橋梁加固超強高韌性樹脂混凝土技術應用分析

羅斌、朱圣敏

（贛州市公路發展中心南康分中心，江西 南康 341400）

0 引言

在新時期背景下，隨著我國科學技術的不斷發展，在橋梁加固項目工程中越來越多的新型技術得以應用。超強高韌性樹脂混凝土技術作為非常新型的一項技術，該技術的應用能夠提高橋梁加固的整體質量，對推動橋梁工程的穩定性以及安全性有著很大的幫助。

1 超強高韌性樹脂混凝土介紹

超強高韌性樹脂混凝土材料是應用較早的一種環氧灌漿料之一，能夠達到高精度、高負荷的要求，是目前廣泛使用的聚合物灌漿施工材料之一，其應用常見的結構黏結、荷載轉移、固定、防腐蝕、填充混凝土空洞、錨錠以及固定機械，能夠有效提升結構承載性能。

1.1 特點

其一，抗拉、抗撓性效果良好，可以將工作運行的負載傳輸到梁體結構上，從而全面提升承載性能，防止發生裂紋問題，增加結構的黏結性，不會發生嚴重病害問題，滿足交通運行的質量。其二，高溫條件下，結構強度下降并不明顯，使用效果良好。即使梁體結構處于較高溫度條件下，依然能夠實現荷載傳輸和運行。其三，黏結性比較高。該材料使結構整體性能得到提升，整體受力條件良好，不會發生嚴重的質量問題和缺陷，從而可以滿足運行標準。其四，流動性高。該材料通過施工方式設備注入結構內，具備一定流動性，填充整個作業的空間，促進整體受力條件水平提升。其五，彈性模量性能高，該材料的彈性模量好，抵抗外部荷載能力好，不會發生變形問題。其六，抗蠕變性好。即使在長期運行下，依然能夠達到運行的標準。其七，耐化學品腐蝕效果好，即使長期曝露在無機酸、強堿、油等條件下，結構的強度也不會產生任何不良影響。其八，早期結構強度高。在施工后，短時間內就可以開放交通運行，不會給交通帶來過大的負面影響。其九，預包裝，防止存在材料使用錯誤的情況，不會影響工程的質量[1]。

1.2 加固原理

環氧樹脂主要是在分子結構內包含有兩個及以上的環氧基，在加入適宜的化學試劑的條件之下，可以制作成為三維交聯狀固化物的總稱。這種材料包含的類型比較多，其分子量為低聚物，有些情況和固化的環氧樹脂存在不同，也就是低環氧樹脂的低聚物。環氧樹脂為從液態到黏稠態、固態多類型的物質。單獨使用的環氧樹脂很多是沒有直接使用價值的，只有和固化劑反應才能直接形成三維網狀結構的不熔聚合物的形式，且會有直接的利用價值。基于此，環氧樹脂固化物的性能與固化劑有著直接關系，從這個方面分析，環氧樹脂主要是熱固性的樹脂材料，為有機物高分子聚合物的材料類型。從混凝土結構部件的情況分析，了解計算結論以及受力條件要素，使用MPC 超強高韌性樹脂混凝土外包結構強度達到要求，能夠有效保護結構的完整性，結構承載性能符合標準要求，對于全面提高總體的運行效果有重要幫助[2]。

2 試驗方案設計

環氧樹脂混凝土材料的主要優勢就是強度性能高、耐久性好，抗疲勞特性以及黏結性都非常高，完全可以滿足實際應用的需要，特別是在大跨度尺寸的鋼梁橋面鋪裝中，可以達到非常好的應用效果。但是經過固化處理之后的環氧樹脂膠黏劑的材料性質相差比較大，柔韌性較差且成本過高，同時容易出現環氧樹脂混合料的鋪裝鋼橋面發生開裂問題，給整個橋面鋪裝層的結構造成不利的影響，極大影響橋梁的正常使用。對于環氧樹脂的改性方面來說，很多研究人員開始了全面的試驗與分析，并展開深入的試驗研究，特別是針對環氧樹脂的改性方面，取得了一定的成果和價值。從目前來說，為了保證橋面鋪裝施工的質量合格，針對復合材料的設計工作顯得非常重要，如果只是應用單純的環氧樹脂材料，則難以達到韌性、強度、耐熱性方面的要求，所以還要做出必要的改進和調整，以適應當前的使用需要。

