甬臺溫高速公路蕭江互通A匝道橋梁病害維修加固淺析
2010-12-31 00:00:00溫作鑠,溫振亞
中華建設科技 2010年12期
【摘 要】本文主要闡述利用賽柏斯濃縮劑（XYPEX濃縮劑）、碳纖維及復合纖維布等配套樹脂材料加固維修鋼筋混凝土結構的新材料、新技術。并在蕭江互通A匝道橋病害維修工程中應用，取得較好效果，對今后橋梁結構物加固維修有很好的借鑒意義。
【關鍵詞】橋梁加固；碳纖維；復合纖維布
Yongtaiwen highway Xiaojiang mutual communication full circle way bridge disease harm maintain to reinforce
Wen Zuo-suo，Wen Zhen-ya
(Wenzhou yongtaiwen highway Co.， Ltd. ounan administrative office Wenzhou Zhejiang 325000)
【Abstract】This text is main to elaborate make use of a match cypressinspissation， carbon fiber and compound fiber cloth etc. kit resin the material reinforce to maintain reinforced concrete structure of new material， new technique.Combine in the Xiaojiang the mutual communication A full circle way bridge disease harm maintain the engineering application， obtain better effect， reinforce to maintain to aftertime's bridge structure thing good draw lessons from meaning.
【Key words】The bridge reinforce;Carbon fiber;Compound fiber cloth1. 橋梁病害現狀分析
1.1 橋梁概要及病害現狀。甬臺溫高速公路蕭江互通A匝道橋系連接主線和蕭江收費所的上跨橋梁，橋跨組合為（12×20+7×13）m，交角為90°，橋梁全長334.89m。上部構造為預應力混凝土空心板，下部構造為三柱式橋臺、樁基礎；橋墩為三柱式墩、樁基礎。橋梁設計荷載為汽車超-20級，掛車-120。圖1 18-1#板梁底裂縫（析鈣）
圖2 16-1#板翼緣板裂縫（析鈣）
由于橋梁第16跨至第19跨位于匝道小半徑曲線內，在運營過程中經常發生超限超載貨車翻車及重載物滑落等直接砸到橋面和撞擊防撞護欄的交通事故。對橋梁16跨～19跨空心板及外側防撞護欄造成較大的沖擊破壞。
1.1.1 空心板梁底縱向裂縫（圖1）。第16跨的16—1號、16—2號梁板，第18跨的18—1號、18—2號梁板，第19跨的19—1號梁板底均有明顯的縱向裂縫（板梁編號為由外向內，即垂直于車輛行駛方向從右向左依次編號）。
1.1.2 空心板翼緣板縱向裂縫（圖2）。第16跨的16—1號邊梁板翼緣板交叉處有縱向裂縫。圖3 蓋梁擋塊破碎
1.1.3 橋墩蓋梁擋塊豎向裂縫（圖3）。第16跨蕭江出口一側的橋墩蓋梁檔塊碎裂，蓋梁有豎向裂縫。
1.1.4 防撞護欄斷裂裂縫（圖4）。外側約50米長的防撞護欄多處出現斷裂裂縫和破損缺角。表1 裂縫注射劑物理力學性能表
材料名稱裂縫注射劑混凝土密封劑檢驗項目技術數據參考標準技術數據參考標準
可用時間 （ 25℃）>30分鐘GB/T71936-87>30分鐘GB/T71936-87
黏度（25℃）400～500cpsGB/T2794-1995
抗壓強度 （ 7天后）60 MPaGB/T2569-199560 MPaGB/T2569-1995
抗拉強度（ 7天后）20 MPaGB/T2568-199512 MPaGB50212-2002
粘結強度（ 7天后）2.5MPa（金屬/砂漿）GB/T9779-882.5MPa（金屬/砂漿）GB/T9779-88
