桥梁裂缝化学材料灌浆的处理方法探析

陈培

(河南省交通规划勘察设计院有限责任公司,河南郑州 450052)

桥梁裂缝化学材料灌浆的处理方法探析

陈培

(河南省交通规划勘察设计院有限责任公司,河南郑州 450052)

在桥梁建设和使用中,裂缝的出现不可避免,需要采取及时有效的措施,避免造成重大损失。桥梁裂缝产生的原因有很多,但是需要引起建设者足够重视。运用化学灌浆技术修补桥梁裂缝操作方便简单,经济高效。本文对化学灌浆技术的优点、选材和工艺进行了有益的探讨。

桥梁工程 化学灌浆技术 混凝土裂缝

1 桥梁裂缝产生的原因

1.1 设计时考虑有所欠缺,导致桥梁设计不合理而产生的裂缝

一些桥梁设计人员对桥梁的使用情况和所处环境估计不足,桥梁使用时间长了以后,逐渐产生裂缝。比如桥梁结构的形状和外观产生比较大的变化,或者桥梁中的钢筋没有受到很好的保护,防护措施安装不到位,这些原因都会产生裂缝。有些设计人员往往不考虑实际桥梁受力的因素,计算图式不符合实际,也会造成不同程度的裂缝。[1]

1.2 由于天气的原因,尤其是温度的变化也会使桥梁产生裂缝

有些桥梁所处的外部环境季节或昼夜温度变化比较大,其内部结构也产生了温度变化,即使是细微的变化,积累的时间久了,也会出现变形。如果在结构变形的过程中受到不合理矫治,就会出现结构应力,当这种力的强度超出了桥梁所能承受的抗拉强度的时候,就出现了裂缝,有时会造成严重的后果。出了温度变化,日照时间和强度也会使桥梁内部产生温度变化,比如桥面板、主梁、桥墩等重要位置受到剧烈阳光照射后温度显然会高于其他部位,这种受热不均匀的现象使桥梁局部所受的应力不均匀,出现裂缝。

1.3 钢筋遭到腐蚀或锈蚀而引起的裂缝

在建设施工的时候,监理人员的疏忽有时候会使质量较差的混凝土混杂于建材中,钢筋的保护层厚度也可能出现不符合条件的情况。现在城市污染雾霾加重,导致出现的酸雨的可能性和酸雨腐蚀性大大加强,这些腐蚀性物质会是钢筋表层和混凝土表层遭到腐蚀,进而产生裂缝。如果钢筋收到氯化物的侵蚀,其周围出现较高密度的氯离子,也会使钢筋的氧化膜遭到破坏,氧气和水分分子就会与铁离子产生化学反应,出现锈蚀的情况,随着锈蚀面子的加大,钢筋和混凝土的承载力大大降低,膨胀开裂甚至脱落,造成裂缝产生。

1.4 施工工艺的质量不佳导致的裂缝

混凝土所采用的材料包括水泥、砂子、骨料等,如果其中有材料不合格,就会导致裂缝出现。桥梁建设中,混凝土需要经过浇筑、起模、运输、对方和拼装等环节。如果在其中有某个施工工艺不合格或者不按照规定,就会导致施工工艺质量低,这容易在桥梁上产生横竖不一,有斜有正,横向或贯穿的裂缝。如果是结构式细长薄壁,就更容易出现裂缝。

2 裂缝修补的必要性

在当今的桥梁建设中,混凝土是使用最为广泛的材料,也是应用最大的材料。但是就像上述分析那样,大部分混凝土结构桥梁都因为或这或那的原因有裂缝出现。有的裂缝虽然不影响桥梁使用,但是如果裂缝较大或者裂缝出现的位置较为敏感,就可能引发构件承载力的减弱,导致桥梁使用寿命降低,如果不引起足够的重视,甚至会导致桥梁垮塌的危险,给人民群众的生命财产带来巨大损失。桥梁保护层脱落、桥梁钢筋受到严重侵蚀,混凝土出现碳化现象、桥梁承载力和持久强度降低等,都是裂缝现象给桥梁安全带来的巨大隐患。我国《公路养护技术规范》中明确规定了桥梁裂缝的限值,我国《铁路桥梁检定规范》中也对相关裂缝宽度有明确的限值规定。对桥梁裂缝的规范宽度和限值应该得到足够的重视,并根据它进行及时修补,以保证整个桥梁结构的稳定和持久性。在桥梁建设和维护的实践中,除了要遵循上述的规定,还应该根据具体环境考虑裂缝的具体情况和形式,并采取相应的措施。如果是在半年时间内裂缝宽度增大0.1mm以上,就应该判断此裂缝在发展状态中,及时采取措施防止裂缝发展;如果裂缝的宽度没有显著增大,但是裂缝的数量增多,也要立即进行修补;如果裂缝宽度达到0.3mm以上,并且产生结构性危险时,应该立即对桥梁采取整体修护,并查找原因。桥梁的微观裂缝用肉眼有时并不可见,它存在于砂浆或者骨料与砂浆的界面中,但一样应该引起重视。[2]合理科学的设计方案应该使桥梁得到有效加固,对使用性能不产生负面影响,技术成熟可靠,施工简单经济便利,可行性强。

