水泥混凝土橋面裂縫快速修復技術(shù)研究

1、 水泥混凝土橋面裂縫快速修復技術(shù)研究陳磊磊,張磊東南大學智能運輸系統(tǒng)研究中心,南京(210096E-mail:摘 要 :水泥混凝土裂縫修復材料在工程界受到廣泛關(guān)注。 本文根據(jù)修復材料的要求, 選取 了 SC 裂縫修復材料。通過系統(tǒng)的室內(nèi)試驗,考察了 SC 材料的拉拔強度、抗壓強度及抗折 強度等各項性能;并結(jié)合國內(nèi)某大橋的裂縫修復實例,詳細介紹了 SC 材料的施工工藝。試 驗對比的結(jié)果表明 SC 材料滿足混凝土裂縫修復材料的性能要求, 在實橋上的成功應用證明 了用 SC 材料處治水泥混凝土橋面和路面裂縫是一個方便有效的方法。關(guān)鍵詞:SC 材料 混凝土橋面 裂縫快速修復中圖分類號:U418.6+6

2、1. 引言在橋梁建造與使用過程中, 鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件出現(xiàn)裂縫, 是非常值得關(guān)注的問題 1-2。 裂縫的發(fā)展會使結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生異常的內(nèi)部應力或變形, 嚴重的可能會危及橋梁的結(jié)構(gòu)安全和正 常使用。 由于橋面板直接受到車輪荷載的影響, 一旦開裂容易迅速惡化, 因此必須采取措施 進行裂縫修補。大量調(diào)查與國內(nèi)外相關(guān)文獻表明 26,對水泥混凝土橋面裂縫病害的處理通常采用灌漿 法(裂縫寬度較小或切割、開槽法(寬度較大 。而目前灌漿法主要是將修補材料注入到 裂縫中,利用所注材料將裂縫堵死。這雖然可以暫時將裂縫封堵,但裂縫一旦繼續(xù)擴展,該 方法即失去作用 7。除此之外,目前修補材料均養(yǎng)護時間較長,但是目前對于高速

3、公路的交 通樞紐地段為了減少經(jīng)濟損失, 對開放交通的時間要求越來越短 8, 因此研究開發(fā)養(yǎng)護期短、 早期強度高的快速修補材料是有必要的。本文通過對水泥混凝土裂縫修復材料進行研究, 并結(jié)合水泥混凝土裂縫修復材料的性能 要求對 SC 材料進行了一系列室內(nèi)試驗研究,推薦了 SC 界面劑與 SC 水泥砂漿表面修補劑。最 后通過工程實例介紹了 SC 材料的施工工藝。目前 SC 材料已經(jīng)在湖南湘萊、萊宜高速公路修 補等一些工程中得到應用,且應用情況良好。2. 裂縫修復材料的選定2.1 裂縫修復材料概述混凝土橋面裂縫能否修補成功, 主要取決于修補材料的性能。 目前較常用的修補材料按 材料性能可分為無機類材料

4、和有機類材料兩類 9。 現(xiàn)有的無機類裂縫修補材料一般為各種粒 度和成分不同的水泥, 這類裂縫補材料剛度大且界面粘結(jié)性能差; 而常用的有機材料有環(huán)氧 樹脂類和瀝青類,其中環(huán)氧樹脂類材料在橋面裂縫修補中被廣泛使用。裂縫修補材料根據(jù)其功能可分為補強材料和密封材料。 典型的補強材料有可用于灌縫的 環(huán)氧樹脂及各種改性環(huán)氧樹脂、 酚醛及各種改性酚醛樹脂類膠粘劑, 用于裂縫條帶修補的水 泥基無機膠凝材料 (如摻 JK 系列快速修補劑的早強快硬修補混凝土 。密封修補材料主要指 聚氨醋類、烯類、橡膠類、瀝青類膠粘劑 6,9。2.2 裂縫修復材料的要求水泥混凝土橋面板快速修補問題, 長期以來未能得到很好的解決,

5、其根本問題是修補材 料的性能不理想及修補工藝不切合我國的具體實際。大量調(diào)查與相關(guān)文獻表明 8,10-12,橋面 裂縫修復材料應該滿足以下要求:(l快硬、 高早強, 以滿足修補后快速開放交通的要求; (2粘結(jié)力強、韌性好,修補界面粘結(jié)強度不低于舊混凝土,以保證修補的效果; (3施工快速、 簡單、方便,不需使用大型機具; (4施工后不需養(yǎng)護或只需稍加養(yǎng)護即可開放交通; (5耐 磨性高,耐久性好; (6收縮小,后期性能穩(wěn)定。2.3 SC裂縫修復材料根據(jù)上述要求, 對幾種混凝土裂縫修復材料進行了室內(nèi)試驗分析和對比選取了環(huán)氧樹脂 類裂縫修復材料-SC 材料。 SC 材料以環(huán)氧樹脂為基料,以雙酚 AE44

