近年來,隨著中國交通運輸事業的快速發展,橋梁作為交通運輸的基本要素,對其養護維修工作日益增多。交通量的迅猛增加和車輛超載現象的日趨嚴重使得橋梁與車輛之間的矛盾日漸顯露,為了減少橋梁維修對路網中車輛通行能力造成的影響,采用合適的材料對橋梁的早期裂縫進行修補就顯得格外重要。低粘度環氧樹脂是一種粘度低、加工工藝性好的環保材料,由于引入不同于一般環氧樹脂的化學基團,低粘度環氧樹脂具有許多新的特性,如低結晶性、阻燃、快速固化等,給環氧樹脂的使用帶來很大便利,既可單獨使用,也可與普通雙酚A型環氧配合使用,用于涂料、復合材料、灌封、灌縫等。所以,低粘度環氧樹脂是一種很好的裂縫修補材料。

1·低粘度環氧樹脂

1.1　材料組成

在中化798糠醛-丙酮材料體系的基礎上,優選親水性固化劑和親水性表面活性劑后,在有滲水情況下,即使是0.01 mm的裂縫也能滲透和固結,從而達到防滲補強的目的。

丙酮、糠醛本身粘度很低且能很好地溶解環氧樹脂,形成均勻的溶液體系,在環氧樹脂堿性固化劑的作用下,丙酮、糠醛能發生反應生成呋喃樹脂,呈互穿網絡結構,能與巖石和混凝土粘結牢固,且滲透性強,能灌注0.01 mm以上的裂縫,并具有低溫下固化,氣味小,毒性低,耐水、耐酸堿、耐鹽腐蝕和耐老化等性能,但漿液不能在潮濕與水下環境中固化。為了使糠醛-丙酮混合體系環氧漿液既能保持原有特性,又能應用于潮濕與水下環境,采用一種親水性固化劑及親水性表面活性劑后,可以滿足潮濕與水下環境的裂縫修補加固。

糠醛-丙酮混合稀釋劑的環氧灌漿材料,組成配合比見表1。

1.2　固化機理

環氧樹脂漿液的固化過程屬于縮合、交聯反應。

 

在糠醛-丙酮混合稀釋體系的環氧樹脂漿液加入親水性促進劑可提高早期強度,以聚酰胺650作固化劑不僅增加了固化物的韌性,同時還改變了漿液的親水性,顯著地提高了在有水和潮濕條件下的粘結強度。

2·潮濕面使用樹脂要求

過水橋梁工作面的相對濕度大多超過85%,且環境濕度高,為保證裂縫的處治效果,采用在樹脂漿液中加入親水性固化劑和表面活性劑的方法,來解決橋梁裂縫在潮濕與水下裂縫環境中的修補問題。為了使低粘度環氧樹脂能夠較好地粘結于橋梁潮濕面,在裂縫的修補過程中應遵循以下幾方面要求:

(1)應對要修補的混凝土表面進行鑿毛,且保持其潔凈、干燥、堅固、密實和平整。

(2)為了使老混凝土表面能充分被環氧樹脂基液

所浸潤,保持良好的粘結力,對其涂抹環氧樹脂基液。涂刷時,力求薄而均勻,厚度不超過1 mm,可用毛刷人工涂抹,也可用噴射,為便于涂勻,還可以在基液中加入少量丙酮(3%~5%),已涂刷基液的表面,應注意保護,嚴防雜物,灰塵落入。

(3)涂刷基液后,間隔一定時間(30~60 min),將基液的氣泡清除后,再涂抹環氧砂漿,環氧砂漿涂層的厚度以0.5 cm為宜,如超過0.5 cm時,應分層涂抹,每層厚度可控制為0.3~0.5 cm,每次涂抹均需用力壓緊。

(4)環氧材料養護時最重要的是控制溫度。夏季工作面向陽時,應設涼棚,避免陽光直射,冬季溫度太低,應加溫保暖,一般養護溫度以20℃為宜,養護溫差不超過5℃。養護時間:夏季一般2 d即可,冬季則需7 d以上,養護期的前3 d,不應有水浸泡或其他沖擊。

