橋梁裂縫修補材料及技術(shù)
咨詢:139 8363 5912申工
一,前言
近年來,我國橋梁工程雖然取得了飛速發(fā)展,但依然存在一些問題和不足需要改進(jìn),在建設(shè)社會主義和諧社會的新時期,加強(qiáng)對橋梁裂縫注漿修補材料及技術(shù)的控制,對確保橋梁工程的質(zhì)量有著重要意義。
二,橋梁裂縫注漿修技術(shù)的重要性
隨著時間的推移,我國舊橋,病橋,危橋的數(shù)量將不斷增多,交通運輸量的迅速增長,我國危橋數(shù)量在不斷增多,這些橋梁將不同程度存在著各種病害,問題,如何對這些橋梁進(jìn)行加固,改造已是一項非常龐大的重要的工程。因此如何通過對舊危橋的維修,加固,改造,使其恢復(fù)或提高承載力,確保交通運輸?shù)陌踩悄壳昂徒窈竺媾R的任務(wù)。若將其拆除重建,不僅要耗費大量資金,而且工期也較長;若有計劃,有步驟的對現(xiàn)有舊橋進(jìn)行加固改造,橋梁加固后,可以延長橋梁的使用壽命,用少量的資金投入,使橋梁能滿足交通量的需求,還可以緩和橋梁投資的集中性,為國家?guī)砭薮蟮慕?jīng)濟(jì)和社會效益。
三,橋梁出現(xiàn)裂縫的原因
1.荷載引起的裂縫
混凝土橋梁在靜,動荷載及次應(yīng)力下產(chǎn)生的裂縫稱荷載裂縫,主要有直接裂縫,次應(yīng)力裂縫兩種。直接應(yīng)力裂縫是指外荷載引起的直接應(yīng)力產(chǎn)生的裂縫;次應(yīng)力裂縫是指由外荷載引起的次生應(yīng)力產(chǎn)生裂縫。
(一),設(shè)計計算階段
結(jié)構(gòu)計算時不計算或部分漏算;計算模型不合理;結(jié)構(gòu)受力假設(shè)與實際受力不符;荷載少算或漏算;內(nèi)力與配筋計算錯誤;結(jié)構(gòu)安全系數(shù)不夠。結(jié)構(gòu)設(shè)計時不考慮施工的可能性;設(shè)計斷面不足;鋼筋設(shè)置偏少或布置錯誤;結(jié)構(gòu)剛度不足;構(gòu)造處理不當(dāng);設(shè)計圖紙交代不清等。
(二),施工階段
不加限制地堆放施工機(jī)具,材料;不了解預(yù)制構(gòu)件受力特點,隨意翻身,起吊,運輸,安裝;不按設(shè)計圖紙施工,擅自更改結(jié)構(gòu)施工順序,改變結(jié)構(gòu)受力模式;不對結(jié)構(gòu)做機(jī)器振動下的疲勞強(qiáng)度驗算等。
。ㄈ ,使用階段
超出設(shè)計載荷的重型機(jī)械搬運安置過程中的接觸,撞擊;發(fā)生大風(fēng),大雪,地震,爆炸等。
2.溫度變化引起的裂縫
混凝土具有熱脹冷縮性質(zhì),當(dāng)外部環(huán)境或內(nèi)部溫度發(fā)生變化,混凝土將發(fā)生變形,若變形遭到約束,則在結(jié)構(gòu)內(nèi)將產(chǎn)生應(yīng)力,當(dāng)應(yīng)力超過混凝土抗拉強(qiáng)度時即產(chǎn)生溫度裂縫。在某些大跨徑橋梁中,溫度應(yīng)力可以達(dá)到甚至超出活載應(yīng)力。溫度裂縫區(qū)別其他裂縫最主要特征是將隨溫度變化而擴(kuò)張或合攏。混凝土硬化期間水泥放出大量水化熱,內(nèi)部溫度不斷上升,在表面引起拉應(yīng)力。后期在降溫過程中,由于受到基礎(chǔ)或原有混凝上的約束,又會在混凝土內(nèi)部出現(xiàn)拉應(yīng)力。氣溫的降低也會在混凝土表面引起很大的拉應(yīng)力,有時溫度應(yīng)力可超過其它外荷載所引起的應(yīng)力,當(dāng)這些拉應(yīng)力超出混凝土的抗裂能力時即會出現(xiàn)裂縫。因此掌握溫度應(yīng)力的變化規(guī)律對于進(jìn)行合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計和施工極為重要。
3.收縮引起的裂縫
在實際工程中,混凝土因收縮所引起的裂縫是最常見的。在混凝土收縮種類中,塑性收縮和縮水收縮(干縮)是發(fā)生混凝土體積變形的主要原因,另外還有自生收縮和炭化收縮。研究表明,影響混凝土收縮裂縫的主要因素有:水泥品種,標(biāo)號及用量,骨料品種,水灰比,外摻劑,養(yǎng)護(hù)方法,外界環(huán)境,振搗方式及時間。