6、環(huán)氧為乳化劑,通過乳 化工藝制備成雙組分反應型處理劑, 雙組分膠料在交聯(lián)反應后形成的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu), 具有不 溶性, 表現(xiàn)出優(yōu)良的粘結(jié)性、 擴散性、 滲透性, 同時對水泥砂漿、 混凝土具有滲透擴散作用, 既保持了環(huán)氧樹脂強度高、粘附力強的優(yōu)點,又降低了其脆性,提高了韌性。且其早期強度 高,固化速度塊,工作性能較好。其中, SC 界面劑及 SC 水泥砂漿表面修補劑是兩種主要的 SC 修復材料,其均為雙組分水性溶液的改性環(huán)氧樹脂材料 13-14,可分別用來處理混凝土橋 面的細微裂縫和較大裂縫。 為了對這兩種修復材料的性能進行具體的了解, 進行了以下試驗。3. 裂縫修復材料性能試驗3.1 SC界面劑的

7、粘結(jié)性能試驗修補材料的粘結(jié)強度是一項非常重要的指標。 拉拔試驗反映了 SC 界面劑與待修復基材 的粘結(jié)性能。拉拔試驗如圖 1。 圖 1 SC界面劑與水泥混凝土的粘結(jié)性能試驗拉拔實驗結(jié)果表明,在 25 下, SC 界面劑與水泥混凝土的附著力在 3.13.7MPa之間, 平均附著力為 3.4MPa 。我國尚未制訂修補材料的技術(shù)規(guī)范,美國加州規(guī)定 8常溫下修補材 料對混凝土的粘結(jié)強度不得低于 2.8MPa 。表 1給出了國內(nèi)一些常用裂縫修復材料 15-16的粘 結(jié)強度,由表中數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn), SC 界面劑的粘結(jié)強度滿足美國加州修補材料的強度要求, 且其粘結(jié)強度與其他一些國內(nèi)修復材料相比較優(yōu)。表 1 S

8、C界面劑粘結(jié)強度的對比 (溫度:25ZV 型界面處理漿修復材料 界面劑 普通硅酸鹽水 泥 快硬硫鋁酸鹽水泥高滲透性呋喃 環(huán)氧化學灌 漿材料拉拔強度 (1d 3.2 SC水泥砂漿表面修補劑強度試驗研究作為道路修補材料, 最基本的要求是確保其能在開放交通前達到規(guī)定的強度指標。 在相 關(guān)路面修補材料的研究文獻中,擬定了如下的強度指標數(shù)據(jù) 8:在標準養(yǎng)護條件下,修補材 料達到一般混凝土路面設計強度的 70%,即通車時 R 壓 >20MPa, R 折 >3.5MPa。橋面結(jié)構(gòu)受力為彎拉為主, 為考察裂縫修復材料的抗折強度, 按照中華人民共和國國家 標準 GB/T17671-1999水泥膠砂強

9、度檢驗方法進行了抗折強度試驗 16。因為溫度翹曲以及板 底脫空等因素, 水泥混凝土橋面局部會承受壓應力, 為考察裂縫修復材料的抗壓強度, 進行 了抗壓強度試驗。為了進行對比, 用上述方法成型同樣水灰比與灰沙比的普通水泥砂漿抗折試件與抗壓試 件。上述抗折試件與抗壓試件成型時,水泥均采用的是海螺牌 42.5號水泥。表 2中給出了 SC 水泥砂漿試件和普通水泥砂漿試件的強度試驗結(jié)果, 同時給出了國內(nèi) 常用的一些裂縫灌漿材料試件的抗壓抗折強度 17-19。結(jié)果表明, SC 水泥砂漿表面修補劑的 1d 強度滿足修補材料通車時 R 壓 >20MPa, R 折 >3.5MPa的要求。同時,通過對