剪切強度（ 7天后）12 MPa（金屬/金屬）GB/T7124-8612 MPa（金屬/金屬）GB/T7124-86
表3 碳纖維加固專用膠性能性能編號試驗項目試驗條件底膠找平膠浸漬粘貼膠
技術要求檢驗結果技術要求檢驗結果技術要求檢驗結果
物理性能1外觀自然光無雜質均質無雜質無雜質均質無雜質無雜質均質無雜質
225℃粘度MPa.sA組份-500---800
B組份-900---11003適用期min25℃-50-60-60
力學性能4內聚抗壓強度MPa25℃7天-72.00-88.00≥70.085.005內聚抗拉強度MPa25℃7天-65.00-32.50≥30.056.00
6內聚抗彎強度MPa25℃7天----≥40.068.50
7內聚抗拉彈性模量GPa25℃7天-2.80-4.30≥1.503.00
8伸長率%25℃7天-3.10-1.80≥1.502.00
9鋼-鋼粘接抗剪強度MPa25℃7天-17.00-17.50≥10.020.50
10鋼-混凝土粘接抗剪強度MPa25℃7天C40砼破壞C40砼破壞C40砼破壞C40砼破壞C40砼破壞C40砼破壞
11鋼-混凝土正拉粘接強度MPa25℃7天≥2.5MPa 或C40砼破壞≥3.3MPa 且 C40砼破壞≥2.5MPa或 C40砼破壞≥3.3MPa 且 C40砼破壞≥2.5MPa或C40砼破壞≥3.3MPa且 C40砼破壞
耐久性能
12人工氣候老化正拉粘接強度MPa2000h≥2.5MPa 或C40砼破壞≥3.0MPa 且C40砼破壞≥2.5MPa 或C40砼破壞≥3.0MPa且 C40砼破壞≥2.5MPa 或C40砼破壞≥3.0MPa 且C40砼破壞
表2 碳纖維片材性能
測試指標單位
材料名稱
碳纖維布抗拉強度標準值MPa≥3500
彈性模量Gpa≥210
厚度mm0.167
重量g/m2300
寬度mm200～500
1.2 病害維修依據。
2008年12月經交通部公路檢測中心對該橋進行荷載對比試驗，其結論為：“裂縫對開裂板塊的受力影響較??；裂縫的存在對各板的橫向受力影響較小”；表明該橋16～19跨出現的不同程度缺損，對橋梁的正常使用影響不大，但須對該橋結構的耐久性作適當的維護；因此維修加固的原則是在維持現有結構的基礎上進行恢復、加固。
2. 維修加固材料特性
本橋梁病害維修加固工程主要使用裂縫補強材料、裂縫封閉材料、碳纖維加固材料、“NC聚合物水砼快速修補材料”、 復合纖維布材料，其技術性能及物理力學指標如下：
2.1 裂縫補強材料（干縫處理）(見表1)。
選用裂縫注射劑及混凝土密封劑作為低壓持續注射工法裂縫補強的主要材料。
圖4 防撞護欄斷裂裂縫
2.2 裂縫封閉材料（濕縫處理）。
濕縫處理采用賽柏斯水泥基滲透結晶型防水材料進行嵌封，現有板梁底有析鈣現象的裂縫，裂縫內部兩側無法滿足裂縫補強所需的“干”與“凈”的要求，故擬采用賽柏斯材料嵌封細槽，以賽柏斯材料特有的活性化學物質催化水泥混凝土內的微粒和未完全水化的成份再次發生水化作用，形成不溶性結晶，封閉裂縫。
表4NC聚合物水泥砼性能
力學性能項目1天3天28天90天備注
抗壓強度 (MPa)>15.0>30.0>40.0>60.0
抗折強度 (MPa)>2.5>4.0>10.0>12.0
粘結強度(MPa)>1.5>2.5>7.5>9.5凍融損失%<1
耐磨性好
耐油（酸）性好
耐水（滲透）性SS>12
張（縮）性無收縮、微膨脹
毒性無
可燃性不燃
技術性能凝結時間（min）坍落度(mm)
初凝終凝15（s）
30～4560～90>200
2.3 碳纖維加固材料。
板底采用碳纖維加固，其材料由碳纖維片材及其配套專用膠組成。碳纖維片材是采用進口碳纖維原絲為關鍵原材料，具有力學性能優異、便于施工操作的特性；配套專用膠由碳纖維粘貼底膠、粘貼找平膠、浸漬粘貼膠三個膠種組成。（見表2、表3）
2.4 NC聚合物水泥砼快速修補材料（見表4）。
蓋梁修復及其它砼結構缺損采用NC聚合物水泥砼快速修補材料予以修補，該材料系以硅酸鹽水泥為主，適量摻入多種有機和無機材料，經復合、聚合而成的微膨脹粉粒狀粘結材料。材料遇水后會產生一系列水化、水解的化學反應，聚合成具有滲透性強、粘結強度高的新型膠凝體，并迅速吸附在老砼的粘結界面上，從而使新老砼形成一個牢固整體。其特點是粘結強度高、耐磨和抗沖擊等耐久性佳。