4.地基變形引起的裂縫
由于基礎(chǔ)豎向不均勻沉降或水平方向位移,使結(jié)構(gòu)中產(chǎn)生附加應(yīng)力,超出混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉能力,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂;A(chǔ)不均勻沉降的主要原因有:地質(zhì)勘察精度不夠,試驗資料不準(zhǔn);地基地質(zhì)差異太大;結(jié)構(gòu)荷載差異太大;結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)類型差別太大;地在凍脹;橋梁基礎(chǔ)基于滑坡體,溶洞或活動斷層等不良地質(zhì)時,可能造成不均勻沉降。
5.鋼筋銹蝕引起的裂縫
由于混凝土質(zhì)量較差或保護(hù)層厚度不足,混凝土保護(hù)層受二氧化碳侵蝕炭化至鋼筋表面,使鋼筋周圍混凝土堿度降低,或由于氯化物介入,鋼筋周圍氯離子含量較高,均可引起鋼筋表面氧化膜破壞,鋼筋中鐵離子與侵入到混凝土中的氧氣和水分發(fā)生銹蝕反應(yīng),其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長約2~4倍,從而對周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力,導(dǎo)致保護(hù)層混凝土開裂,剝離,沿鋼筋縱向產(chǎn)生裂縫,并有銹跡滲到混凝土表面。由于銹蝕,使得鋼筋有效斷面面積減小,鋼筋與混凝土握裹力削弱,結(jié)構(gòu)承載力下降,并將誘發(fā)其它形式的裂縫,加劇鋼筋銹蝕,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。
要防止鋼筋銹蝕,設(shè)計時應(yīng)根據(jù)規(guī)范要求控制裂縫寬度,采用足夠的保護(hù)層厚度(當(dāng)然保護(hù)層亦不能太厚,否則構(gòu)件有效高度減小,受力時將加大裂縫寬度);施工時應(yīng)控制混凝土的水灰比,加強(qiáng)振搗,保證混凝土的密實性,防止氧氣侵入,同時嚴(yán)格控制含氯鹽的外加劑用量,沿海地區(qū)或其它存在腐蝕性強(qiáng)的空氣,地下水地區(qū)尤其應(yīng)慎重。
6.凍脹引起的裂縫
大氣氣溫低于零度時,吸水飽和的混凝土出現(xiàn)冰凍,游離的水轉(zhuǎn)變成冰,體積膨脹9%,因而混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力;同時混凝土凝膠孔中的過冷水(結(jié)冰溫度在-78度以下)在微觀結(jié)構(gòu)中遷移和重分布引起滲透壓,使混凝土中膨脹力加大,混凝土強(qiáng)度降低,并導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。尤其是混凝土初凝時受凍最嚴(yán)重,成齡后混凝土強(qiáng)度損失可達(dá)30%-50%。冬季施工時對預(yù)應(yīng)力孔道灌漿后若不采取保溫措施也可能發(fā)生沿管道方向的凍脹裂縫。
7.施工材料質(zhì)量引起的裂縫 h
混凝土主要由水泥,砂,骨料,拌和水及外加劑組成。配置混凝土所采用材料質(zhì)量不合格,贍艿賈陸峁鉤魷至遜。燃偤水泥、砂、石骨料、壹s鞍韜退巴餳蛹戀取?nbsp;
8.施工工藝質(zhì)量引起的裂縫
在混凝土結(jié)構(gòu)澆筑,構(gòu)件制作,起模,運輸,堆放,拼裝及吊裝過程中,若施工工藝不合理,施工質(zhì)量低劣,容易產(chǎn)生縱向的,橫向等各種裂縫,特別是細(xì)長薄壁結(jié)構(gòu)更容易出現(xiàn)。
四,橋梁裂縫處理方法分析
目前混凝土裂縫處理的方法有很多:如注漿法,表面處理法,開槽填充法,電化學(xué)防護(hù)法,仿生自愈合法等。注漿法適用于寬度為0.12~0.15 mm的混凝土裂縫修補。表面處理法適用于寬度小于0.12mm的微細(xì)裂縫的修補,也可用于混凝土外表面的裝飾和防水處理,以及防止混凝土保護(hù)層的碳化和有害離子對混凝土的腐蝕。開槽填充法適用于結(jié)構(gòu)允許開槽而寬度較大但數(shù)量不多的裂縫,如墩臺或路面混凝土的裂縫。
