(qiáng)復(fù)合纖維對軸向受壓構(gòu)件 進(jìn)行加固可以明顯地提高柱的承載力，其工作 原理與鋼管混凝土相似。由于高強(qiáng)復(fù)合纖維層 的約束作用，在縱向力的作用下，混凝土處于 三向受壓狀態(tài)，可以較大幅度地提高結(jié)構(gòu)的抗 壓承載力。采用纏繞粘貼高強(qiáng)復(fù)合纖維對鋼筋 混凝土柱體（特別是圓柱）

20、進(jìn)行加固，從工作 原理上講是約束加固，加固效果顯著，有著廣 泛的應(yīng)用前景。 另外，采用高強(qiáng)纖維復(fù)合纖維纏繞法粘貼或 包裹的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)（特別是柱的節(jié)點）， 可明顯地提高結(jié)構(gòu)的抗震性能，廣泛用于抗震 加固 . . 3 分清加固性質(zhì)，明確作用機(jī)理 ，合理選擇 加固材料 高強(qiáng)復(fù)合纖維的出現(xiàn)是材料工業(yè)的一大進(jìn)步，但是這高強(qiáng)材料在土木工程中的應(yīng)用，特別是在加固工程 中的合理應(yīng)用還是一個值得商榷的問題。 碳纖維加固是“使橋梁加固上了一個新的臺階”,還是“使橋梁加固走進(jìn)盲目亂粘碳纖維的誤區(qū)”? 科學(xué)公正地評價碳纖維加固效果是無法回避的現(xiàn)實問題. 提高理性認(rèn)識,明確加固作用機(jī)理. 分清性質(zhì)，明確加固目的，在

21、弄清加固作用機(jī)理的基礎(chǔ)上，有針對性地合理應(yīng)用這種新材料，充分發(fā)揮 材料的高抗拉性能,最大限度地提高加固效益。 4 積極推廣水泥基滲透結(jié)晶型防水材料是提高混凝 土結(jié)構(gòu)耐久性的重要措施 4.1水泥基滲透結(jié)晶型防水材料的作用 機(jī)理 水泥基滲透結(jié)晶型防水材料（簡稱CCCW）是以硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥、 精細(xì)石英砂（或硅砂）等為基材，摻入活性化學(xué)物質(zhì)（催化劑）及其他輔料組成 的一種新型剛性防水材料。 其工作機(jī)理是：與水作用后，材料中含有的活性化學(xué)物質(zhì)，以水為載體，向混凝土微孔及毛細(xì)管中滲透， 催化混凝土內(nèi)未完全水化的成分，再次發(fā)生水化作用，形成不溶于水的枝蔓狀結(jié)晶，充塞混凝土的微孔及 毛細(xì)管道，使混

22、凝土致密，達(dá)到長久性防水、保護(hù)鋼筋和增強(qiáng)混凝土強(qiáng)度的效果。 按水泥基滲透結(jié)晶型防水材料可分為兩類產(chǎn)品： C型防水涂料（又稱為涂抹型水泥基滲透結(jié) 晶防水材料）是刷涂在混凝土表面的漿料，依 靠活性化學(xué)物質(zhì)滲透作用,形成不溶于水的結(jié)晶 體，填塞毛細(xì)孔道，使混凝土致密。 A型防水劑（又稱摻和型水泥基滲透結(jié)晶防 水材料）是直接摻入混凝土配料時使用干粉外 加劑。水泥基滲透結(jié)晶型防水劑摻入混凝土內(nèi)， 可以減少用水量，并有微脹作用，可提高混凝 土的密實度和抗壓強(qiáng)度，達(dá)到抗?jié)B、防水的目 的。 4.2 水泥基滲透結(jié)晶型 防水材料的性能特點 水泥基滲透結(jié)晶型防水材料的主要特征是滲 透結(jié)晶，其主要性能特點是： （1）

23、具有雙重整體防水性能 水泥基滲透結(jié)晶型防水材料所產(chǎn)生的滲透結(jié)晶 能深入到混凝土內(nèi)部填塞結(jié)構(gòu)的微細(xì)裂縫和毛 細(xì)孔，在結(jié)構(gòu)內(nèi)部起到防水作用；同時，涂刷 在混凝土結(jié)構(gòu)基面的涂層具有微膨脹性能，能 起到補(bǔ)償收縮的作用，使施工后的結(jié)構(gòu)基面同 樣具有很好的抗裂抗?jié)B作用。 （2）具有獨特的自我修復(fù)能力 水泥基滲透結(jié)晶型防水材料與水泥礦物的反應(yīng)只有在溶液中才 能進(jìn)行，水的存在是滲透結(jié)晶的必要條件。在干燥環(huán)境下，水 泥基滲透結(jié)晶型防水材料處于“休眠”狀態(tài)，一旦混凝土結(jié)構(gòu) 出現(xiàn)微細(xì)裂縫，水的滲入使水泥礦物、水化物及水泥基滲透結(jié) 晶型防水材料重新呈離子狀態(tài)，恢復(fù)活性，發(fā)生反應(yīng)并生成結(jié) 晶，使已出現(xiàn)的微細(xì)裂縫(寬度小