10、比可以看出, SC 水泥砂漿表面修補劑的早期強度高于國內(nèi)其他一些裂縫修復材料的早期強度,且強度發(fā) 展較快,是一種很好的裂縫快速修復材料。表 2 SC水泥砂漿試件強度試驗結(jié)果對比抗折強度 (MPa 抗壓強度 (MPa試件種類 SC水泥砂漿普通水泥砂漿 摻樹脂水泥砂漿 水性環(huán)氧樹脂混凝土 聚合物改性超細水泥砂漿4. 工程應用4.1 工程概況國內(nèi)某大橋,其引橋長 280m ,單幅寬度 16.1m ,經(jīng)現(xiàn)場調(diào)查發(fā)現(xiàn)引橋水泥混凝土表面 存在裂縫病害,主要以縱向、橫向細裂縫為主,局部存在縱橫向網(wǎng)狀裂縫。裂縫寬度多數(shù)在 3mm 以內(nèi),深度一般在 5mm 以內(nèi);局部有較寬裂縫,縫寬在 5mm 以上,深度約 1

11、cm 。同 時橋面有較長縱縫,裂縫長度在 2m 以上。如圖 2所示。這不僅對其上即將建設的鋪裝層有 很大的影響,更是影響了橋的結(jié)構(gòu)安全。因此,必須采取有效措施對裂縫進行修補。 圖 2 橋面典型裂縫病害圖 4.2 施工工藝流程1、混凝土表面裂縫較小 (小于 0.5mm 時,裂縫修補施工工藝流程為 :基面處理 制漿 涂刷 SC 界面劑 檢查 養(yǎng)護。2、混凝土表面裂縫較大 (大于 0.5mm 時,裂縫修補施工工藝流程為 :基面處理 制漿 涂刷 SC 界面劑 涂刷 SC 水泥砂漿表面修補劑 檢查 養(yǎng)護。4.3 試劑配制1、 SC 界面劑的配制:將 SC 界面劑按 1份 A 組分與 3份 B 組分混合均

12、勻,倒入容器 蓋好蓋子,密封遮陰備用, 1.5小時內(nèi)用完。2、 SC 水泥砂漿修補劑的配制:先將 SC 水泥砂漿修補劑 1份 A 組分、 2份 B 組分 (重 量比 混合均勻,再倒入按 6份 525水泥, 618份中細砂 (重量比 或適量滑石粉重鈣粉預混 好的混合物中,混合均勻。然后根據(jù)可施工性加入適量水混合均勻,以便施工操作。如修補 厚度大于一公分可按水泥混凝土配比加入碎石。上述兩種試劑在使用過程中均不得再加水或加料。4.4 涂刷工藝1、 SC 界面劑的涂刷:涂刷工具可采用半硬的尼龍刷,不宜用抹子、滾筒油漆刷或油漆 噴槍。涂層不宜過薄或過厚,過薄表明材料用量不足,過厚則養(yǎng)護困難,涂層容易剝落

13、。陰 角及凹陷處不能有過厚的涂料堆積,否則堆積處可能開裂,如圖 3。2、 SC 水泥砂漿修補劑的涂刷:對于較寬裂縫,先用以上工序進行 SC 界面劑的涂刷, 待界面劑表干(呈透明狀后在涂抹過界面劑的地方進行薄層修補。將制備的修補砂漿,用 木抹子和刮刀加壓刮抹在需要修補的水泥混凝土表面, 裂縫處可以采用加壓揉搓的方法將修 補材料填入縫中,并可在上面壓痕或拉毛 20。如修補凹坑,則可適當加一些碎石 (配比按水 泥砼 。在做大面積修補時,每隔 34m 要留設寬 15mm 的縫,或切縫處理,如圖 4。 SC 材料在水泥混凝土裂縫修復中應用后,必須注意養(yǎng)護,防避雨淋。 圖 3 SC界面劑的涂刷 圖 4 S

14、C水泥砂漿修補劑的涂刷5. 結(jié)語SC 裂縫快速修復材料的早期強度高,后期強度持續(xù)發(fā)展,室內(nèi)試驗表明其強度滿足裂 縫快速修復材料的要求, 且性能優(yōu)異。 在國內(nèi)某大橋的成功應用更是證明了該裂縫修補方法 是一種快速有效的混凝土橋面裂縫處治方法。對于混凝土橋面的細小裂縫,可以直接用 SC 界面劑進行涂抹修復。而對于較大的裂縫,可以先用 SC 界面劑涂抹后,再用 SC 水泥砂漿表 面修補劑進行填充,以達到裂縫修復的效果。目前, SC 裂縫快速修復材料已經(jīng)在路面和橋 面裂縫修復上得到了很好地應用,其在工程應用中的各種特性還有待進一步的研究和開發(fā)。參考文獻1申愛琴主編 . 水泥與水泥混凝土 M. 2002年

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