混凝土橋梁結構裂縫成因及修補方法研究

浦貴安

(中鐵十一局集團第五工程有限公司,重慶 沙坪壩 400037)

0 引 言

進入21世紀以來，我國經濟和科技發展迅猛，橋梁的設計和結構等日趨大型、復雜化，同時橋梁的各方面要求也隨之提高，橋梁混凝土結構裂縫的問題成為技術難題。因此，如何對橋梁裂縫進行修補，改善其結構性能，保證它的耐久性、安全性和適應性，提高使用壽命，保證行車安全和人民的生命財產安全，如何解決這一技術難題必須提上日程。本文在分析橋梁裂縫的危害和種類的基礎上，總結了混凝土橋梁裂縫的修補方法，重點介紹了壓力注膠法，同時根據橋梁裂縫情況，選擇最佳注膠間距，為橋梁裂縫的修補和修補材料的選擇提供了寶貴意見。

1 混凝土橋梁裂縫產生的原因

1.1 混凝土裂縫產生的原因

混凝土裂縫產生的原因很多，包括施工、變形、溫度、荷載、氣候環境和鋼筋銹蝕等因素。其中，溫度環境是混凝土裂縫產生的外界因素。目前我國除了高原地區氣溫環境對混凝土裂縫影響較大，大部分地區混凝土裂縫產生的因素相互影響，每種因素引起的原因很多，具體如表1所示。

表1 裂縫產生的原因分類表

1.2 混凝土結構裂縫的分類和特征

橋梁結構裂縫，一般主要根據其形狀、走向深度等因素，混凝土橋梁結構裂縫分類如表2所示。

表2 裂縫的分類表

2 裂縫對橋梁結構性能影響

混凝土結構裂縫是多種因素相互作用產生的，各種因素在施工環境和自然環境的作用下，產生裂縫，對橋梁的使用性能影響很大。

(1)混凝土的開裂導致內部劣化和表面剝蝕，混凝土內部松弛，龜裂現象發生，內部裂紋的增多，進而影響橋梁結構的安全性。

(2)裂縫的產生，荷載的加劇與作用，降低橋梁的整體剛度，同時橋梁結構裂縫增多，甚者相互貫通。

(3)橋梁結構出現裂縫，混凝土結構內部與空氣接觸，經過化學反應，生成碳酸鈣，降低橋梁結構的承載力，影響行車安全和人民的生命財產。

(4)各種環境介質通過混凝土裂縫，滲透到橋梁結構內部，破壞鋼筋表層的保護膜，導致鋼筋銹蝕，鋼筋表面出現銹斑，甚至發生斷裂，降低了橋梁結構的承載力。

3 混凝土裂縫修補方法

對于混凝土橋梁結構裂縫，目前修補方法有很多：表面粘貼修補、鑿槽嵌補法、壓力灌漿技術、注漿法等。

3.1 表面粘貼修補

表面粘貼修補采取填縫、表面抹灰、玻璃布粘貼技術以及鋼板粘貼技術等對橋梁結構裂縫進行修補。其中最主要采用的是玻璃布粘貼技術和鋼板粘貼技術，采用這兩種方法，首先對裂縫表面進行鑿毛處理，保證平整度。然后將玻璃布平整放置在修補面上，采用專用刷子固定玻璃布。采用鋼板粘貼技術，需要先行測量裂縫的長度，切斷鋼板，再對裂縫處進行打磨，直到鋼筋露面。粘貼鋼板前，涂抹環氧基業粘貼劑。然后對粘貼面進行施工養護，養護完畢后，最后涂一層養護材料，修補完成，鋼板粘貼修補方法的施工流程如圖1所示。

圖1 表面粘貼修補法施工流程圖

表面修補方法施工工序簡單，一般廣泛應用于淺層裂縫的修補，對于有一定深度的裂縫，需要采用其他方法進行修補。

3.2 壓力灌漿技術

壓力灌漿修補法對于橋梁結構裂縫出現深度裂縫時廣泛采用，此種方法簡單實用。其主要原理如下：對裂縫施加一定壓力，將我們預先準備的灌漿材料灌入裂縫內部，當裂縫封閉時為止。這種方法不斷修復效果良好，而且能提高橋梁結構的強度和抗滲性能，延長橋梁的使用壽命。壓力灌漿技術的主要施工工序如圖2所示。