24、于0 .4mm)會自動閉合，完成 自我修復(fù)過程。 (3)具有防腐蝕、耐老化和保護(hù)鋼筋的作用 水泥基滲透結(jié)晶型防水材料的滲透結(jié)晶和自我修復(fù)能力使混凝土結(jié)構(gòu)密實，從而最大程度地降低了有害化 學(xué)物和氯離子的侵入，保護(hù)鋼筋免于銹蝕。 防止凍融所造成的混凝土表層剝落破壞,對抑制堿骨料反應(yīng)的發(fā)展也有一定的作用 （4）具有對混凝土結(jié)構(gòu)的補(bǔ)強(qiáng)作用 用水泥基滲透結(jié)晶型防水材料處理后的混凝土結(jié)構(gòu)，遇水后未水化的水泥礦 物被激活，增加了密實度，使混凝土的抗壓強(qiáng)度有所提高（一般能提高20% 30%），對結(jié)構(gòu)起到了補(bǔ)強(qiáng)作用。 （5）具有長久性的防水作用 水泥基滲透結(jié)晶型防水材料是無機(jī)材料，所形成的結(jié)晶體不會老化。在通常

25、情況 下,所形成的結(jié)晶體不會被損壞，且性能穩(wěn)定，防水涂層即使遭到破壞或被刮掉， 也不會影響防水效果，因為其有效成分已深入滲透到混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部，其防水作 用是長久性的。 （6）施工工藝簡單、綜合費用較低 水泥基滲透結(jié)晶型防水材料施工工藝簡單。對基面處理要求不高，一般不做 鑿毛處理，不設(shè)找平層。對正在施工的混凝土基面，在養(yǎng)護(hù)期間即可開始防水涂 層施工，可縮短工期。 與傳統(tǒng)防水材料相比，采用水泥基滲透結(jié)晶型防水材料的工程綜合費用較低。 4.3水泥基滲透結(jié)晶型防水材料在橋梁加固工 程中的應(yīng)用 (1)水泥基滲透結(jié)晶型防水材料的應(yīng)用 為橋面鋪裝層防水設(shè)計提供了新思路 水泥基滲透結(jié)晶型防水材料以其卓越 的“

26、滲透結(jié)晶”防水功能和獨特的 “自我修復(fù)”能力，特別適用于橋面 鋪裝防水 。 橋面鋪裝層是抵御橋梁結(jié)構(gòu)鋼 筋腐蝕破壞，提高結(jié)構(gòu)耐久性的 第一道防線. 橋面鋪裝層既是找平層，還是橋面板的 保護(hù)層，無論其上是否設(shè)置防水層，都必 須采用具有良好防水性能和抗有害介質(zhì)腐 蝕能力的高密實度混凝土。 橋面鋪裝層既是找平層，還是橋面板的保護(hù)層， 無論其上是否設(shè)置防水層，都必須采用具有良好 防水性能和抗有害介質(zhì)腐蝕能力的高密實度混凝 土。 對比分析現(xiàn)有提高混凝土密實度和抗裂能力的各 種技術(shù)措施可以看出， 水泥基滲透結(jié)晶型防水 材料以其卓越的“滲透結(jié)晶”防水功能和獨特的 “自我修復(fù)”能力，特別適用于橋面鋪裝防水。

27、對于新建橋梁和原橋面破損嚴(yán)重需 要重新澆注混凝土鋪裝層的情況，宜 采用摻和型水泥基滲透結(jié)晶防水材料 （A型防水劑），將摻和劑干粉直接 加入混凝土配料中使用。 對于原橋面鋪裝層基本完好的情況， 宜采用涂抹型水泥基滲透結(jié)晶型防水 涂料（C型防水涂料），在清除局部 破損混凝土后，采用含有水泥基滲透 結(jié)晶型防水材的半干料團(tuán)，填滿缺陷 空穴區(qū)，然后再涂刷兩遍水泥基滲透 結(jié)晶型防水涂料。 河北保津高速公路大清河特大橋橋面改造工程 (2005年) 大清河大橋加固前橋面鋪裝層混凝土表層剝落破損情況 改造完成三年后回訪調(diào)查 2008年5月拍攝的 河北大清河大橋 (2)水泥基滲透結(jié)晶型防水涂料是混凝土結(jié)構(gòu) 耐久性

