論混凝土裂縫修補技術及灌漿質量控制

陳 亮,劉 振

(黑龍江省龍建路橋第一工程有限公司)

混凝土是由砂石骨料、水泥、水及其他外加材料混合而成的非均質脆性材料。由于混凝土的施工、本身變形和約束等一系列問題,使混凝土裂縫成了橋梁工程中最常見的工程病害。輕者使內部的鋼筋等材料產生腐蝕,降低鋼筋混凝土材料的承載能力、耐久性等;嚴重的將威脅到人民生命財產的安全。但大部分裂縫都可以通過修補使混凝土結構物恢復原有功能,并且對灌漿的質量控制成為混凝土裂縫修補成功的關鍵。

1 出現混凝土裂縫的原因

從微觀上看,混凝土是由水泥、砂、石、空氣、水組成的多相結合體,由于混凝土的組成材料、微觀構造以及所收外界影響的不同,混凝土裂縫產生的原因也有很多種。

(1)大體積混凝土水化時產生的大量水化熱得不到散發,導致混凝土內外溫差較大使混凝土的形變超過極限而引起的裂縫。

(2)混凝土在硬化的過程中由于干縮引起的體積變形受到約束時產生的裂縫,這種裂縫的寬度有時會很大,甚至會貫穿整個構件。

(3)在大厚度的構件中,由于混凝土的塑性塌落受到模板或頂部鋼筋的抑制,在澆搗后數小時會發生這種由于混凝土塑性塌落引起的裂縫。

(4)當有約束時,混凝土熱脹冷縮所產生的體積脹縮因為受到約束力的限制,在內部產生了溫度應力,由于混凝土抗拉強度較低,容易被溫度引起的拉應力拉裂從而產生溫度裂縫。

(6)在炎熱或大風天氣,混凝土表面水分蒸發過快以及混凝土水化熱高等,在混凝土澆筑后數小時仍處于塑性狀態時易產生塑性收縮裂縫。

(7)構件承受荷載所產生的裂縫：如構件在均布荷載或集中荷載作用下產生內力彎矩,出現垂直于構件縱軸的裂縫;構件在較大剪力作用下,產生斜裂縫,并向上、下延伸。

(8)當結構的基礎出現不均勻沉降時,結構構件受到強迫變形,而使結構構件開裂,隨著不均勻沉陷的進一步發展,裂縫會進一步擴大。

(9)當鋼筋混凝土構件處于不利的環境中,如海洋等時,由于混凝土保護層厚度過薄,特別是混凝土的密實性不良,環境中的氯離子和溶于海水中的氧會使混凝土中的鋼筋生銹生成氧化鐵。氧化鐵的體積比原來金屬的體積大得多,鐵銹體積膨脹,對周圍混凝土擠壓,使混凝土脹裂。這種裂縫一般沿鋼筋方向,比較容易識別。順鋼筋方向的裂縫發生后,更加速了鋼筋銹蝕過程,最后導致保護層成片剝落,這種順筋裂縫對耐久性的影響較大。

工程所在的佳木斯松花江公路大橋在當時應屬于先進的橋型,但是由于這種橋型本身的缺點及歷史條件的限制,經多年使用T構牛腿及掛梁牛腿均出現結構性裂縫且腹板及頂板均有開裂現象。該橋是我國首座在最北部寒冷地區冬季施工的橋梁,對混凝土后期的收縮、徐變變形影響較大,經過近 18年的運營,大橋混凝土開裂現象更加嚴重。

2 混凝土裂縫的修補方法

問題出現了,解決它的方法自然而然也隨之產生。隨著施工經驗的發展,現在混凝土裂縫修補的方法有很多,如表面修補法、灌漿嵌縫封堵法、結構加固法、混凝土置換法、電化學防護法、仿生自愈合法等等,其中灌漿嵌縫封堵法又可分為壓力注漿法、開槽填補法和涂膜封閉法三種。下面僅就本橋應用的低壓灌漿裂縫修補方法進行說明。

2.1 適用范圍

適用于寬度為 0.2～3mm的混凝土裂縫修補。

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2.2 材料和機具

橋采用北京冶建工程裂縫處理中心的“工程師”系列AB-1灌漿樹脂膠粘劑和專用封縫樹脂膠和工程師 TM自動壓力灌漿器,其具有低粘度,可灌性、韌性及強度均較好,有效操作時間長,并經歷了大量工程實踐。

2.3 修補工藝

(1)裂縫的檢查。依據檢測記錄中所述需要加固補強砼裂縫的位置,現場核實裂縫的數量、長度和寬度,并根據實際情況予以增減。

(2)裂縫的表面處理。用鋼絲刷等工具,清除裂縫表面的灰塵、浮渣及松散層等污物。然后再用毛刷蘸甲苯、丙酮、酒精等有機溶液把裂縫兩側 20～30mm處擦洗干凈,并保持干燥。詳見表 1。

表 1 注膠間距與裂縫寬度關系

(3)灌漿嘴的布設。根據裂縫的寬度確定灌漿嘴布設的位置和間距,一般按 15～20cm距離設置一個注入口,注入口位置盡量設置在裂縫較寬、開口較通暢或開叉的部位。用甲苯、丙酮、酒精等有機溶液清洗干凈,保持干燥。并保證每條裂縫至少布設兩個灌漿嘴。

