连续梁体混凝土缺陷修复技术

殷 军 波

(中铁十八局集团天津国际工程公司,天津 300222 )

沙特麦加轻轨阿拉法特-1桥工程设计为现浇连续梁方案[1].其工法采用支架现浇施工，梁体混凝土采取一次浇筑成型[2].由于受现场制梁环境等多种因素所限，竣工后发现梁体出现裂缝、蜂窝、混凝土松散、钢筋外露等质量缺陷，这些缺陷会给桥梁承载以及日后运营带来很大的安全隐患.

1 混凝土缺陷修复的重点及难点

缺陷修复工程的重点是处理梁体表面的结构裂缝、孔洞、钢筋外露、蜂窝麻面等质量缺陷，使其修复后尽可能达到或超过设计时应有的混凝土强度和承载能力[3].

施工难点在于梁体已经浇筑成型，不能采用一般的施工工艺和材料.因此施工中技术方面采用一种特殊要求的修补加固材料(改性环氧树脂聚合物)，它是由一种有机质、高分子化学物质聚合物，自身的结构由不同种类的高分子物质组成，进而体现了高分子合金的特性，且它与新旧混凝土的黏接性能十分优异，由改性环氧树脂制备的混凝土体现出良好的特性[4].

利用改性环氧树脂水泥砂浆充分地填充钢筋混凝土缝隙，另外，施工过程中结构物为了能够提高钢筋混凝土内的承载力，存在缺陷部位修复后的结构物的钢筋混凝土表面粘贴碳纤维布起到加强作用.

2 混凝土缺陷修复技术方案

2.1 孔洞、露筋修复方案

针对连续梁梁体结构中常见较大的孔洞、钢筋局部裸露的情况，首先将孔洞周围的疏松混凝土和软弱浆膜凿除，用钢丝刷或压力水冲洗干净后，填入石子;支模;预埋孔口管后，采用改性环氧树脂水泥砂浆进行压力灌浆.然后，应用低黏度的环氧树脂水泥砂浆施工方法使用劈裂灌浆促使孔洞能够充分的补强密实.针对部分拉筋外露问题，先将多余部分凿去，采用与混凝土同强度等级的环氧树脂水泥砂浆将其抹平[5].

2.1.1 方案选择

1)环氧树脂水泥砂浆压力灌浆

改性环氧树脂水泥砂浆，具有优良的力学性能、机械性能、耐化学介质性能、耐老化性能及良好施工性能等诸多优点，并且它与新旧构件的粘接性能十分优异，由它制备的聚合物水泥砂浆或混凝土具有优越的性能[6].

改性环氧树脂水泥砂浆的规范要求的配合比∶水泥∶水∶细骨料∶改性环氧树脂∶减水剂=95∶35∶225∶12∶6.

2)应用低黏度的环氧树脂水泥砂浆进行裂缝灌注

①主材组成结构

比选酮材料体系的基础上，在先选亲水性表面活性剂和亲水性固化剂以后，渗水条件下，即使在裂缝为0.01 mm情况下，也能够渗透过墙体发生固结作用，进而达到防渗补强的效果[7].

糠醛、丙酮本身具有的黏结度非常的低，能够溶解环氧树脂，从而形成一种均匀的液体体系，环氧树脂的碱性固化剂发生化学反应，生成一种叫呋喃树脂的物质，其呈现网络结构，能够把混凝土和普通岩石牢固黏接在一起，并且穿透能力极强，从而使裂缝充分的填塞.在低温的条件下，具有固化快、气味浓度小、耐水性及耐老化等性能，缺点是不能在潮湿的环境中发生固化作用[8].

糠醛-丙酮混合物质的环氧灌浆材料，主要的配合比，如表1.

表1 糠醛-丙酮混合稀释体系的环氧灌浆材料组成

糠醛-丙酮环氧树脂混合物中加入聚酰胺650作固化剂，分别在潮湿和有水条件下得到树脂技术性能参数，见表2.

表2 树脂固结体技术性能参数

注:养护龄期为30 d,温度为25 ℃.

②固化原理

环氧树脂混合物进行缩合或交联.内部掺和糠醛-丙酮混合的环氧树脂混合物中添加亲水性促进剂可以大大的提高物质本身的早期强度，不但增加了固化物本身的韧性，而且提高混合物的亲水性能，进而提高了黏接的相对强度[8].

在碱性条件下发生的缩合化学反应[9].

首先发生的加成反应：

然后发生的脱水反应：

丙酮施工过量时，当糠醛与丙酮的比值小于1(物质的量的比)，会发生另一种化学反应，聚合成糠醛-丙酮树脂[10]：

3) 粘贴碳纤维布进行补强

①碳纤维布性能指标，见表3.

