陳培

(河南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司,河南鄭州 450052)

橋梁裂縫化學(xué)材料灌漿的處理方法探析

陳培

(河南省交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)院有限責(zé)任公司,河南鄭州 450052)

在橋梁建設(shè)和使用中,裂縫的出現(xiàn)不可避免,需要采取及時(shí)有效的措施,避免造成重大損失。橋梁裂縫產(chǎn)生的原因有很多,但是需要引起建設(shè)者足夠重視。運(yùn)用化學(xué)灌漿技術(shù)修補(bǔ)橋梁裂縫操作方便簡(jiǎn)單,經(jīng)濟(jì)高效。本文對(duì)化學(xué)灌漿技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)、選材和工藝進(jìn)行了有益的探討。

橋梁工程 化學(xué)灌漿技術(shù) 混凝土裂縫

1 橋梁裂縫產(chǎn)生的原因

1.1 設(shè)計(jì)時(shí)考慮有所欠缺,導(dǎo)致橋梁設(shè)計(jì)不合理而產(chǎn)生的裂縫

一些橋梁設(shè)計(jì)人員對(duì)橋梁的使用情況和所處環(huán)境估計(jì)不足,橋梁使用時(shí)間長(zhǎng)了以后,逐漸產(chǎn)生裂縫。比如橋梁結(jié)構(gòu)的形狀和外觀產(chǎn)生比較大的變化,或者橋梁中的鋼筋沒有受到很好的保護(hù),防護(hù)措施安裝不到位,這些原因都會(huì)產(chǎn)生裂縫。有些設(shè)計(jì)人員往往不考慮實(shí)際橋梁受力的因素,計(jì)算圖式不符合實(shí)際,也會(huì)造成不同程度的裂縫。[1]

1.2 由于天氣的原因,尤其是溫度的變化也會(huì)使橋梁產(chǎn)生裂縫

有些橋梁所處的外部環(huán)境季節(jié)或晝夜溫度變化比較大,其內(nèi)部結(jié)構(gòu)也產(chǎn)生了溫度變化,即使是細(xì)微的變化,積累的時(shí)間久了,也會(huì)出現(xiàn)變形。如果在結(jié)構(gòu)變形的過程中受到不合理矯治,就會(huì)出現(xiàn)結(jié)構(gòu)應(yīng)力,當(dāng)這種力的強(qiáng)度超出了橋梁所能承受的抗拉強(qiáng)度的時(shí)候,就出現(xiàn)了裂縫,有時(shí)會(huì)造成嚴(yán)重的后果。出了溫度變化,日照時(shí)間和強(qiáng)度也會(huì)使橋梁內(nèi)部產(chǎn)生溫度變化,比如橋面板、主梁、橋墩等重要位置受到劇烈陽光照射后溫度顯然會(huì)高于其他部位,這種受熱不均勻的現(xiàn)象使橋梁局部所受的應(yīng)力不均勻,出現(xiàn)裂縫。

1.3 鋼筋遭到腐蝕或銹蝕而引起的裂縫

在建設(shè)施工的時(shí)候,監(jiān)理人員的疏忽有時(shí)候會(huì)使質(zhì)量較差的混凝土混雜于建材中,鋼筋的保護(hù)層厚度也可能出現(xiàn)不符合條件的情況?，F(xiàn)在城市污染霧霾加重,導(dǎo)致出現(xiàn)的酸雨的可能性和酸雨腐蝕性大大加強(qiáng),這些腐蝕性物質(zhì)會(huì)是鋼筋表層和混凝土表層遭到腐蝕,進(jìn)而產(chǎn)生裂縫。如果鋼筋收到氯化物的侵蝕,其周圍出現(xiàn)較高密度的氯離子,也會(huì)使鋼筋的氧化膜遭到破壞,氧氣和水分分子就會(huì)與鐵離子產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),出現(xiàn)銹蝕的情況,隨著銹蝕面子的加大,鋼筋和混凝土的承載力大大降低,膨脹開裂甚至脫落,造成裂縫產(chǎn)生。

