近年来,随着中国交通运输事业的快速发展,桥梁作为交通运输的基本要素,对其养护维修工作日益增多。交通量的迅猛增加和车辆超载现象的日趋严重使得桥梁与车辆之间的矛盾日渐显露,为了减少桥梁维修对路网中车辆通行能力造成的影响,采用合适的材料对桥梁的早期裂缝进行修补就显得格外重要。低粘度环氧树脂是一种粘度低、加工工艺性好的环保材料,由于引入不同于一般环氧树脂的化学基团,低粘度环氧树脂具有许多新的特性,如低结晶性、阻燃、快速固化等,给环氧树脂的使用带来很大便利,既可单独使用,也可与普通双酚A型环氧配合使用,用于涂料、复合材料、灌封、灌缝等。所以,低粘度环氧树脂是一种很好的裂缝修补材料。
1·低粘度环氧树脂
1.1 材料组成
在中化798糠醛-丙酮材料体系的基础上,优选亲水性固化剂和亲水性表面活性剂后,在有渗水情况下,即使是0.01 mm的裂缝也能渗透和固结,从而达到防渗补强的目的。
丙酮、糠醛本身粘度很低且能很好地溶解环氧树脂,形成均匀的溶液体系,在环氧树脂碱性固化剂的作用下,丙酮、糠醛能发生反应生成呋喃树脂,呈互穿网络结构,能与岩石和混凝土粘结牢固,且渗透性强,能灌注0.01 mm以上的裂缝,并具有低温下固化,气味小,毒性低,耐水、耐酸碱、耐盐腐蚀和耐老化等性能,但浆液不能在潮湿与水下环境中固化。为了使糠醛-丙酮混合体系环氧浆液既能保持原有特性,又能应用于潮湿与水下环境,采用一种亲水性固化剂及亲水性表面活性剂后,可以满足潮湿与水下环境的裂缝修补加固。
糠醛-丙酮混合稀释剂的环氧灌浆材料,组成配合比见表1。
1.2 固化机理
环氧树脂浆液的固化过程属于缩合、交联反应。
在糠醛-丙酮混合稀释体系的环氧树脂浆液加入亲水性促进剂可提高早期强度,以聚酰胺650作固化剂不仅增加了固化物的韧性,同时还改变了浆液的亲水性,显著地提高了在有水和潮湿条件下的粘结强度。
2·潮湿面使用树脂要求
过水桥梁工作面的相对湿度大多超过85%,且环境湿度高,为保证裂缝的处治效果,采用在树脂浆液中加入亲水性固化剂和表面活性剂的方法,来解决桥梁裂缝在潮湿与水下裂缝环境中的修补问题。为了使低粘度环氧树脂能够较好地粘结于桥梁潮湿面,在裂缝的修补过程中应遵循以下几方面要求:
(1)应对要修补的混凝土表面进行凿毛,且保持其洁净、干燥、坚固、密实和平整。
(2)为了使老混凝土表面能充分被环氧树脂基液
所浸润,保持良好的粘结力,对其涂抹环氧树脂基液。涂刷时,力求薄而均匀,厚度不超过1 mm,可用毛刷人工涂抹,也可用喷射,为便于涂匀,还可以在基液中加入少量丙酮(3%~5%),已涂刷基液的表面,应注意保护,严防杂物,灰尘落入。
(3)涂刷基液后,间隔一定时间(30~60 min),将基液的气泡清除后,再涂抹环氧砂浆,环氧砂浆涂层的厚度以0.5 cm为宜,如超过0.5 cm时,应分层涂抹,每层厚度可控制为0.3~0.5 cm,每次涂抹均需用力压紧。
(4)环氧材料养护时最重要的是控制温度。夏季工作面向阳时,应设凉棚,避免阳光直射,冬季温度太低,应加温保暖,一般养护温度以20℃为宜,养护温差不超过5℃。养护时间:夏季一般2 d即可,冬季则需7 d以上,养护期的前3 d,不应有水浸泡或其他冲击。
3·工程应用
南宁市邕江大桥建成于1964年7月,全长394.6m,宽24.6 m。为中国较早采用闭口薄壁杆件理论设计的一座悬臂式钢筋混凝土箱型薄壁城市桥梁。两端跨径为1×45 m的单悬臂梁,中跨为5×55 m,采用23m中间挂梁的双悬臂梁。由两组独立的三室箱梁组成,两组箱梁之间用简支板支承于箱梁的悬臂上;在墩台处设置刚接的连续横隔梁,其余的横隔梁均为简支,下部结构北岸为埋置式桥台,南岸为U形桥台。桥墩采用双柱式,支承于分离式沉井基础上。
3.1 潮湿面裂缝修补工艺
为了恢复结构的整体性和强度,施工时采用压力注入工艺使得环氧树脂浆材能充分填充裂缝并胶结良好。为确保施工质量,提出以下几方面要求:1)注浆孔(嘴)与待处理裂缝是通畅的;2)注浆时,裂缝面具有排水(气)条件;3)浆液注满裂缝后没有外流条件;4)裂缝面不存在阻碍粘结的物质;5)保证浆液在充填裂缝过程中呈流动状态。
注浆修补裂缝施工工艺如下:定孔位→钻孔→冲孔→连接管路→孔外填塞→高压水清洗→注浆→屏闭浆→清洗管路。
3.1.1 裂缝调查
裂缝调查工作对结构物的修复工艺具有重要的意义。因此,需现场核实裂缝长度、宽度、深度、走向、形成原因以及是否贯穿结构物断面等,并进行标注。
(1)宽度调查