表3 碳纤维布复合材料的安全性及适配性合格指标

②胶粘剂

胶粘剂的安全性、实用性及其与碳纤维布的机制适配性应满足《混凝土结构加固设计规范》[11]的规范要求，表4为A级胶的设计验收指标.

表4 碳纤维布胶粘剂的安全性及适配性合格指标

③胶粘剂配制

预配制进行的包装:首先两种物质各搅拌均匀;迅速将B组物质快速加入A组物质，低速搅拌4 min,观察外表液体均匀一致,尽量没有大量气泡即可[12].

非预配制进行的包装:将两组物质按照要求的比例放在一个容器内，低速进行搅拌.施工中为了能够达到在高温环境的条件下延长结构使用寿命要求，将两种物质均匀混和之前，降低两种物质自身的温度[13].

2.1.2 施工工艺

施工工艺流程如图1所示.

图1

①基层处理

基层处理必须具备两个必要条件：

a基层首先坚固，对于松散的材料必须清除，不能够有杂质.用高压水枪冲洗毛面，清除掉渣土和灰尘，进行结构物表面凿毛处理，裸漏出骨料，凿毛深度设计要求为8 mm[14].

b外露的钢筋用钢丝刷将钢筋上的水泥浆清除干净.

②填入石子，石子粒径为5～10 mm.

③模板选择

模板形式除采用传统模板外，也可采用保温一体化模板.

④改性环氧树脂水泥砂浆压力灌浆

预埋孔口管，再将按配合比配置好的改性环氧树脂水泥砂浆灌人孔洞中，使其充填密实.施工班组在灌浆过程中，现场按照要求施工，防止钢筋、高大的模板及加固结构等的水平、竖向移动和本身的变形.

⑤低黏度环氧树脂水泥砂浆裂纹灌注浆液

首先，施工班组需要特殊处理压密周围松动的土体，当注浆压力达到一定值时，浆液流动会使地层产生裂缝，形成条状胶结物质.

⑥底面涂刷

结构物的表面进行均匀涂刷底层树脂，要注意有规律，均匀而匀速地进行涂刷施工，涂刷的表观质量必须达标.

⑦粘贴碳纤维布

首先，腻子因固化的作用固结，现场可依据碳纤维布的宽度，技术员进行放线，进而确定碳纤维布的坐标，按照实际的长度布设碳纤维布，编制编号.然后按照放线的具体位置进行涂抹树脂的施工，当第一条完成时，粘贴相应编号的碳纤维布，注意碳纤维布和混凝土夹层间不能有气泡，当树脂渗出边沿时，才可进行下一步的施工.在施工完毕的碳纤维布表面结构涂抹最后一遍树脂，施工结束[15].

⑧表面防护

碳纤维布施工完毕后，外表层已经具备优异的抗腐蚀性、抗紫外线性能，试验证明在自然条件下50 a不会发生劣化.为了达到结构的美观，当物质固化后需要进行表结构物的表面喷涂.

2.1.3 注意事项

施工过程中项目为了能够有效地提高修复加固桥梁自身结构的承载力.施工班组需注意以下几点.

1)碳纤维的粘贴方式.针对结构受力特性及缺陷，粘贴碳纤维布的方向是不同的要求.施工中为了能够提高抗弯能力，碳纤维的单向布方向应是顺桥向；为了提高抗剪强度，碳纤维布粘贴方式应是环箍向(U形)或是在腹板45°方向上;对于墩柱等基础结构，采用环箍方式，使之成为三向受力构件，方可大大提高承压强度.同时还要根据原结构的配筋情况或受力部位，依据加固设计情况调整碳纤维的方向和层数(如可根据弯矩影响线、从跨中向两端逐级递减碳纤维布的层数)，使结构受力更均匀，同时也更经济.

2)在进行工艺流程中第④步工序时，修平工作将影响总体的效果，在施工过程中必须粘贴平整，严重的情况下造成碳纤维布的破坏.因而上述第④步工序的质量要求必须高度重视.

3)在施工过程中，碳纤维布的搭接长度和位置也是相对重要的，对于碳纤维受力方向的搭接长度应满足15 cm.非受力方向现场进行施工时一般规范要求搭接4 cm.

4)工艺流程中第⑦步工序开始之前，要对碳纤维布的粘贴效果进行仔细检查，对于有气泡的部位要补环氧树脂胶，通常开小孔用注射器注射.PVC管活塞如图2所示.

图2 PVC管活塞推进法灌胶示意图

2.2 混凝土麻面、蜂窝修复方案

对于连续梁体结构物表面的凹坑麻点或蜂窝，采用聚丙烯酸酯硫铝酸盐水泥砂浆进行修复处理.

2.2.1 方案选择

聚合物水泥砂浆的操作方法与水泥砂浆相同，一般摊铺处理，具有许多优越性，抗裂性比普通水泥砂浆好，其黏结强度、抗水、抗及耐冻等性能比较高，是一种性能较好的修补材料，见表5、6.

