论混凝土裂缝修补技术及灌浆质量控制

陈 亮,刘 振

(黑龙江省龙建路桥第一工程有限公司)

混凝土是由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而成的非均质脆性材料。由于混凝土的施工、本身变形和约束等一系列问题,使混凝土裂缝成了桥梁工程中最常见的工程病害。轻者使内部的钢筋等材料产生腐蚀,降低钢筋混凝土材料的承载能力、耐久性等;严重的将威胁到人民生命财产的安全。但大部分裂缝都可以通过修补使混凝土结构物恢复原有功能,并且对灌浆的质量控制成为混凝土裂缝修补成功的关键。

1 出现混凝土裂缝的原因

从微观上看,混凝土是由水泥、砂、石、空气、水组成的多相结合体,由于混凝土的组成材料、微观构造以及所收外界影响的不同,混凝土裂缝产生的原因也有很多种。

(1)大体积混凝土水化时产生的大量水化热得不到散发,导致混凝土内外温差较大使混凝土的形变超过极限而引起的裂缝。

(2)混凝土在硬化的过程中由于干缩引起的体积变形受到约束时产生的裂缝,这种裂缝的宽度有时会很大,甚至会贯穿整个构件。

(3)在大厚度的构件中,由于混凝土的塑性塌落受到模板或顶部钢筋的抑制,在浇捣后数小时会发生这种由于混凝土塑性塌落引起的裂缝。

(4)当有约束时,混凝土热胀冷缩所产生的体积胀缩因为受到约束力的限制,在内部产生了温度应力,由于混凝土抗拉强度较低,容易被温度引起的拉应力拉裂从而产生温度裂缝。

(6)在炎热或大风天气,混凝土表面水分蒸发过快以及混凝土水化热高等,在混凝土浇筑后数小时仍处于塑性状态时易产生塑性收缩裂缝。

(7)构件承受荷载所产生的裂缝：如构件在均布荷载或集中荷载作用下产生内力弯矩,出现垂直于构件纵轴的裂缝;构件在较大剪力作用下,产生斜裂缝,并向上、下延伸。

(8)当结构的基础出现不均匀沉降时,结构构件受到强迫变形,而使结构构件开裂,随着不均匀沉陷的进一步发展,裂缝会进一步扩大。

(9)当钢筋混凝土构件处于不利的环境中,如海洋等时,由于混凝土保护层厚度过薄,特别是混凝土的密实性不良,环境中的氯离子和溶于海水中的氧会使混凝土中的钢筋生锈生成氧化铁。氧化铁的体积比原来金属的体积大得多,铁锈体积膨胀,对周围混凝土挤压,使混凝土胀裂。这种裂缝一般沿钢筋方向,比较容易识别。顺钢筋方向的裂缝发生后,更加速了钢筋锈蚀过程,最后导致保护层成片剥落,这种顺筋裂缝对耐久性的影响较大。

工程所在的佳木斯松花江公路大桥在当时应属于先进的桥型,但是由于这种桥型本身的缺点及历史条件的限制,经多年使用T构牛腿及挂梁牛腿均出现结构性裂缝且腹板及顶板均有开裂现象。该桥是我国首座在最北部寒冷地区冬季施工的桥梁,对混凝土后期的收缩、徐变变形影响较大,经过近 18年的运营,大桥混凝土开裂现象更加严重。

2 混凝土裂缝的修补方法

问题出现了,解决它的方法自然而然也随之产生。随着施工经验的发展,现在混凝土裂缝修补的方法有很多,如表面修补法、灌浆嵌缝封堵法、结构加固法、混凝土置换法、电化学防护法、仿生自愈合法等等,其中灌浆嵌缝封堵法又可分为压力注浆法、开槽填补法和涂膜封闭法三种。下面仅就本桥应用的低压灌浆裂缝修补方法进行说明。

2.1 适用范围

适用于宽度为 0.2～3mm的混凝土裂缝修补。

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2.2 材料和机具

桥采用北京冶建工程裂缝处理中心的“工程师”系列AB-1灌浆树脂胶粘剂和专用封缝树脂胶和工程师 TM自动压力灌浆器,其具有低粘度,可灌性、韧性及强度均较好,有效操作时间长,并经历了大量工程实践。

2.3 修补工艺

(1)裂缝的检查。依据检测记录中所述需要加固补强砼裂缝的位置,现场核实裂缝的数量、长度和宽度,并根据实际情况予以增减。

(2)裂缝的表面处理。用钢丝刷等工具,清除裂缝表面的灰尘、浮渣及松散层等污物。然后再用毛刷蘸甲苯、丙酮、酒精等有机溶液把裂缝两侧 20～30mm处擦洗干净,并保持干燥。详见表 1。

表 1 注胶间距与裂缝宽度关系

(3)灌浆嘴的布设。根据裂缝的宽度确定灌浆嘴布设的位置和间距,一般按 15～20cm距离设置一个注入口,注入口位置尽量设置在裂缝较宽、开口较通畅或开叉的部位。用甲苯、丙酮、酒精等有机溶液清洗干净,保持干燥。并保证每条裂缝至少布设两个灌浆嘴。