1.4 施工工藝的質(zhì)量不佳導(dǎo)致的裂縫

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,就會(huì)導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)。橋梁建設(shè)中,混凝土需要經(jīng)過澆筑、起模、運(yùn)輸、對(duì)方和拼裝等環(huán)節(jié)。如果在其中有某個(gè)施工工藝不合格或者不按照規(guī)定,就會(huì)導(dǎo)致施工工藝質(zhì)量低,這容易在橋梁上產(chǎn)生橫豎不一,有斜有正,橫向或貫穿的裂縫。如果是結(jié)構(gòu)式細(xì)長(zhǎng)薄壁,就更容易出現(xiàn)裂縫。

2 裂縫修補(bǔ)的必要性

在當(dāng)今的橋梁建設(shè)中,混凝土是使用最為廣泛的材料,也是應(yīng)用最大的材料。但是就像上述分析那樣,大部分混凝土結(jié)構(gòu)橋梁都因?yàn)榛蜻@或那的原因有裂縫出現(xiàn)。有的裂縫雖然不影響橋梁使用,但是如果裂縫較大或者裂縫出現(xiàn)的位置較為敏感,就可能引發(fā)構(gòu)件承載力的減弱,導(dǎo)致橋梁使用壽命降低,如果不引起足夠的重視,甚至?xí)?dǎo)致橋梁垮塌的危險(xiǎn),給人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)帶來巨大損失。橋梁保護(hù)層脫落、橋梁鋼筋受到嚴(yán)重侵蝕,混凝土出現(xiàn)碳化現(xiàn)象、橋梁承載力和持久強(qiáng)度降低等,都是裂縫現(xiàn)象給橋梁安全帶來的巨大隱患。我國(guó)《公路養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》中明確規(guī)定了橋梁裂縫的限值,我國(guó)《鐵路橋梁檢定規(guī)范》中也對(duì)相關(guān)裂縫寬度有明確的限值規(guī)定。對(duì)橋梁裂縫的規(guī)范寬度和限值應(yīng)該得到足夠的重視,并根據(jù)它進(jìn)行及時(shí)修補(bǔ),以保證整個(gè)橋梁結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和持久性。在橋梁建設(shè)和維護(hù)的實(shí)踐中,除了要遵循上述的規(guī)定,還應(yīng)該根據(jù)具體環(huán)境考慮裂縫的具體情況和形式,并采取相應(yīng)的措施。如果是在半年時(shí)間內(nèi)裂縫寬度增大0.1mm以上,就應(yīng)該判斷此裂縫在發(fā)展?fàn)顟B(tài)中,及時(shí)采取措施防止裂縫發(fā)展;如果裂縫的寬度沒有顯著增大,但是裂縫的數(shù)量增多,也要立即進(jìn)行修補(bǔ);如果裂縫寬度達(dá)到0.3mm以上,并且產(chǎn)生結(jié)構(gòu)性危險(xiǎn)時(shí),應(yīng)該立即對(duì)橋梁采取整體修護(hù),并查找原因。橋梁的微觀裂縫用肉眼有時(shí)并不可見,它存在于砂漿或者骨料與砂漿的界面中,但一樣應(yīng)該引起重視。[2]合理科學(xué)的設(shè)計(jì)方案應(yīng)該使橋梁得到有效加固,對(duì)使用性能不產(chǎn)生負(fù)面影響,技術(shù)成熟可靠,施工簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)便利,可行性強(qiáng)。