(4)裂縫表面。為使混凝土縫隙完全充滿漿液,并保持壓力,同時又保持漿液不大量外滲,對已處理過的裂縫表面用專用封縫膠沿裂縫走向均勻涂刷兩遍進行封閉,形成寬度為 4～6cm的封閉帶。封縫時防止產生小孔和氣泡,保證封閉可靠。

(5)粘貼灌漿嘴。先在灌漿嘴的底盤上抹一層厚約 1～2mm的專用封縫膠,抹專用封縫膠時防止產生小孔和氣泡,保證封閉可靠,將灌漿嘴的進漿孔對準預先確定的進漿位置騎縫粘貼壓實,然后用細鐵絲試探灌漿嘴的可通性。

(6)灌漿機具設備的準備和調試。檢查低壓灌漿器膠囊是否密閉、連接頭是否漏漿,確認無誤時方可進行下一道工序。

(7)裂縫封閉用壓氣法進行檢驗。專用封縫膠封閉帶及灌漿嘴膠泥固化后,進行壓氣試驗,以檢查封閉帶是否封嚴。壓縮氣體通過灌漿嘴,氣壓控制在 0.2～0.4MPa,此時,在封閉帶上及注漿口周圍涂上肥皂水,如發現通氣后封閉帶上有氣泡出現,說明該部位漏氣,對漏氣部位可再次封閉。試氣對于豎向裂縫從下向上,斜向裂縫由低端向高端進行。

(8)裂縫灌漿漿液的配制。漿液配制應按照產品配方進行,配制膠液前應將A、B兩組分充分搖勻,根據估計的灌膠量按推薦配膠比準確稱量兩組分并混合均勻。漿液一次配備數量需以漿液的凝固時間及進漿速度來確定。

(9)裂縫灌漿操作。

①每條混凝土裂縫灌漿由低端向高端進行,從一端開始壓漿后,另一端的灌漿嘴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,停止壓漿,灌漿壓力為 0.2MPa,然后將出漿嘴封堵。貫通縫須在外表機上進行封縫處理,從另一表面進行灌縫。對于已灌過的裂縫,待漿液固化后將灌漿嘴拆除,并將灌漿嘴處用封縫膠抹平。

②灌漿結束后,檢查補強效果和質量,發現缺陷應及時補救,以確保工程質量。

3 質量控制要點

(1)要求認真編制《裂縫灌漿加固施工方案》,并通過有關部門負責人審核、簽字蓋章。主要內容應能滿足設計、施工加固技術、質量標準、施工安全和工期等要求。對結構膠等新材料的運用必須審核《技術鑒定報告》和《推廣使用許可證》。

(2)加固用的結構膠、封縫膠、自動壓力灌漿器等材料,必須有出廠合格證、出廠質量證明書(或檢驗報告)、生產許可證等質保證明資料,對結構膠等新材料必須進行現場取樣試驗鑒定。

(3)檢查混凝土結構構件表面的砂漿、浮漿是否打磨清除干凈,混凝土表面的平整度、清潔度、干燥度是否滿足標準要求。

(4)現場跟蹤觀察、檢查;觀察注膠口是否飽滿,用取芯機取樣檢查裂縫灌漿是否飽滿。

(5)搞好施工過程的各項工藝、工序交接檢查、平行檢查、巡檢和抽檢;上道工藝驗收合格,方可進行下道工序的施工。

4 預防和減少混凝土裂縫產生的措施

雖然現在混凝土裂縫修補的方法越來越多,效果也越來越好,但還是要在施工中做到以預防為主,預防混凝土裂縫要做好以下幾點。

(1)設計單位應該提出混凝土施工溫度控制的具體要求和混凝土施工養護的基本要求,確定外加劑的品種和摻量,確保混凝土收縮與膨脹相抵消。

(2)混凝土配合比控制要求嚴格,計量要準確,坍落度抽檢工作要加強,不能流于形式。

(3)混凝土振搗要密實,拆模后須掛草簾或麻布澆水養護,保持濕潤狀態 2d。

(4)施工過程中應經常觀察模板的位移和混凝土澆搗的密實情況,不能漏振、過振,且在第一次振搗后要進行第二次振搗。

(5)配置大體積混凝土宜使用低水化熱水泥,如礦渣水泥,此外可摻加膨脹劑,同時要采用塑料薄膜和草袋覆蓋以確保混凝土內外溫差小于 25℃。

(6)對于商品混凝土,則要在滿足其可泵性、和易性的前提下盡量減小出機時的塌落度,降低砂率,并嚴格控制骨料的含泥量等。

5 結 語

事前認真細致地對改造加固工程的原結構進行設計復核、對改造加固的設計方案和施工方案進行充分研究與論證,是改造加固工程質量和安全控制成功與否的關鍵環節。裂縫修補技術,雖然日趨成熟,但目前在施工中尚屬于新技術、新材料和新工藝的運用,施工專業性較強,有關封縫膠與混凝土的適配相溶性試驗復雜、目前尚不完善,而且關于封縫膠的抗老化等問題,尚無檢測資料和實驗結論,將有待今后進一步研究、探索。因此,必須要求施工單位委托具有法定檢測資質的機構或單位,對原材料和施工成品的驗收進行見證檢測;工程交工后還應建議建設單位或用戶在使用過程中,定期對結構進行觀測與維護。在改造加固工程實施的過程中,應成立工程項目專家咨詢組,這不但有利于解決工程技術復雜問題和施工疑難問題,促進新技術、新材料、新工藝在工程建設中的運用,而且對提高我省工程建設中的科技含量和工程管理水平,都具有較大的作用和深遠意義。