(4)裂缝表面。为使混凝土缝隙完全充满浆液,并保持压力,同时又保持浆液不大量外渗,对已处理过的裂缝表面用专用封缝胶沿裂缝走向均匀涂刷两遍进行封闭,形成宽度为 4～6cm的封闭带。封缝时防止产生小孔和气泡,保证封闭可靠。

(5)粘贴灌浆嘴。先在灌浆嘴的底盘上抹一层厚约 1～2mm的专用封缝胶,抹专用封缝胶时防止产生小孔和气泡,保证封闭可靠,将灌浆嘴的进浆孔对准预先确定的进浆位置骑缝粘贴压实,然后用细铁丝试探灌浆嘴的可通性。

(6)灌浆机具设备的准备和调试。检查低压灌浆器胶囊是否密闭、连接头是否漏浆,确认无误时方可进行下一道工序。

(7)裂缝封闭用压气法进行检验。专用封缝胶封闭带及灌浆嘴胶泥固化后,进行压气试验,以检查封闭带是否封严。压缩气体通过灌浆嘴,气压控制在 0.2～0.4MPa,此时,在封闭带上及注浆口周围涂上肥皂水,如发现通气后封闭带上有气泡出现,说明该部位漏气,对漏气部位可再次封闭。试气对于竖向裂缝从下向上,斜向裂缝由低端向高端进行。

(8)裂缝灌浆浆液的配制。浆液配制应按照产品配方进行,配制胶液前应将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。浆液一次配备数量需以浆液的凝固时间及进浆速度来确定。

(9)裂缝灌浆操作。

①每条混凝土裂缝灌浆由低端向高端进行,从一端开始压浆后,另一端的灌浆嘴在排出裂缝内的气体后喷出浆液与压入的浆液浓度相同时,停止压浆,灌浆压力为 0.2MPa,然后将出浆嘴封堵。贯通缝须在外表机上进行封缝处理,从另一表面进行灌缝。对于已灌过的裂缝,待浆液固化后将灌浆嘴拆除,并将灌浆嘴处用封缝胶抹平。

②灌浆结束后,检查补强效果和质量,发现缺陷应及时补救,以确保工程质量。

3 质量控制要点

(1)要求认真编制《裂缝灌浆加固施工方案》,并通过有关部门负责人审核、签字盖章。主要内容应能满足设计、施工加固技术、质量标准、施工安全和工期等要求。对结构胶等新材料的运用必须审核《技术鉴定报告》和《推广使用许可证》。

(2)加固用的结构胶、封缝胶、自动压力灌浆器等材料,必须有出厂合格证、出厂质量证明书(或检验报告)、生产许可证等质保证明资料,对结构胶等新材料必须进行现场取样试验鉴定。

(3)检查混凝土结构构件表面的砂浆、浮浆是否打磨清除干净,混凝土表面的平整度、清洁度、干燥度是否满足标准要求。

(4)现场跟踪观察、检查;观察注胶口是否饱满,用取芯机取样检查裂缝灌浆是否饱满。

(5)搞好施工过程的各项工艺、工序交接检查、平行检查、巡检和抽检;上道工艺验收合格,方可进行下道工序的施工。

4 预防和减少混凝土裂缝产生的措施

虽然现在混凝土裂缝修补的方法越来越多,效果也越来越好,但还是要在施工中做到以预防为主,预防混凝土裂缝要做好以下几点。

(1)设计单位应该提出混凝土施工温度控制的具体要求和混凝土施工养护的基本要求,确定外加剂的品种和掺量,确保混凝土收缩与膨胀相抵消。

(2)混凝土配合比控制要求严格,计量要准确,坍落度抽检工作要加强,不能流于形式。

(3)混凝土振捣要密实,拆模后须挂草帘或麻布浇水养护,保持湿润状态 2d。

(4)施工过程中应经常观察模板的位移和混凝土浇捣的密实情况,不能漏振、过振,且在第一次振捣后要进行第二次振捣。

(5)配置大体积混凝土宜使用低水化热水泥,如矿渣水泥,此外可掺加膨胀剂,同时要采用塑料薄膜和草袋覆盖以确保混凝土内外温差小于 25℃。

(6)对于商品混凝土,则要在满足其可泵性、和易性的前提下尽量减小出机时的塌落度,降低砂率,并严格控制骨料的含泥量等。

5 结 语

事前认真细致地对改造加固工程的原结构进行设计复核、对改造加固的设计方案和施工方案进行充分研究与论证,是改造加固工程质量和安全控制成功与否的关键环节。裂缝修补技术,虽然日趋成熟,但目前在施工中尚属于新技术、新材料和新工艺的运用,施工专业性较强,有关封缝胶与混凝土的适配相溶性试验复杂、目前尚不完善,而且关于封缝胶的抗老化等问题,尚无检测资料和实验结论,将有待今后进一步研究、探索。因此,必须要求施工单位委托具有法定检测资质的机构或单位,对原材料和施工成品的验收进行见证检测;工程交工后还应建议建设单位或用户在使用过程中,定期对结构进行观测与维护。在改造加固工程实施的过程中,应成立工程项目专家咨询组,这不但有利于解决工程技术复杂问题和施工疑难问题,促进新技术、新材料、新工艺在工程建设中的运用,而且对提高我省工程建设中的科技含量和工程管理水平,都具有较大的作用和深远意义。