28、加固最佳選擇 耐久性加固是對結(jié)構(gòu)損傷部位進(jìn)行修復(fù)和補(bǔ)強(qiáng)，以阻止結(jié)構(gòu)損傷部分的性能繼續(xù)惡化，消除損傷隱患， 提高結(jié)構(gòu)的可靠性和使用功能，延長結(jié)構(gòu)使用壽命。 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命主要是依據(jù)鋼筋腐蝕情況來評定的。 工程實踐表明，造成鋼筋腐蝕的主要原因混凝土強(qiáng)度等級低，密實度差，混 凝土碳化嚴(yán)重，海濱環(huán)境和北方寒冷地壓撒鹽除冰氯離子侵蝕嚴(yán)重。 混凝土結(jié)構(gòu)裂縫的存在，會對結(jié)構(gòu)的耐久性造成嚴(yán)重的影響。 混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性加固必須從封堵裂縫，修 補(bǔ)結(jié)構(gòu)破損和提高混凝土的密實度入手，恢復(fù)結(jié) 構(gòu)的完整性，恢復(fù)和增強(qiáng)混凝土的抗碳能力，提 高混凝土的抗氯離子和其他有害介質(zhì)侵蝕能力。 與傳統(tǒng)的耐久性加固方法相比，

29、采用水泥基滲 透結(jié)晶型防水涂料進(jìn)行耐久性加固的特點是： 采取主動措施，從恢復(fù)和提高混凝土自身抗 破損能力出發(fā)，從根本上解決結(jié)構(gòu)耐久性間題。 依靠涂料中含有化學(xué)活性物質(zhì)的“滲透結(jié)晶” 作用、在混凝土表層1030cm的范圍內(nèi)形成 自密防水層，恢復(fù)和提高了混凝土抗碳化和有 害介質(zhì)侵蝕能力。 水泥基滲透結(jié)晶型防水材料所有的獨特“自我 修復(fù)”能力”，可以保證其防腐蝕作用的長期 性。 采用水泥基滲透結(jié)晶型防水材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)耐久性加固，應(yīng)根據(jù)結(jié) 構(gòu)的破損情況選擇不同的施工方法： 對寬度大于0.4mm的裂縫和局部破損，宜采用含有水泥基滲 透結(jié)晶型防水材料的半干料團(tuán)（可添加適當(dāng)?shù)牧Ａ希┨顫M裂縫 和局部缺陷空穴壓，

30、然后再在其上涂刷一遍防水涂料。 對于裂縫寬度小于0.4mm的裂縫，可采用局部涂刷水泥基滲 透結(jié)晶型防水涂料的辦法進(jìn)行封堵。 對混凝土碳化嚴(yán)重的情況，可采用在整個表面涂刷水泥基滲 透結(jié)晶型防水材料進(jìn)行加固，靠涂料中的化學(xué)活性物質(zhì)的“結(jié) 晶滲透”作用，恢復(fù)和增加混凝土的抗碳化能力。 杭州鐵路分局杭州東工務(wù)段長牛11#橋 耐久 性加固(1997年) 加固前梁體開裂嚴(yán)重 鋼筋銹蝕嚴(yán)重 1962年修補(bǔ)裂縫的環(huán)氧樹脂已老化,殼起,有的已重 新開裂。 使用10年后的回訪情況 2008年5月19日拍攝的浙江杭州工務(wù)段長牛線11橋側(cè)面。 結(jié) 論 （1）橋梁結(jié)構(gòu)自重大，一般采用帶載加固，加固設(shè)計必須考慮分階段受力特點。 （2）主動加固和被動加固的概念，揭示了加固構(gòu)件的作用破壞機(jī)理，為理順加固設(shè)計思想奠定了基礎(chǔ)。 （3）突出強(qiáng)調(diào)了“承載力加固以優(yōu)先采用預(yù)應(yīng)力主動加固方案為宜”的設(shè)計思想。 橋梁帶載加固，后加補(bǔ)強(qiáng)材料應(yīng)變（應(yīng)力）滯后，是制約后加強(qiáng)材料利用效率，控制加固工程成本的瓶 頸。 解決后加補(bǔ)強(qiáng)材料應(yīng)變（應(yīng)力）滯后，提高后加補(bǔ)強(qiáng)材料利用效果的根本途徑是變被動加固為主動加固， 對后加補(bǔ)強(qiáng)材料施加預(yù)應(yīng)力，構(gòu)成預(yù)應(yīng)力