3 化學(xué)灌漿技術(shù)的選材

關(guān)于修補(bǔ)的方法,主要有面處理法、填充法、灌漿法等,對(duì)橋梁深層次的裂縫以及貫穿性裂縫可以采用物理性修補(bǔ)方法,比如用風(fēng)鉆、風(fēng)鎬等工具鑿除裂縫,在斷面上澆筑混凝土。而對(duì)裂縫比較嚴(yán)重的橋梁,適宜采用化學(xué)灌漿的方法。實(shí)際上,化學(xué)灌漿方法就是通過化學(xué)灌漿泵等設(shè)施把配置好的高分子材料粘結(jié)劑灌入橋梁裂縫中,利用化學(xué)灌漿的擴(kuò)散、滲透、膠凝等作用,完成對(duì)橋梁混凝土裂縫的修補(bǔ)。經(jīng)修補(bǔ)后的混凝土構(gòu)件重新粘合在一起,又恢復(fù)成一個(gè)整體,承載能力和加固能力得到改善,也進(jìn)一步保護(hù)了裸露在外容易遭到侵蝕的鋼筋。這種技術(shù)是化學(xué)與工程學(xué)、力學(xué)、材料學(xué)的相結(jié)合。采用化學(xué)材料進(jìn)行灌漿,用以對(duì)結(jié)構(gòu)性裂縫進(jìn)行修補(bǔ),能夠很大程度上提升灌漿材料的可灌性,即使是小于0.3毫米的裂縫,也能夠輕松灌入,而且施工操作比較簡(jiǎn)單方便,在我國(guó)越來越受橋梁建設(shè)者歡迎。

化學(xué)灌漿法采用的材料是主要環(huán)氧樹脂以及甲基丙烯酸鈉,后者也稱為甲凝。一般的環(huán)氧樹脂固化強(qiáng)度能夠達(dá)到70—120MPa,由乙二胺、增韌劑、稀釋劑等組成,是補(bǔ)強(qiáng)、固結(jié)灌漿的材料,不管什么原因造成的混凝土開裂,它能夠在處理裂縫的過程中發(fā)揮重要作用。但是有固結(jié)體比較脆弱的缺點(diǎn)。按照稀釋劑的種類,環(huán)氧樹脂灌漿材料可以分為三種。一種是環(huán)氧樹脂與丙酮、二甲苯等非活性稀釋劑混合而成。這種灌漿液能夠配制簡(jiǎn)單方便,使用起來也很簡(jiǎn)便,粘度較低,在混凝土建筑工程中等到較多運(yùn)用。第二種是由活性稀釋劑與環(huán)氧樹脂配制成的,由于活性稀釋劑比非活性稀釋劑的粘度大,因此這種灌漿液粘性大,可灌性受到影響。第三種環(huán)氧樹脂灌漿材料以糠醛一丙酮稀釋劑為混合稀釋劑,這種漿液在我國(guó)有比較廣泛的應(yīng)用。其中又可分為糖醛丙酮、康叉丙酮、半醛亞胺三種稀釋劑。

以上幾種化學(xué)灌漿材料各有各的優(yōu)點(diǎn),但是有個(gè)共同的劣勢(shì)就是不夠耐水,親水性差,而且固結(jié)體較為脆弱。隨著材料科學(xué)的不斷創(chuàng)新,目前在橋梁建筑時(shí)還有一種比較新型的化學(xué)灌漿材料被應(yīng)用。這種材料被稱作EAA,是將普通環(huán)氧樹脂灌漿材料與甲凝材料結(jié)合在一起而配制的。環(huán)氧丙酮作為其中的主要體系,與呋喃樹脂稀釋劑、脂肪胺固化劑、促進(jìn)劑和AA添加劑等材料相混合。和普通的環(huán)氧樹脂相比,丙酮在這種材料的體系中不再扮演非活性稀釋劑的角色,而是被賦予產(chǎn)生活化作用的使命,以加成作用促使碳鏈變成大分子結(jié)構(gòu)。

4 化學(xué)灌漿技術(shù)的工藝

用化學(xué)灌漿的方法修補(bǔ)橋梁裂縫,主要經(jīng)過以下工藝流程:首先對(duì)橋梁裂縫進(jìn)行仔細(xì)檢查并做及時(shí)清理,然后設(shè)計(jì)布孔,并進(jìn)行鉆孔、清孔、埋進(jìn)漿咀等一些列工藝,然后對(duì)裂縫區(qū)進(jìn)行貫通性和封閉性檢查,經(jīng)過檢查將縫區(qū)封閉,進(jìn)行壓氣試驗(yàn),接著進(jìn)行漿液配置與灌漿操作,最后對(duì)灌漿工藝進(jìn)行收尾處理,并對(duì)其效果進(jìn)行質(zhì)量檢查。下面就具體的工藝要點(diǎn)略作說明。[3]

