桥梁构件缺陷修复技术

2019-05-16李亚伦王正一向慧文刘雁东

城市建设理论研究（电子版） 2019年32期

李亚伦王正一向慧文刘雁东颜奎

西北民族大学土木工程学院甘肃兰州 730124

针对钢筋混凝土结构混凝土剥落、钢筋锈蚀病害的通常做法是凿除损坏部位混凝土，对锈蚀钢筋除锈处理，旧混凝土界面凿毛植筋后采用比旧有混凝土高一强度等级的混凝土修补加固。然而根据现场实际调查，发现通常的加固方法在桥梁小构件修复上效果并不明显，经过一段时间的运营，很多后期修复材料并不能很好粘结，出现脱落。不仅对原构件没有起到修复的作用，而且修复过程造成梁体构件的二次损伤，甚至形成结构隐患，给后期的养护维修工作带来较大困难。目前对桥梁小构件的研究表明：小构件的破坏特点更多的是因为耐久性不足，导致小构件混凝土开裂、剥落、钢筋锈蚀，造成不能满足结构承载力和刚度要求。目前针对小构件缺损的常用方法是凿除裂化部分混凝土，浇筑新混凝土以填补破损断面。这种修复方法的关键技术问题是劣化修复过程中，界面剂使用不统一，还未证实使用不同界面剂的修复效果。

一、确定最佳的界面剂和修补材料

1.1 实验材料性能

采用C30级混凝土试件，普通硅酸盐水泥PO52.5（诸城市杨春水泥有限公司），细砂和粗骨料；高效减水剂(Q8081PCA液体均衡型聚羧酸系减水剂，减水率37%，氯离子含量0.01%，碱含量0.02%)，自来水；界面剂环氧树脂：型号WSR6101双酚A型液体环氧树脂；固化剂：T31固化剂、防护涂装：氟树脂涂料、粉煤灰。

1.2 实验试件尺寸及配合比

图1 Z形试件单个尺寸（mm）

表1 C30普通混凝土

表2 聚合物混凝土

1.3 Z形试件抗剪试验流程

本试验在研究新旧混凝土界面剪切应力和剪切强度时，为了实现粘结界面剪力的均匀性和加载实验的可操作性，采用Z形直剪试件[1]。按照浇筑旧混凝土→旧混凝土28天养护→旧混凝土粘结界面凿毛处理→界面清理→涂刷界面剂→浇筑新混凝土这一流程进行操作。利用试件抗剪试验对大气环境下修复后小构件界面粘结强度进行评定，界面处理措施见表3。剪切强度实测值列于表4所示。

表3 界面处理方式

1.4 Z形试件抗剪试验结果及分析

表4 剪切强度实测值

通过直剪试验，我们得到如表4的剪切强度实测值。实验时，为了施加轴向集中力，在Z形试件上下各放置一个20cm×2cm×0.4 cm的铁块，使试验机压头的中心位置与Z形试件粘接界面对齐，测出的剪切强度即整个界面平均剪应力。表4中，、、分别为每组中三个Z形试件的剪切强度，（i=［0、1、2、3］）是每组试件的平均剪切强度。由表4可得，选择合适的界面剂和修复材料可以使修复界面的剪切强度大大增加。其中，以水泥净浆为界面剂、普通混凝土为修复材料的修补方式效果最差，依然有27%的提高幅度。以环氧树脂为界面剂、普通混凝土为修复材料的修补方式效果较好，有42%的提高幅度。以环氧树脂做界面剂、环氧树脂聚合物混凝土做修复材料的方式对剪切强度有47%的增幅，效果最优。根据以上数据，可以得出：经过环氧树脂修复后，试件的极限荷载得到提高、断裂能也得到不同幅度的提高，说明环氧树脂加固技术能够有效推迟试件裂缝的再开展，具有良好的修复裂缝的效果[2]。

二、梁体构件缺陷修复

2.1 对梁体的处理

图2为实验梁尺寸及处理断面图。通过抗剪试验研究得到的较好界面处理措施作为梁式构件断面恢复的方法，对制备的梁构件三分点之间进行破损后，采用优化的处理措施，进行断面恢复，具体断面恢复采用表1.3中的措施，采用结构设计原理与室内试验方法对构件的承载力、刚度进行计算并对比分析优化措施的效果。

图2 梁体试件尺寸及断面图

表5 修复措施

2.2 实验流程

实验梁的养护期到，垫木板，拆模具。分为A、B、C三组。A组是对照组(完整梁)，将其放在YJ-2D型结构力学组合试验装置上，测荷载和跨中挠度并记录数据。B组是一根有缺陷未修补的梁，将其放在YJ-2D型结构力学组合试验装置上，测荷载和跨中挠度并记录数据。C组是三根修复后的梁，将其放在YJ-2D型结构力学组合试验装置上，测荷载和跨中挠度并记录数据。

2.3 结果分析

在对破损梁体的断面修复时，最关键的问题就是处理好新旧混凝土界面，确保新旧混凝土之间有足够的粘结强度，以保证修补混凝土与旧有混凝土能够协调工作，达到后期修复的效果[3]。通过对试验过程中的梁体裂缝情况的观测，存在中下部缺失钢筋混凝土梁的抗裂性能要比完好梁低，表现为梁体开裂荷载要小于完好梁。但是对于多层配筋的混凝土梁，部分钢筋出现无粘结病害对梁体的抗裂性能影响不大，梁体开裂情况与完好梁表现大致相同。