水泥混凝土桥面裂缝快速修复技术研究
【摘要】:水泥混凝土裂缝修复材料在工程界受到广泛关注。本文根据修复材料的要求,选取
了 SC 裂缝修复材料。通过系统的室内试验,考察了 SC 材料的拉拔强度、抗压强度及抗折
强度等各项性能;并结合国内某大桥的裂缝修复实例,详细介绍了 SC 材料的施工工艺。试 验对比的结果表明 SC 材料满足混凝土裂缝修复材料的性能要求,在实桥上的成功应用证明 了用 SC 材料处治水泥混凝土桥面和路面裂缝是一个方便有效的方法。
关键词:SC 材料 混凝土桥面 裂缝快速修复 中图分类号:U418.6+6
1. 引言
在桥梁建造与使用过程中,钢筋混凝土结构构件出现裂缝,是非常值得关注的问题[1-2]。 裂缝的发展会使结构物产生异常的内部应力或变形,严重的可能会危及桥梁的结构安全和正 常使用。由于桥面板直接受到车轮荷载的影响,一旦开裂容易迅速恶化,因此必须采取措施 进行裂缝修补。
大量调查与国内外相关文献表明[2~6],对水泥混凝土桥面裂缝病害的处理通常采用灌浆 法(裂缝宽度较小)或切割、开槽法(宽度较大)。而目前灌浆法主要是将修补材料注入到 裂缝中,利用所注材料将裂缝堵死。这虽然可以暂时将裂缝封堵,但裂缝一旦继续扩展,该 方法即失去作用[7]。除此之外,目前修补材料均养护时间较长,但是目前对于高速公路的交 通枢纽地段为了减少经济损失,对开放交通的时间要求越来越短[8],因此研究开发养护期短、 早期强度高的快速修补材料是有必要的。
本文通过对水泥混凝土裂缝修复材料进行研究,并结合水泥混凝土裂缝修复材料的性能 要求对SC材料进行了一系列室内试验研究,推荐了SC界面剂与SC水泥砂浆表面修补剂。最 后通过工程实例介绍了SC材料的施工工艺。目前SC材料已经在湖南湘莱、莱宜高速公路修 补等一些工程中得到应用,且应用情况良好。
2. 裂缝修复材料的选定
2.1 裂缝修复材料概述
混凝土桥面裂缝能否修补成功,主要取决于修补材料的性能。目前较常用的修补材料按 材料性能可分为无机类材料和有机类材料两类[9]。现有的无机类裂缝修补材料一般为各种粒 度和成分不同的水泥,这类裂缝补材料刚度大且界面粘结性能差;而常用的有机材料有环氧 树脂类和沥青类,其中环氧树脂类材料在桥面裂缝修补中被广泛使用。
裂缝修补材料根据其功能可分为补强材料和密封材料。典型的补强材料有可用于灌缝的 环氧树脂及各种改性环氧树脂、酚醛及各种改性酚醛树脂类胶粘剂,用于裂缝条带修补的水 泥基无机胶凝材料(如掺 JK 系列快速修补剂的早强快硬修补混凝土)。密封修补材料主要指 聚氨醋类、烯类、橡胶类、沥青类胶粘剂[6,9]。
2.2 裂缝修复材料的要求
水泥混凝土桥面板快速修补问题,长期以来未能得到很好的解决,其根本问题是修补材
料的性能不理想及修补工艺不切合我国的具体实际。大量调查与相关文献表明[8,10-12],桥面
裂缝修复材料应该满足以下要求:(l)快硬、高早强,以满足修补后快速开放交通的要求;(2) 粘结力强、韧性好,修补界面粘结强度不低于旧混凝土,以保证修补的效果;(3)施工快速、 简单、方便,不需使用大型机具;(4)施工后不需养护或只需稍加养护即可开放交通;(5)耐 磨性高,耐久性好;(6)收缩小,后期性能稳定。
2.3 SC 裂缝修复材料
根据上述要求,对几种混凝土裂缝修复材料进行了室内试验分析和对比选取了环氧树脂 类裂缝修复材料-SC材料。SC材料以环氧树脂为基料,以双酚AE44环氧为乳化剂,通过乳 化工艺制备成双组分反应型处理剂,双组分胶料在交联反应后形成的立体网状结构,具有不 溶性,表现出优良的粘结性、扩散性、渗透性,同时对水泥砂浆、混凝土具有渗透扩散作用, 既保持了环氧树脂强度高、粘附力强的优点,又降低了其脆性,提高了韧性。且其早期强度 高,固化速度块,工作性能较好。其中,SC界面剂及SC水泥砂浆表面修补剂是两种主要的 SC修复材料,其均为双组分水性溶液的改性环氧树脂材料[13-14],可分别用来处理混凝土桥 面的细微裂缝和较大裂缝。为了对这两种修复材料的性能进行具体的了解,进行了以下试验。
3. 裂缝修复材料性能试验
3.1 SC 界面剂的粘结性能试验
修补材料的粘结强度是一项非常重要的指标。拉拔试验反映了 SC 界面剂与待修复基材 的粘结性能。拉拔试验如图 1。
图 1 SC 界面剂与水泥混凝土的粘结性能试验