但是，在環氧樹脂材料的韌性提高之后，會導致其耐熱性、強度等下降，難以滿足使用的要求，需要及時做出改進與調整。此次研究就是根據環氧樹脂韌性差、脆性大等方面的缺陷，一方面結合具體情況進行聚氨酯互穿增韌處理，保證結構的柔韌性符合要求，發揮出聚氨酯改性環氧樹脂的強度高、耐高溫、收縮率比較低等特性，同時還保證其抗延展性、柔韌性以及抗老化的性能合格。另一方面，需要加入必要的添加劑以及固化劑，在保障經濟性的條件下，還能夠保證樹脂膠粘劑的固化效果合格，這對于提高結構的抗裂性存在直接影響。通過這樣的處理方式，環氧樹脂混合路面結構性能提升比較明顯，延長了使用壽命，還能夠降低維護與管理成本。通過應用正交試驗的方式確定膠粘劑的配方和比例，通常要經過如下步驟：首先選擇合適的材料，其次進行材料性能的檢測，明確膠粘劑的組分以及加入比例等參數，最后需要結合試驗的標準和要求優化用量和比例，提高性能參數[3]。

3 加固施工技術

在超強高韌性樹脂混凝土技術應用的階段中，對需要加固的橋梁表面進行處理，并且將相關的掛鉤網布設完畢，再進行混凝土澆筑施工。

3.1 梁表面處理

通過人工或者小型工器具的方式實現梁體結構的鑿毛處理，在現場施工前，必須做好混凝土結構疏松結構的清理，將連接的界面進行鑿毛處理，以保證MPC 超強高韌性樹脂混凝土黏結性能滿足要求。鑿毛工作全部完成后，再使用超高壓水槍把表面存在的水泥浮漿、灰塵、疏松的顆粒、油質等雜物全部清理干凈，確保結構部件和新加入的超強高韌性樹脂混凝土材料有效連接，使其性能得到很大提升。對于結構部件的表面存在嚴重污漬問題，需要使用砂輪機進行打磨處理，確保表面的質量合格，提高運行標準。

3.2 構件掛鋼筋網

根據設計方案的標準要求，在結構基面處理后，就要開始安裝鋼筋網的結構。在安裝作業開始前，需要先進行定位放線作業，并且將鋼筋網片從一側到另外一側進行設置與安裝施工。為了確保鋼筋和原結構部件的連接效果合格，應該間隔30～40cm 就要布置一根膨脹螺栓或者植筋，以實現鋼筋網片的固定處理。螺栓的埋設深度根據間隔距離設定，達到鋼筋網片的連接性能要求，提升工程質量。

3.3 模板安裝

從梁體結構的特點分析，了解加固的標準要求，發揮出超強高韌性樹脂混凝土施工技術的優勢，體現出該材料的黏結性特點。

模板的結構尺寸要根據現場施工要求進行下料，首先需要明確模板的質量標準要求，保證施工環節達到穩定性的標準，不能因為澆筑等環節施工導致其發生變形的問題；然后在模板表面鋪貼一層加厚的聚酯板，確保脫模環節不會出現模板黏結力過強的情況，脫模施工順利進行。模板安裝作業階段，要在梁體旁邊使用螺栓以及鐵絲進行固定處理，達到設計方案的要求。模板連接的部位做好縫隙的控制，使用聚氨酯泡沫膨脹劑填充處理，達到全面封閉的狀態，不會發生漏漿問題[4]。

3.4 復合材料澆筑

將攪拌達到均勻性要求的復合材料使用灰桶提升到施工作業的部位上，然后應用高位漏斗把材料直接放入模板結構的內側。通過材料自留的方式緩慢加注到模板結構內。在現場施工環節，需要人員在現場應用鋼筋小鉤以加速材料的流動。復合材料的澆筑環節，各個點位都要采取人工方式實施檢測工作，各個結構沒有發生空洞、不飽滿等問題。值得注意的是，在材料澆筑階段需要嚴格控制好材料澆筑量，避免材料量澆筑過大而引起的混凝土冒漿等問題影響到工程的其他性能。

3.5 固化

超強高韌性樹脂混凝土在澆筑施工之后，不需要使用其他的輔助固化方式就可以完成自固化的處理，灌漿施工完成之后也不需要進行養護即可達到工程的標準要求。

3.6 脫模清潔

結合施工工期要求，確定合適的施工計劃，一般需要在脫模之后的第二天就要開始清潔處理。脫模完成之后，原聚酯薄膜會黏附在MPC 固化結構的表面，由于結構厚度和透明性的特點不需要進行處理，以保證結構的性能符合工程要求。

4 質量控制要點

在材料的攪拌環節，任何工具和設備都要做好控制，防止水分滲入內部。

4.1 流動性

壓差符合要求的情況下，應用合適的模板材料，灌漿材料自重影響下會在縫隙不足30mm 的空間內流動，其流動的距離會受到縫隙、填料加入比例、流體靜壓差等方面因素的影響。填料加入的比例較小可以提高流動性，但是如果不能達到標準比例要求，則會給材料力學性能帶來不利影響。