3 化学灌浆技术的选材

关于修补的方法,主要有面处理法、填充法、灌浆法等,对桥梁深层次的裂缝以及贯穿性裂缝可以采用物理性修补方法,比如用风钻、风镐等工具凿除裂缝,在断面上浇筑混凝土。而对裂缝比较严重的桥梁,适宜采用化学灌浆的方法。实际上,化学灌浆方法就是通过化学灌浆泵等设施把配置好的高分子材料粘结剂灌入桥梁裂缝中,利用化学灌浆的扩散、渗透、胶凝等作用,完成对桥梁混凝土裂缝的修补。经修补后的混凝土构件重新粘合在一起,又恢复成一个整体,承载能力和加固能力得到改善,也进一步保护了裸露在外容易遭到侵蚀的钢筋。这种技术是化学与工程学、力学、材料学的相结合。采用化学材料进行灌浆,用以对结构性裂缝进行修补,能够很大程度上提升灌浆材料的可灌性,即使是小于0.3毫米的裂缝,也能够轻松灌入,而且施工操作比较简单方便,在我国越来越受桥梁建设者欢迎。

化学灌浆法采用的材料是主要环氧树脂以及甲基丙烯酸钠,后者也称为甲凝。一般的环氧树脂固化强度能够达到70—120MPa,由乙二胺、增韧剂、稀释剂等组成,是补强、固结灌浆的材料,不管什么原因造成的混凝土开裂,它能够在处理裂缝的过程中发挥重要作用。但是有固结体比较脆弱的缺点。按照稀释剂的种类,环氧树脂灌浆材料可以分为三种。一种是环氧树脂与丙酮、二甲苯等非活性稀释剂混合而成。这种灌浆液能够配制简单方便,使用起来也很简便,粘度较低,在混凝土建筑工程中等到较多运用。第二种是由活性稀释剂与环氧树脂配制成的,由于活性稀释剂比非活性稀释剂的粘度大,因此这种灌浆液粘性大,可灌性受到影响。第三种环氧树脂灌浆材料以糠醛一丙酮稀释剂为混合稀释剂,这种浆液在我国有比较广泛的应用。其中又可分为糖醛丙酮、康叉丙酮、半醛亚胺三种稀释剂。

以上几种化学灌浆材料各有各的优点,但是有个共同的劣势就是不够耐水,亲水性差,而且固结体较为脆弱。随着材料科学的不断创新,目前在桥梁建筑时还有一种比较新型的化学灌浆材料被应用。这种材料被称作EAA,是将普通环氧树脂灌浆材料与甲凝材料结合在一起而配制的。环氧丙酮作为其中的主要体系,与呋喃树脂稀释剂、脂肪胺固化剂、促进剂和AA添加剂等材料相混合。和普通的环氧树脂相比,丙酮在这种材料的体系中不再扮演非活性稀释剂的角色,而是被赋予产生活化作用的使命,以加成作用促使碳链变成大分子结构。

4 化学灌浆技术的工艺

用化学灌浆的方法修补桥梁裂缝,主要经过以下工艺流程:首先对桥梁裂缝进行仔细检查并做及时清理,然后设计布孔,并进行钻孔、清孔、埋进浆咀等一些列工艺,然后对裂缝区进行贯通性和封闭性检查,经过检查将缝区封闭,进行压气试验,接着进行浆液配置与灌浆操作,最后对灌浆工艺进行收尾处理,并对其效果进行质量检查。下面就具体的工艺要点略作说明。[3]

对桥梁裂缝进行修补之前,为了对桥梁结构受损的部位和所有裂缝进行定性和定量分析,需要对裂缝或受损情况进行详细的检查并记录在案。对裂缝的清理需要在裂缝两侧之内,用小锤、手铲等工具把混凝土构件的表面抹平,把突出的部分凿平,再用丙酮清洗以便清除裂缝周围的油污,保证灌浆的效果。

布孔的时候要按照包围布孔的原则,在裂缝面的周围打斜交孔,在其他的部位打直交孔。孔距一般要控制在80cm左右,排距控制在40cm左右,摆成梅花的形状。与顶面侧面相比,下部底部的布孔要相对少一些,之后要进行清孔,把孔部清除干净。化学灌浆材料需要通过嘴子灌入,嘴子也充当着裂缝的排气口,因此应当遵循一定的原则来埋咀,一般是宽的裂缝嘴子稀疏,宽度小的裂缝要密集。在断裂处要单独设咀,在构件的两面进行交错式布置。在埋贴之前要用丙酮把嘴子底盘清洗干净,再将环氧胶泥抹在底盘的周围,但不要把嘴子和裂缝灌浆的通道堵塞。嘴子埋贴完成后,需要把裂缝全部封闭。

为了检查嘴子的畅通情况,封闭工作完成后要先进行压水压气试验。经过试验封闭质量良好,没有渗漏发生就可以进行浆液的配制,然后进行灌浆即可。灌浆时可以采用的方法有手压泵灌注和注射器灌注两种方法,如果裂缝较大适宜采用前者,如果裂缝小,灌浆量少,适宜采用后者。

5 结论与建议

在桥梁建设和使用中,裂缝的出现不可避免,如果不采取及时有效的措施,会对桥梁安全造成重大危害,也会严重危害人民群众的安全健康。随着建筑业与材料学、化学结合的越来越紧密和不断的发展,用化学灌浆修补桥梁裂缝的工艺越来越成熟。这种方法也因其经济实用,方便高效得到越来越多的青睐。化学灌浆材料的运用不仅没有降低桥梁的承载能力,维护了桥梁使用功能,而且节约资源,因此,应该得到桥梁建设者的重视。

[1]许英杰.浅析化学灌浆法在桥梁结构深层裂缝中的作用[J].中国新技术新产品,2012(5).

[2]林增海,唐国军,李思艺.化学灌浆技术在处理桥梁裂缝中的应用[J].桥涵工程,2009(4).

[3]潘中清.混凝土建筑物裂缝化学灌浆关键技术探讨[J].混凝土,2003(5).

陈培(1985.01-),女,硕士研究生学历,毕业于长沙理工大学,建筑与土木工程专业,主要从事交通设计及相关工作。