对于宽度<0.15 mm的裂缝,一般采用裂缝补胶进行表面封闭;对于宽度≥0.15 mm的裂缝,则采用注浆压力注入混凝土裂缝修补胶液封闭裂缝法。
(2)深度调查
裂缝的深度可用凿槽、钻孔取芯、钻孔压水及超声波等方法来测定。
(3)设计资料和施工记录调查
设计资料的调查包括结构物施工图、竣工图、结构计算书等,施工记录调查包括结构物所用原材料、混凝土配合比、混凝土浇筑和养护、地基情况、环境条件等。
3.1.2 钻孔
对于大体积混凝土的深层裂缝,可在裂缝上钻孔,当裂缝较深、裂缝面积大且走向不规则时,宜设置较深的骑缝注浆孔和斜钻注浆孔,同时利用注浆孔作为排水排气孔,使注浆时形成较多的通路,孔深以穿过裂缝20~30 cm为宜,并用阻塞器连接灌浆管灌浆。
3.1.3 清孔及裂缝表面处理
所有孔眼必须使用高压空气或高压水吹洗干净,凿除突出部分,将构件表面整平,然后用丙酮擦洗,清除裂缝周围的油污,清洗时应注意不要将裂缝堵塞。对于混凝土细小裂缝(宽度小于0.3 mm)应用钢丝刷等类似工具,先清除裂缝表面的灰尘、浮渣以及松散层等污物,然后再用毛刷蘸甲苯、酒精等有机溶液,把沿裂缝两侧20~30 mm处清洗干净并保持干燥;当混凝土裂缝宽度大于0.3 mm时,则将裂缝凿成“V”形,槽宽与槽深根据裂缝深度和有利于封缝的情况来确定,凿完后用钢丝刷及压缩空气将残留的碎屑粉尘清除干净。
3.1.4 粘贴注浆嘴及裂缝表面封闭
(1)裂缝经表面处理后,凿成了“V”形槽的裂缝宜粘贴注浆嘴,经过钻孔的裂缝则埋设注浆管。埋设上述设备时,应先用甲苯擦干净,注浆嘴底盘的铁锈必须除净,并用丙酮擦洗干净,然后将专用胶泥均匀地抹在底盘周围,厚度1~2 mm,与孔眼对准粘贴在裂缝上,灌浆嘴(管)埋设的间距根据缝长及裂缝的宽窄以3.5~4.0 cm为宜,一般缝宽可稀,窄缝宜密,每一道裂缝至少须各有一个进浆孔和排气孔。注浆孔眼必须对中,保证导流畅通,灌浆嘴(管)应粘贴牢靠,四周封闭抹成鱼脊状。
(2)裂缝表面封闭:为使混凝土缝隙完全充满浆液,并保证在压力作用下浆液不外渗,必须对已处理过的裂缝表面(除孔眼及嘴子外)用裂缝修补胶沿裂缝走向从上至下均匀涂刷两遍进行封闭(宽度6~8 cm),形成封闭带,以便修补胶浆液压力注入结构物内部裂缝。
3.1.5 压气试验
封闭带固化后,应压缩气体(0.2~0.4 MPa)进行压气试验,以检查封闭带是否封严,如发现封闭带上有漏气现象,对漏气部位应再次封闭。
3.1.6 注浆操作
(1)灌注裂缝采用空气泵压注法,压浆罐与注浆嘴用聚氯乙烯高压透明管相连接,且连接严密不漏气。
(2)在注浆过程中应注意控制压力,裂缝宽度较大,进浆通畅时,压力宜控制为0.2 MPa,裂缝进浆不畅,宜控制为0.4 MPa。
(3)对于水平裂缝,宜由低瑞逐渐压向高端;对于竖向裂缝由下向上逐渐压注。从一端开始压浆后,另一端的注浆嘴必须在排出裂缝内的气体后喷出浆液与压入的浆液浓度相同时,方停止压浆,在保持压力下封堵注浆嘴。
贯通缝如果单面注浆后另一面未见出浆,可在另一面压灌一次。
3.1.7 质量检查及裂缝表面处理
灌注完毕,待裂缝内的浆液不流动以后,将灌浆嘴拆下,并用封闭裂缝用的灌浆液把灌浆嘴处封好,再在裂缝表面涂一层聚合物水泥浆,确保封闭严实。灌浆结束后,应检查补强效果和质量,确保工程质量。
3.2 裂缝修补结果分析
施工时在裂缝表面进行钻孔,作为注浆导向孔。腹板及顶、底板裂缝;沿裂缝走向钻孔,孔深5 cm,孔径8 mm,孔距35 cm。
通过压水试验对该桥梁的裂缝修补效果进行检查,发现孔压水透水率平均值小于3 Lu,满足规范要求。对裂缝修补后使用3年的桥梁检查结果看,使用性能良好,达到了预期的效果。
4 结语
（1）选用的低粘度糠醛-丙酮混合体系环氧树脂,能灌注0.01 mm以上的裂缝,并能在低温下固化,气味小,毒性低,耐水、耐酸、耐碱、耐盐腐蚀、耐老化性能优异。
(2)基于糠醛-丙酮混合稀释体系的环氧树脂浆液,优选了聚酰胺650固化剂用量,研究了高湿度和有水环境下糠醛-丙酮混合体系环氧树脂的技术性能,满足潮湿和有水条件下裂缝修补的技术要求。
(3)优化了潮湿面裂缝灌浆施工工艺,确定了相关灌浆参数(如配合比、孔深、孔距、灌浆压力等)。
(4)在广西南宁邕江大桥的潮湿面裂缝修补加固工程中进行了工点应用,质量检查孔压水透水率小于3 Lu,满足规范要求,通过使用3年后的桥梁检查,说明低粘度环氧树脂在桥梁潮湿面裂缝的修补中具有较好效果。
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