4.2 適用期

適用期是樹脂和硬化劑從攪拌開始到灌漿材料在縫隙內流動的工作時間，一般為30～40min。如果在施工中存在一定時間的耽擱，容易造成灌漿材料的流動性能不足而無法達到工作性能標準。溫度較高的情況下，容易造成材料性能降低，而反應熱會促使這一過程的發生，所以攪拌時間控制在15～20min 之間。如果有選擇的余地，盡量不要使用泵送環氧灌漿材料。泵送的優勢就是節約勞動力，同時可以快速將材料傳輸到施工位置上，但是泵送時材料和管道會存在摩擦性作用，導致材料溫度升高比較明顯，所以適用期會縮短。機械發生故障問題或者堵塞而引發的泵送中斷，其產生的危害性是巨大的。泵和管的清潔難度較高，但是有些結構必須使用泵送方式，需要加強控制，以達到施工質量標準[5]。

4.3 材料保管

干燥、室溫和未開封的原始包裝容器內，有效期12 個月。

4.4 現場檢測試塊制作

在施工現場需要制作方塊，并且及時送檢。模板表面涂刷一層油脂材料，試塊的制作需要使用抹刀導引處理，從一側到另外一側開始灌注施工；使用細圓棒進行邊角部位的振搗處理，然后從外側敲擊模板，以去除內部的空氣；在頂部標記好澆筑時間與日期。

5 橋跨結構加固前后的荷載試驗對比分析結果

5.1 交通影響

在城市立交橋進行加固施工，因為要更換橋面的結構，所以必須進行短時間內的封閉交通管理。但是城市交通不能中斷，因此應用超強高韌性樹脂混凝土進行加固施工，養護施工以及操作與拌和更加方便，流動性好，在城市主干道建設時應用效果良好。

5.2 加固施工

新型復合加固材料準備和制作比較方便，保證配合比的情況下流動性滿足要求，密實度較高，模板與灌注環節要求也比較低，加固結構與材料的黏結效果良好，操作方便快捷，運行可靠性、穩固性高。

5.3 加固效果

加固前后經過荷載試驗檢測，發現應用超強高韌性樹脂混凝土進行橋跨結構加固處理，剛度與強度性能合格，整體剛度提升24%左右。

6 結論

綜上所述，橋梁運行時間較長的情況下，承載性能降低明顯，造成維修工作量較大，而應用超強高韌性樹脂混凝土進行加固施工，技術水平較高，結構強度與剛度合格，還有較高經濟價值，所以未來必然會有更加廣闊的應用空間。通過研究分析，得出以下結論：

其一，在常溫條件之下（20～25℃），在壓實工作結束的4h 之后就能夠開放交通通行，所以在進行環氧樹脂路面施工的過程中，加強溫度控制顯得非常重要，確保環境溫度不能小于10℃。結合不同環境的溫度條件，開放交通的時間也會有所差異。環氧樹脂混合料在制作環節，攪拌時間控制在15min 以內，從攪拌完畢到攤鋪施工結束，時間不能超過45min。攤鋪結束后，應該保證環氧樹脂的壓實處理符合工程要求，滿足結構性能的要求。

其二，在界面處理研究環節，橫向輪碾壓沖擊施工結束后，對于損壞較為嚴重的豎向結構部分，也可能出現兩者連接部位存在損壞的情況，應該及時做出修補處理，以保證結構的性能合格，接縫部分的質量達標，不會影響工程的正常運行。

其三，在底層結構需要鋪設一層直徑為2.36mm的小碎石，保證混合料與鋼板層結構的抗剪性能符合要求，不會影響工程的質量。樹脂膠粘劑的鋪設量為0.8kg/m2，碎石用量為0.8kg/m2。這個環節的樹脂材料可以作為混合料的膠粘劑應用，保證進口材料的強度性能達到70%，符合工程的要求，但是在層間黏合的環節所應用的膠粘劑還要深入研究。

其四，選擇不同形式的環氧樹脂膠粘劑材料是非常重要的，最終所制作的環氧樹脂混凝土會有很大的差異性，所以根據工程的使用需要，選擇符合要求的環氧樹脂膠粘劑材料，在溫度條件之下其動態模量變化比較明顯，所以相同荷載的條件之下不會發生過大的變形，同時還有較高的抗疲勞效果，完全能夠符合工程的運行要求，各項性能參數達標，沒有任何質量問題和缺陷，確保橋梁工程的質量符合要求。