拉拔实验结果表明,在 25℃下,SC 界面剂与水泥混凝土的附着力在 3.1~3.7MPa 之间,
平均附着力为 3.4MPa。我国尚未制订修补材料的技术规范,美国加州规定[8]常温下修补材 料对混凝土的粘结强度不得低于 2.8MPa。表 1 给出了国内一些常用裂缝修复材料[15-16]的粘
结强度,由表中数据可以发现,SC 界面剂的粘结强度满足美国加州修补材料的强度要求, 且其粘结强度与其他一些国内修复材料相比较优。
表 1 SC 界面剂粘结强度的对比(温度:25℃)
3.2 SC 水泥砂浆表面修补剂强度试验研究
作为道路修补材料,最基本的要求是确保其能在开放交通前达到规定的强度指标。在相 关路面修补材料的研究文献中,拟定了如下的强度指标数据[8]:在标准养护条件下,修补材 料达到一般混凝土路面设计强度的70%,即通车时R压>20MPa,R折>3.5MPa。
桥面结构受力为弯拉为主,为考察裂缝修复材料的抗折强度,按照中华人民共和国国家 标准GB/T17671-1999水泥胶砂强度检验方法进行了抗折强度试验[16]。因为温度翘曲以及板 底脱空等因素,水泥混凝土桥面局部会承受压应力,为考察裂缝修复材料的抗压强度,进行 了抗压强度试验。
为了进行对比,用上述方法成型同样水灰比与灰沙比的普通水泥砂浆抗折试件与抗压试 件。上述抗折试件与抗压试件成型时,水泥均采用的是海螺牌42.5号水泥。
表 2 中给出了 SC 水泥砂浆试件和普通水泥砂浆试件的强度试验结果,同时给出了国内 常用的一些裂缝灌浆材料试件的抗压抗折强度[17-19]。结果表明,SC 水泥砂浆表面修补剂的
1d 强度满足修补材料通车时 R 压>20MPa,R 折>3.5MPa 的要求。同时,通过对比可以看出,
SC 水泥砂浆表面修补剂的早期强度高于国内其他一些裂缝修复材料的早期强度,且强度发 展较快,是一种很好的裂缝快速修复材料。
表 2 SC 水泥砂浆试件强度试验结果对比
4. 工程应用
4.1 工程概况
国内某大桥,其引桥长 280m,单幅宽度 16.1m,经现场调查发现引桥水泥混凝土表面 存在裂缝病害,主要以纵向、横向细裂缝为主,局部存在纵横向网状裂缝。裂缝宽度多数在
3mm 以内,深度一般在 5mm 以内;局部有较宽裂缝,缝宽在 5mm 以上,深度约 1cm。同 时桥面有较长纵缝,裂缝长度在 2m 以上。如图 2 所示。这不仅对其上即将建设的铺装层有 很大的影响,更是影响了桥的结构安全。因此,必须采取有效措施对裂缝进行修补。
图 2 桥面典型裂缝病害图
4.2 施工工艺流程
1、混凝土表面裂缝较小(小于0.5mm)时,裂缝修补施工工艺流程为:基面处理→制浆→
涂刷SC界面剂→检查→养护。
2、混凝土表面裂缝较大(大于0.5mm)时,裂缝修补施工工艺流程为:基面处理→制浆→
涂刷SC界面剂→涂刷SC水泥砂浆表面修补剂→检查→养护。
4.3 试剂配制
1、SC 界面剂的配制:将 SC 界面剂按 1 份 A 组分与 3 份 B 组分混合均匀,倒入容器 盖好盖子,密封遮阴备用,1.5 小时内用完。
2、SC 水泥砂浆修补剂的配制:先将 SC 水泥砂浆修补剂 1 份 A 组分、2 份 B 组分(重 量比)混合均匀,再倒入按 6 份 525 水泥,6~18 份中细砂(重量比)或适量滑石粉重钙粉预混 好的混合物中,混合均匀。然后根据可施工性加入适量水混合均匀,以便施工操作。如修补 厚度大于一公分可按水泥混凝土配比加入碎石。
上述两种试剂在使用过程中均不得再加水或加料。
4.4 涂刷工艺
1、SC 界面剂的涂刷:涂刷工具可采用半硬的尼龙刷,不宜用抹子、滚筒油漆刷或油漆 喷枪。涂层不宜过薄或过厚,过薄表明材料用量不足,过厚则养护困难,涂层容易剥落。阴 角及凹陷处不能有过厚的涂料堆积,否则堆积处可能开裂,如图 3。
2、SC 水泥砂浆修补剂的涂刷:对于较宽裂缝,先用以上工序进行 SC 界面剂的涂刷, 待界面剂表干(呈透明状)后在涂抹过界面剂的地方进行薄层修补。将制备的修补砂浆,用 木抹子和刮刀加压刮抹在需要修补的水泥混凝土表面,裂缝处可以采用加压揉搓的方法将修 补材料填入缝中,并可在上面压痕或拉毛[20]。如修补凹坑,则可适当加一些碎石(配比按水 泥砼)。在做大面积修补时,每隔 3~4m 要留设宽 15mm 的缝,或切缝处理,如图 4。
SC材料在水泥混凝土裂缝修复中应用后,必须注意养护,防避雨淋。
图 3 SC 界面剂的涂刷 &n