對(duì)橋梁裂縫進(jìn)行修補(bǔ)之前,為了對(duì)橋梁結(jié)構(gòu)受損的部位和所有裂縫進(jìn)行定性和定量分析,需要對(duì)裂縫或受損情況進(jìn)行詳細(xì)的檢查并記錄在案。對(duì)裂縫的清理需要在裂縫兩側(cè)之內(nèi),用小錘、手鏟等工具把混凝土構(gòu)件的表面抹平,把突出的部分鑿平,再用丙酮清洗以便清除裂縫周圍的油污,保證灌漿的效果。

布孔的時(shí)候要按照包圍布孔的原則,在裂縫面的周圍打斜交孔,在其他的部位打直交孔?？拙嘁话阋刂圃?0cm左右,排距控制在40cm左右,擺成梅花的形狀。與頂面?zhèn)让嫦啾?下部底部的布孔要相對(duì)少一些,之后要進(jìn)行清孔,把孔部清除干凈?；瘜W(xué)灌漿材料需要通過嘴子灌入,嘴子也充當(dāng)著裂縫的排氣口,因此應(yīng)當(dāng)遵循一定的原則來埋咀,一般是寬的裂縫嘴子稀疏,寬度小的裂縫要密集。在斷裂處要單獨(dú)設(shè)咀,在構(gòu)件的兩面進(jìn)行交錯(cuò)式布置。在埋貼之前要用丙酮把嘴子底盤清洗干凈,再將環(huán)氧膠泥抹在底盤的周圍,但不要把嘴子和裂縫灌漿的通道堵塞。嘴子埋貼完成后,需要把裂縫全部封閉。

為了檢查嘴子的暢通情況,封閉工作完成后要先進(jìn)行壓水壓氣試驗(yàn)。經(jīng)過試驗(yàn)封閉質(zhì)量良好,沒有滲漏發(fā)生就可以進(jìn)行漿液的配制,然后進(jìn)行灌漿即可。灌漿時(shí)可以采用的方法有手壓泵灌注和注射器灌注兩種方法,如果裂縫較大適宜采用前者,如果裂縫小,灌漿量少,適宜采用后者。

5 結(jié)論與建議

在橋梁建設(shè)和使用中,裂縫的出現(xiàn)不可避免,如果不采取及時(shí)有效的措施,會(huì)對(duì)橋梁安全造成重大危害,也會(huì)嚴(yán)重危害人民群眾的安全健康。隨著建筑業(yè)與材料學(xué)、化學(xué)結(jié)合的越來越緊密和不斷的發(fā)展,用化學(xué)灌漿修補(bǔ)橋梁裂縫的工藝越來越成熟。這種方法也因其經(jīng)濟(jì)實(shí)用,方便高效得到越來越多的青睞。化學(xué)灌漿材料的運(yùn)用不僅沒有降低橋梁的承載能力,維護(hù)了橋梁使用功能,而且節(jié)約資源,因此,應(yīng)該得到橋梁建設(shè)者的重視。

[1]許英杰.淺析化學(xué)灌漿法在橋梁結(jié)構(gòu)深層裂縫中的作用[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2012(5).

[2]林增海,唐國(guó)軍,李思藝.化學(xué)灌漿技術(shù)在處理橋梁裂縫中的應(yīng)用[J].橋涵工程,2009(4).

[3]潘中清.混凝土建筑物裂縫化學(xué)灌漿關(guān)鍵技術(shù)探討[J].混凝土,2003(5).

陳培(1985.01-),女,碩士研究生學(xué)歷,畢業(yè)于長(zhǎng)沙理工大學(xué),建筑與土木工程專業(yè),主要從事交通設(shè)計(jì)及相關(guān)工作。