表5 物理力学性能比较

表6 聚合物硫铝酸盐水泥砂浆的耐蚀注能

注:表中使用温度系指无腐蚀条件下的温度.

2.2.2 聚合物砂浆作用的基本原理

聚合物改性快速修补胶是一种市场需求高新型的修补物质胶，主要应用于修补破碎的混凝土裂缝.采用聚丙烯酸精新技术和特种水泥等配制新型产品，具有黏结力比较强、韧性相对较高以及耐候性极好等特点.正因为聚合物及其他活性化合物的加入，大大改善了原料的物理特性.包括：

1)活性.化合物物质的表面活性剂主要具备高减水的特性标准要求，能够有效的进行施工的分散水泥颗粒状结构物，从而改变了砂浆的和易性，有效的提高砂浆的本身物理特性.

2)桥键.化合物中分子的活性基因与水泥水化作用下游离的Ca2+、Al3+等阳离子进行等价交换，形成一种特殊作用的桥键，水泥颗料四周通过物理和化学作用生成一种连续相.聚合物膜有效降低聚合物的弹性模量，改变水泥浆的物理结构，从而产生的细微间隙有效的减少,大大地提升了原材料的破坏应力.此外，因为聚合物的桥键发挥相对的作用，不但明显地改善了新老混凝土的黏结特性，而且大幅度改变了材料自身的内聚性能，进而获得了较好的耐磨性质.

3)封闭.化合物凝聚之后形成一种细密的薄膜，填充在水泥颗粒的间隙之间，阻断砂浆或混凝土与外界环境的联通通道，有效的阻隔了水分和其他危害物质的侵入.

2.2.3 原材料的选择及应用

聚丙烯酸酯溶液的质量要求系数见表7.

表7 聚丙烯酸酯溶液呈变

细骨料的技术指标见表8.

表8 细骨料的技术指量标准

细骨料的颗粒(耐酸)级配见表9.

硫铝酸盐水泥技术指标见表10.

表9 细骨料的颗粒(耐酸)级配

表10 硫铝酸盐水泥技术指标

砂浆配合比见表11.

表11 化合物中水泥复合砂浆配合比

2.2.4 施工工艺

施工工艺流程：基层处理——砂浆配制——砂浆打底——抹面——工具清洗——养护

1)基层处理

① 基层一定是坚实的，对于松散的材料以及不稳固的材料必须清除.可以使用尖锤或水车等工具进行清除.

② 基层一定是要干燥整洁.尘埃和碎屑使用空压机清理干净.

2)砂浆配制

按照规范要求的配合比制备人工配制的聚合物水泥砂浆，搅拌均匀的砂浆不允许数次搅拌.

3)砂浆打底

在混合物水泥砂浆喷涂之前，应用聚合物水泥砂浆喷射一层薄膜，喷涂均匀美观.

4)抹面

聚合物水泥的施工时用抹子将砂浆分段摊铺并压实.聚合物水泥砂浆施工完毕后，不允许在初凝后再次使用抹刀压光，主要是因为反复抹压将会使表面形成断裂进而产生龟裂.

5)工具清洗

聚合物砂浆对任何物体具有较好的黏结力，因此工具必须及时清洗，初凝前采用清水清洗的方法.

6)养护

聚合物水泥砂浆在施工防腐工程以后，采用湿湿法作业进行养护72 h.

2.3 混凝土裂缝修复方案

针对桥梁局部出现的横向、纵向、网状等结构裂缝，拟采用低黏度环氧树脂水泥砂浆进行灌浆.

2.3.1 方案选择

混凝土开裂是桥梁普遍存在的质量问题，桥梁裂缝修补材料受高分子聚合物材料的性能影响，黏度大约为500～5 000 MPa·s，最小仅能灌筑1 mm左右的裂缝.但目前普通的环氧树脂只可在干燥的工作面上对裂缝进行修补，跨河桥梁工作面大多相对湿度大于85%,且环境湿度易变,导致普通环氧树脂的使用受到很大的限制.为保证裂缝处置效果，可以加入固化剂和活性剂，从而解决在潮湿的环境下产生裂缝的问题.

裂缝修补胶和裂缝修补用聚合物水泥灌浆料安全性能指标见表12、13.

表12 裂缝修补胶指标

表13 裂缝修补用聚合物水泥灌浆料指标

2.3.2 工艺流程

灌浆法分为骑缝法和斜缝法.

骑缝法施工工序见图3，斜缝法施工工序见图4.

图3 骑缝施工工序示意图

图4 斜缝施工工序示意图

3 结 语

在以后的大跨度连续梁施工中或许还会遇到上述的混凝土缺陷质量问题.本文通过工程试验及实践，分类提出了处理此类混凝土缺陷的施工工艺和技术措施，取得了很好的效果，为同行们解决类似问题提供了较为成熟的施工经验.