钢筋混凝土梁新旧裂缝综合修补技术研究

尚永进

（张家口市第一建筑工程有限公司，河北 张家口075000）

0 引 言

混凝土结构裂缝的存在将会影响其耐久性，严重者还会影响结构的承载能力，因此，多数情况下需要对混凝土裂缝进行修复处理.由于常用的裂缝修复技术多种多样，使得裂缝修复的应用具有一定复杂性，而且部分工程由于修复技术选用不合理而出现二次开裂情况.因此有必要对各种裂缝修复技术进行比较分析，选择性价比最优的方法，为裂缝修复工程提供参考依据.本研究提出了新旧裂缝综合修补技术，采用玄武岩纤维水泥砂浆结合低压低速灌浆法对裂缝进行综合修补，并进行了试验研究，根据试验结果和作者工程经验，提出了裂缝修复的基本程序和技术方法，为工程应用提供参考.

1 混凝土梁裂缝修补试验方案

1.1 试件制作

共制作5根梁做为研究试件，梁的尺寸、配筋见图1，修补情况见表3.

加载方式为在距支座500mm处由分配钢梁来实现加载，采取分级加荷，在纵筋应变接近屈服应变时，根据试验情况适当增加荷载级别以确定屈服荷载.

钢筋与混凝土的实测力学指标见表1.

图1 钢筋混凝土试验梁的模板及配筋图

1.2 综合修补试验方案

5根试验梁均加载至20KN以后卸载，此时受拉钢筋还未屈服；二次加载前对干缩裂缝及受力裂缝用低压低速灌浆法进行裂缝处理，然后分别对修补界面采用两种方法处理，其中一个试件未作裂缝修补做对比梁；由于老混凝土表面的粗糙度对新老混凝土界面粘结强度有很显著的影响，为了使修补界面获得较好的粘结性能，将老混凝土表面凿毛，露出石子，表面粗糙度约为2～3mm，再用清水冲净.然后在界面涂一层水泥净浆作为界面剂，厚度在1mm，左右，再在上面补上一层25mm厚的玄武岩纤维水泥砂浆.然后将5根试验梁重新二次加载至梁破坏，采集梁的裂缝、开裂荷载、挠度等试验数据以作分析.

1.3 低压低速灌浆施工工艺

1.低压低速灌浆法采用的设备

YJ－自动压力灌浆器：长度为26cm，弹簧压力为60Kpa质量为60g，一次装入树脂量为50g，一次有效注入量40g，注入不足时可继续补充，并可直接观察和确认注入情况.角向磨光机：电压220v，频率50Hz，转速11000r／min.

2.低压低速灌浆材料的选用

AB灌浆树脂：溶剂型，粘度60－100mPa／20C，抗压强度≥35MPa，拉伸强度＞15MPa，粘结强度＞3.0MPa，无延伸率，可灌缝宽度＞0.1mm，较细裂缝用，低粘度，高强度，干燥环境用.甲∶乙＝4∶1.JH－高强封缝胶：10min初凝，1h终凝，用于微细裂缝表面封闭.甲∶乙＝100∶2.

3.灌浆法施工工艺

①基层处理：清除裂缝表面的灰尘、油污；

②确定注入口：一般按150～200mm距离设置一个注入口，注入口位置尽量设置在裂缝较宽、开口较通畅的部位，贴上胶带，预留；

③封闭裂缝：采用YJ—快干型封缝胶，沿裂缝表面涂刮，留出注入口；④安设塑料底座：揭去注入口上胶带，用封缝胶将底座粘于注入口上；

⑤安设灌浆器：将配好的灌浆树脂注入软管中，把装有树脂的灌浆器旋紧于底座上；

⑥灌浆：松开灌浆器弹簧，确认注入状态，如树脂不足可补充再继续注入；

⑦注入完闭：待注入速度降低确认不再进胶后，可拆除灌浆器，用堵头将底座堵死；用过的灌浆器应立即用酒精浸泡清洗保存，以便下次使用，切不可以用其他稀料清洗；树脂固化后敲掉底座及堵头，清理表面封缝胶.

1.4 玄武岩纤维水泥砂浆制备

玄武岩纤维采用乱向、短切的纤维（平均长度5mm）.单丝直径9μm，抗拉强度2322Mpa，弹性模量129Gpa，密度2.8g／cm3.分散纤维需要甲基纤维素、硅粉等分散剂.