1.橋梁裂縫僅進(jìn)行表面封閉涂裝可能帶來的后果分析
混凝土橋梁梁體由于承受車輛荷載的作用,而且往往處于風(fēng),雨,陽光等直接作用下,因此橋梁結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的裂縫大多是隨時間而變化的活動裂縫。對于活動裂縫,由于表面處理法無法深入到裂縫內(nèi)部,對裂縫的擴(kuò)展往往無法追蹤其變化。而且表面涂裝層受陽光的直接照射,這樣就加速了表面涂裝材料的老化,從而引起涂裝層產(chǎn)生裂紋,粉化甚至脫落。涂裝層破壞以后,外界環(huán)境的水分就可以很容易進(jìn)入結(jié)構(gòu)內(nèi)部,從而造成鋼筋銹蝕,凍融破壞及堿集料反應(yīng)等耐久性破壞。再者,僅進(jìn)行裂縫表面封閉涂裝處理的混凝土橋梁,開裂梁體仍未膠結(jié)成一整體,這樣處理后的梁體剛度及疲勞性能仍與未處理前一樣沒有得到任何提高。
2.注漿修補對活動裂縫的約束影響分析
對于非穩(wěn)定型的橋梁裂縫,最有效的處理方法是采用注漿和表面涂裝進(jìn)行綜合處理。裂縫注漿根據(jù)灌漿化學(xué)成分以及效果的不同,分為剛性注漿與柔性注漿。剛性注漿一般采取水泥漿,普通環(huán)氧樹脂一類的灌漿材料。其特點是強(qiáng)度高,力學(xué)性能好,但一般脆性高,當(dāng)其灌注活動裂縫時,由于裂縫寬度的變化,往往會沿漿液與混凝土的界面產(chǎn)生貫通的脫粘層或在裂縫附近產(chǎn)生新的裂縫或在漿體中部產(chǎn)生通縫,如圖1(b)所示,因此其只能用以灌注穩(wěn)定裂縫。柔性注漿一般根據(jù)結(jié)構(gòu)裂縫活動特征采用適當(dāng)柔韌性的注漿材料,裂縫注漿修補后,即使裂縫寬度發(fā)生變化,但是其變化幅度由于注漿液的約束作用得到了大大的減小,注漿液與混凝土之間也不會發(fā)生貫通的脫粘層,更不會在裂縫附近產(chǎn)生新的裂縫,如圖1(c)所示。采用柔性注漿和表面涂裝綜合處理的活動裂縫,即使表面涂裝層產(chǎn)生裂紋,粉化等現(xiàn)象,失去了阻隔外界有害物質(zhì)進(jìn)入混凝土內(nèi)部的能力,裂縫深部的柔性注漿液仍能阻擋水分的進(jìn)入,這樣就保證了結(jié)構(gòu)的長期耐久性。再者,注漿液能使開裂的混凝土結(jié)構(gòu)膠結(jié)成一整體,恢復(fù)混凝土結(jié)構(gòu)的各項功能。
3.注漿修補技術(shù)
注漿修補采用日本SHO-BOND公司研究開發(fā)的/壁可法0注漿工藝。/壁可法0是利用注漿器上加力器的壓力(約300 kN/m2),保持低壓持續(xù)灌注(保壓時間可持續(xù)1~2 h),利用加力器的彈性自動完成注漿。該方法可灌注的最小縫寬為0102 mm,此方法可將灌注材料可靠地注入裂縫細(xì)小的末端中。注漿前應(yīng)仔細(xì)檢查梁體裂縫情況,確定需要注漿施工的裂縫數(shù)量,根據(jù)裂縫確認(rèn)注漿嘴粘貼位置,進(jìn)行標(biāo)識,并準(zhǔn)備好腳手架,注漿機(jī)具等!氨诳煞ā笔┕すに嚍:裂縫表面處理→粘貼注漿嘴→裂縫封閉→封縫檢查→配制注漿液→注漿→結(jié)束→檢驗。
4.現(xiàn)場試驗
采用以上所選材料及技術(shù), 2005年7月對該工程的其中兩孔梁進(jìn)行了現(xiàn)場裂縫修補試驗,試驗完成一年后,前往工程現(xiàn)場對其進(jìn)行了質(zhì)量檢驗。
。ㄒ唬,只注漿未涂裝施工的梁體的裂縫附近沒有出現(xiàn)新的裂縫。
。ǘ,注漿并涂裝施工完成的涂裝層表面光潔,色澤鮮艷,目視無明顯變色,起泡,開裂,脫落,粉化,斑點等老化現(xiàn)象。
。ㄈ,現(xiàn)場鉆取芯樣檢驗表明,采用柔性注漿液注漿處理的裂縫,其注漿液與混凝土界面沒有產(chǎn)生貫通的脫粘層,漿體中部也沒有產(chǎn)生通縫,注漿修補后的混凝土騎縫芯樣如圖2所示。
五,結(jié)束語
橋梁裂縫注漿修補材料及技術(shù)至關(guān)重要,因此,在橋梁工程的后續(xù)發(fā)展中,要不斷提高管理人員素質(zhì),加強(qiáng)對縫注漿修補技術(shù)的重視,嚴(yán)格管理體系,促進(jìn)橋梁裂縫注漿修補技術(shù)水平的提高。