圖2 壓力灌漿技術施工工序流程圖

3.3 壓力注膠修補法

(1)選取注膠材料

壓力注膠修補法通過加壓設備將水泥或者環氧樹脂等材料，注入橋梁裂縫中，這種修補方法可以提高橋面的耐久性和防水性。傳統的手動式加壓設備已經淘汰，一是無法確定注入材料的用量，二是如果壓力過大，不但不能對裂縫進行修補，反而會加劇裂縫的貫通?，F在采用的低壓低速注入膠結材料，對深度裂縫的修補效果非常好。目前常用的有水性、柔性和日本肖邦環氧樹脂。從性價比和修復效果看，柔性環氧樹脂的修復效果是最好的。柔性環氧樹脂性能指標如下表3所示。

表3 柔性環氧樹脂性能指標

灌注膠體抗拉強度改性前和改性后均能達到規范標準要求。改性目的主要是提高柔韌性、抗凍性和耐老化性。改性后膠體抗拉強度及伸長率得到了改善，且都有所提高。

(2)施工工序

對橋梁裂縫進行修補前，準備好裂縫調查和數據資料，調配好施工人員和施工機具的準備，施工工序見圖3。

圖3 注膠施工流程圖

(3)壓力注膠修補法主要工藝參數

通過對實際工程的橋梁裂縫修復的經驗總結和數據統計，對橋梁裂縫注膠修補的適用情況和施工工藝參數進行匯總(表4)。由于實際工程的裂縫情況和數量均不相同，各因素相互作用，相互影響，部分參數可以與實際項目結合，根據項目進行靈活取值。如果對參數有異議，在現場可以進行試驗，然后再來確定工藝參數的取值范圍。

表4 壓力注膠修復法主要工藝參數表

根據注膠修復的工藝參數，設置注膠嘴時，定位好間距，注膠嘴的間距以100～200 mm為宜，裂縫數量較多，分布較密的情況下，可以取100 mm的間距。

(4)注膠試驗結果分析

采用注膠修復裂縫過程中，可以選取樣本試件2組，每組4個，第一主試件尺寸為100 mm×100 mm×50 mm，試件兩端放置Ф14的T形拉桿，另外一組樣本試件為200 mm×200 mm×350 mm，試件兩端放置Ф16的T形拉桿，兩組混凝土強度等級分別為C25和C30。試件制作后，達到28 d齡期方可使用，并且進行試驗。每次試驗后，記錄好實驗數據，其試驗的主要數據分析如表5所示。

表5 試驗數據表

通過實驗數據進行分析可知，混凝土試件的抗拉強度值變化不大，說明采取壓力注膠后，裂縫經過修補，修補處的混凝土強度值與未受破壞的強度值相差不大。同時，壓力注膠有效的提高了橋梁裂縫的修補效果，減輕了施工人員的工作量，節約了施工成本，施工材料也相應減少，因此可以考慮加大壓力注膠修補法的應用。結合實際項目和試驗結果，可以總結出壓力注膠法的特征有以下幾點：

(1)壓力采取低壓低速，容易控制。

(2)施工時間減少，操作便利，減少了工作量。

(3)注膠修復效果好。采用壓力注膠修補法時，通過機控設備，可以緩慢的將注膠液推送到裂縫深處，對深度裂縫修復起到了關鍵作用。

(4)容易檢查膠結材料是否固化，以便進行下一步的工序，從而優化了施工工藝。

4 結 語

混凝土結構裂縫的修補，需要根據裂縫的數量和類型，靈活的選擇修補方法。從壓力注膠的膠結材料的選取，施工工序和注膠效果可以看出，采用壓力注膠避免了修補的盲目性，節約了修補成本，提高了工作效率。