3·工程應用

南寧市邕江大橋建成于1964年7月,全長394.6m,寬24.6 m。為中國較早采用閉口薄壁桿件理論設計的一座懸臂式鋼筋混凝土箱型薄壁城市橋梁。兩端跨徑為1×45 m的單懸臂梁,中跨為5×55 m,采用23m中間掛梁的雙懸臂梁。由兩組獨立的三室箱梁組成,兩組箱梁之間用簡支板支承于箱梁的懸臂上;在墩臺處設置剛接的連續橫隔梁,其余的橫隔梁均為簡支,下部結構北岸為埋置式橋臺,南岸為U形橋臺。橋墩采用雙柱式,支承于分離式沉井基礎上。

3.1　潮濕面裂縫修補工藝

為了恢復結構的整體性和強度,施工時采用壓力注入工藝使得環氧樹脂漿材能充分填充裂縫并膠結良好。為確保施工質量,提出以下幾方面要求:1)注漿孔(嘴)與待處理裂縫是通暢的;2)注漿時,裂縫面具有排水(氣)條件;3)漿液注滿裂縫后沒有外流條件;4)裂縫面不存在阻礙粘結的物質;5)保證漿液在充填裂縫過程中呈流動狀態。

注漿修補裂縫施工工藝如下:定孔位→鉆孔→沖孔→連接管路→孔外填塞→高壓水清洗→注漿→屏閉漿→清洗管路。

3.1.1　裂縫調查

裂縫調查工作對結構物的修復工藝具有重要的意義。因此,需現場核實裂縫長度、寬度、深度、走向、形成原因以及是否貫穿結構物斷面等,并進行標注。

(1)寬度調查

對于寬度<0.15 mm的裂縫,一般采用裂縫補膠進行表面封閉;對于寬度≥0.15 mm的裂縫,則采用注漿壓力注入混凝土裂縫修補膠液封閉裂縫法。

(2)深度調查

裂縫的深度可用鑿槽、鉆孔取芯、鉆孔壓水及超聲波等方法來測定。

(3)設計資料和施工記錄調查

設計資料的調查包括結構物施工圖、竣工圖、結構計算書等,施工記錄調查包括結構物所用原材料、混凝土配合比、混凝土澆筑和養護、地基情況、環境條件等。

3.1.2　鉆孔

對于大體積混凝土的深層裂縫,可在裂縫上鉆孔,當裂縫較深、裂縫面積大且走向不規則時,宜設置較深的騎縫注漿孔和斜鉆注漿孔,同時利用注漿孔作為排水排氣孔,使注漿時形成較多的通路,孔深以穿過裂縫20~30 cm為宜,并用阻塞器連接灌漿管灌漿。

 

3.1.3　清孔及裂縫表面處理

所有孔眼必須使用高壓空氣或高壓水吹洗干凈,鑿除突出部分,將構件表面整平,然后用丙酮擦洗,清除裂縫周圍的油污,清洗時應注意不要將裂縫堵塞。對于混凝土細小裂縫(寬度小于0.3 mm)應用鋼絲刷等類似工具,先清除裂縫表面的灰塵、浮渣以及松散層等污物,然后再用毛刷蘸甲苯、酒精等有機溶液,把沿裂縫兩側20~30 mm處清洗干凈并保持干燥;當混凝土裂縫寬度大于0.3 mm時,則將裂縫鑿成“V”形,槽寬與槽深根據裂縫深度和有利于封縫的情況來確定,鑿完后用鋼絲刷及壓縮空氣將殘留的碎屑粉塵清除干凈。