玄武岩纤维水泥砂浆配比见表2.首先将分散剂（甲基纤维素）在水中溶解，加入玄武岩纤维消泡剂，搅拌至纤维丝均匀分散.再将此混合物、水、砂、水泥、硅粉放入自制的搅拌器中按预先设定好的程序搅拌5min，然后加入减水剂和早强剂，再搅拌5min，直到玄武岩纤维被均匀分散.

1.5 试验过程及量测内容

（1）混凝土浇筑之前，在纵筋和箍筋的不同部位分别按一定间距粘贴应变片，通过静态电阻应变仪记录各级荷载作用下钢筋的应变数值.

（2）在梁跨中顶面及梁底面处分别贴两片应变片，梁两侧分别粘贴三片应变片，通过静态电阻应变性记录各级荷载作用下混凝土的应变值.

（3）在梁支座及跨中处设置百分表以量测跨中挠度，由X－Y函数记录仪绘出梁挠度曲线.

（4）首先进行梁的加荷试验，加载至钢筋恰好屈服，使之由于钢筋塑变产生主裂缝.记录钢筋应变、开裂荷载、屈服荷载、裂缝宽度、裂缝间距等.

（5）对产生的弯曲裂缝及受剪斜裂缝使用低压低速灌浆法进行修补，修补完毕后敷设玄武岩纤维水泥砂浆面层，然后二次加载，观察被修补梁的裂缝、挠度等发展情况.以验证低压低速灌浆法及玄武岩纤维综合修补技术对构件刚度和抗裂度的影响.

表1 钢筋与混凝土的实测力学指标

表2 玄武岩纤维水泥砂浆配比

2 试验结果分析

采用玄武岩纤维水泥砂浆修补方法修补的梁与未修补梁在承受荷载时裂缝的出现、发展以及梁的破坏形式都有很大的差别.根据梁的裂缝发展特点，可将裂缝发展分为两个主要阶段.以新老混凝土的粘结界面出现裂缝为分界，在此之前，粘结界面尚未开裂，修补对梁裂缝的发展没有影响，此时新老混凝土能很好的共同工作，每根梁的裂缝出现情况都与普通整体梁相似.

在第二个阶段，当梁上正截面竖直裂缝、斜裂缝发展到达新老混凝土的粘结界面时，原混凝土梁由于混凝土抗拉强度较低，裂缝就沿薄弱的区域开展.而在玄武岩纤维水泥修复砂浆修补梁中，由于新老混凝土良好的粘结性，裂缝通过粘结界面继续朝上发展，并贯穿新补混凝土层，最后梁的破坏形势与整体梁的破坏形势基本一致.

由试验结果表3可见，未修补梁BI－1随荷载等级的不断提高一直到梁被破坏，原混凝土梁的正截面裂缝和斜裂缝开裂荷载很低，裂缝发展较快，裂缝宽度较大，破坏时梁的有效高度急剧降低而受压区混凝土压碎而告破坏.而采用综合修复方法修补的梁修补上去的水泥砂浆层能很好地起到与老混凝土协同工作以抵抗外荷载的作用，开裂荷载得到显著提高，最大可提高66%，修补梁裂缝宽度较未修补梁有较大改善，裂缝分布特点是细而密，其最大裂缝宽度可减少30%左右，挠度最大减少20%，被修补梁的刚度得到明显提高.

表3 试验梁的修复裂缝情况与主要试验结果

3 结 论

为解决修补结构耐久性的问题，减少由于新老混凝土收缩差在新混凝土中引起的收缩裂缝及受力裂缝，以及提高抗裂性能，本研究提出了在二次加载前先用低压低速灌浆法对受力及收缩裂缝做环氧树脂灌浆处理，然后用玄武岩纤维水泥砂浆做修补过渡层的新修补方法.试验表明，这种新旧裂缝综合修复方法能够有效地减少新混凝土中的裂缝数量及宽度，其最大裂缝宽度可减少30%左右，梁的开裂荷载提高最大66%，挠度也得到有效控制.此外这种修补方法还可以有效提高被修补结构的整体性.使修补梁的破坏形式与整体梁基本相似，克服了传统的修补梁修补层在破坏时脱落严重的缺陷.而且这种修补方法具有更好的技术经济性，对施工水平要求也较低，因此具有更大的发展前景.