3.1.4　粘貼注漿嘴及裂縫表面封閉

(1)裂縫經表面處理后,鑿成了“V”形槽的裂縫宜粘貼注漿嘴,經過鉆孔的裂縫則埋設注漿管。埋設上述設備時,應先用甲苯擦干凈,注漿嘴底盤的鐵銹必須除凈,并用丙酮擦洗干凈,然后將專用膠泥均勻地抹在底盤周圍,厚度1~2 mm,與孔眼對準粘貼在裂縫上,灌漿嘴(管)埋設的間距根據縫長及裂縫的寬窄以3.5~4.0 cm為宜,一般縫寬可稀,窄縫宜密,每一道裂縫至少須各有一個進漿孔和排氣孔。注漿孔眼必須對中,保證導流暢通,灌漿嘴(管)應粘貼牢靠,四周封閉抹成魚脊狀。

(2)裂縫表面封閉:為使混凝土縫隙完全充滿漿液,并保證在壓力作用下漿液不外滲,必須對已處理過的裂縫表面(除孔眼及嘴子外)用裂縫修補膠沿裂縫走向從上至下均勻涂刷兩遍進行封閉(寬度6~8 cm),形成封閉帶,以便修補膠漿液壓力注入結構物內部裂縫。

3.1.5　壓氣試驗

封閉帶固化后,應壓縮氣體(0.2~0.4 MPa)進行壓氣試驗,以檢查封閉帶是否封嚴,如發現封閉帶上有漏氣現象,對漏氣部位應再次封閉。

3.1.6　注漿操作

(1)灌注裂縫采用空氣泵壓注法,壓漿罐與注漿嘴用聚氯乙烯高壓透明管相連接,且連接嚴密不漏氣。

(2)在注漿過程中應注意控制壓力,裂縫寬度較大,進漿通暢時,壓力宜控制為0.2 MPa,裂縫進漿不暢,宜控制為0.4 MPa。

(3)對于水平裂縫,宜由低瑞逐漸壓向高端;對于豎向裂縫由下向上逐漸壓注。從一端開始壓漿后,另一端的注漿嘴必須在排出裂縫內的氣體后噴出漿液與壓入的漿液濃度相同時,方停止壓漿,在保持壓力下封堵注漿嘴。

貫通縫如果單面注漿后另一面未見出漿,可在另一面壓灌一次。

3.1.7　質量檢查及裂縫表面處理

灌注完畢,待裂縫內的漿液不流動以后,將灌漿嘴拆下,并用封閉裂縫用的灌漿液把灌漿嘴處封好,再在裂縫表面涂一層聚合物水泥漿,確保封閉嚴實。灌漿結束后,應檢查補強效果和質量,確保工程質量。

3.2　裂縫修補結果分析

施工時在裂縫表面進行鉆孔,作為注漿導向孔。腹板及頂、底板裂縫;沿裂縫走向鉆孔,孔深5 cm,孔徑8 mm,孔距35 cm。

通過壓水試驗對該橋梁的裂縫修補效果進行檢查,發現孔壓水透水率平均值小于3 Lu,滿足規范要求。對裂縫修補后使用3年的橋梁檢查結果看,使用性能良好,達到了預期的效果。

4　結語

       （1）選用的低粘度糠醛-丙酮混合體系環氧樹脂,能灌注0.01 mm以上的裂縫,并能在低溫下固化,氣味小,毒性低,耐水、耐酸、耐堿、耐鹽腐蝕、耐老化性能優異。

(2)基于糠醛-丙酮混合稀釋體系的環氧樹脂漿液,優選了聚酰胺650固化劑用量,研究了高濕度和有水環境下糠醛-丙酮混合體系環氧樹脂的技術性能,滿足潮濕和有水條件下裂縫修補的技術要求。

(3)優化了潮濕面裂縫灌漿施工工藝,確定了相關灌漿參數(如配合比、孔深、孔距、灌漿壓力等)。

(4)在廣西南寧邕江大橋的潮濕面裂縫修補加固工程中進行了工點應用,質量檢查孔壓水透水率小于3 Lu,滿足規范要求,通過使用3年后的橋梁檢查,說明低粘度環氧樹脂在橋梁潮濕面裂縫的修補中具有較好效果。