2.5 美國泰扶復合纖維加固材料。
防撞護欄開裂修復采用美國泰扶復合纖維加固，材料TYFOSEH-51（芳玻韌布）是由TYFOS專用樹脂
和TYFOSEH-51增強纖維混合而成的。TYFOSEH-51是一種特制的編制物，由單向特種玻璃（E-Glass）
和芳綸（Kevlar）纖維組成，這種玻璃材料和芳綸纖維垂直編制著。TYFO專用樹脂是由兩組基本樹脂
材料（TYFOA和TYFOB）結合在一起而成（見表5）。
表5芳玻韌布材料性能指標表
固化后形成的符合材料配套專用樹脂
名義厚度拉伸強度彈性模量拉伸強度彈性模量延伸率
1.3mm80MPa26.2GPa80MPa32GPa3.8%
3. 維修加固施工工藝本項目加固措施主要是對現有缺陷進行加固恢復為主，其次是采取增設防撞復合纖維帶及警示標志等措施防止結構再次受到沖擊，其基本施工程序為：
施工準備→腳手架搭設→梁底及邊梁翼緣板裂縫封閉（干縫、濕縫）→板底碳纖維布粘貼加固→蓋梁檔塊修復→防撞護欄裂縫補強→粘貼防撞護欄復合纖維布→增設防范警示標志→交工。具體技術措施如下：
3.1 裂縫補強（干縫處理）。
本工藝適用于板梁底及防撞墻不潮濕、無滲水、析鈣的干燥裂縫，其工藝流程（見表6）：
3.2 裂縫封閉（濕縫處理）。
對于潮濕的裂縫采用賽柏斯濃縮劑（XYPEX濃縮劑）材料進行封閉處理，其具體施工步驟如下：
3.2.1 鉆孔排水—在每片待修梁空心部位選擇低位鉆取10穿孔，排出內部積水，并注意觀察積水為養護水還是從路面上部滲透下來的水。
3.2.2 鑿開裂縫附近松散的砼，直至堅固的砼梁基體。
3.2.3 對于縫寬小于0.4mm的裂縫，用清潔水充分濕潤須維修的表面及裂縫內部，讓水浸透砼；然后用賽柏斯（XYPEX）：水以5份：2份（體積比）調和成濃縮灰漿涂刷；對于縫寬達0.4mm及以上的裂縫，需挖空成 5mm寬15mm深的U型槽，并用高壓水槍清洗細槽中及周邊的白色析鈣與混凝土粉塵。
3.2.4 當灰漿涂層干燥約十分鐘，但仍然有粘著性的時侯，用賽柏斯（XYPEX）：水以6份：1份（體積比）混合的半干料填滿槽與表面平齊。
3.2.5 稍微用水灑濕填縫的表面，然后在所修復的區城上再涂上一道XYPEX濃縮劑灰漿。
3.2.6 在三天內，定期用霧狀水進行養護。
3.2.7 賽柏斯(XYPEX）材料的施工注意事項如下：
表6
(1)使用鋼絲刷或砂輪機等，將預定涂密封劑的部份磨平，露出堅實的表面；并將表面處理干凈。
(2)測量裂縫寬度、長度，估計注射位置及材料用量。標示底座安裝位置，底座間距一般為25～30cm。若裂縫較寬，底座間距可適當拉長。
(3)使用密封劑把注入用底座安裝好，使其固定底座的中心要和裂縫中心吻合。(4)用密封劑把裂縫的表面確實固定，使注入的樹脂不致流失，標準是沿裂縫線作寬度30mm，厚度約1～2mm的封帶。待密封劑硬化后，進行下一工序。
(5)按比例配制裂縫注射劑，并將其裝入專用注射筒。將注射筒固定在底座上，采用加勁橡圈加壓的方式將注射筒內的裂縫注射劑注入裂縫。在本工程中，由低向高逐一安裝注射筒。在注射筒內裂縫注射劑快用完時需盡快更換注射筒，以盡量減少空氣的滲入以避免形成假飽和現象。另外，在注射的后階段應增加加勁橡圈的數量以保證持續壓力。
(6)注入的樹脂硬化后，撤去注射筒。
(7)卸下底座，用砂輪機磨去密封劑使表面平坦，恢復原貌。
3.2.7.1 XYPEX不能在雨中或環境溫度低于4℃時使用。
3.2.7.2 XYPEX要用水浸透，但不能有明水。
3.2.7.3 XYPEX在養護過程中必須用凈水，必須在初凝后使用噴霧式，一定要避免涂層被破壞。一般每天需噴水3次，連續2~3天，在熱天或干燥天氣要多噴幾次，防止涂層過早干燥。
3.2.7.4 XYPEX在養護過程中，必須在施工后48小時內防避雨淋、霜凍、日曬、風吹、污水及2℃以下的低溫。
3.2.7.5 XYPEX屬堿性，要避免直接與皮膚接觸、若需用手摻拌干粉或濕料時需戴膠皮手套。3.3 板底碳纖維布粘貼加固。
完成裂縫補強（封閉）后，對板體碳纖維布加固：3.3.1 裂縫區加固—為防止裂縫受外力（日常荷載、可能的沖擊力、熱脹冷縮等）的影響繼續擴展，在垂直裂縫方向跨縫粘貼單向300g/m2碳纖維布予以防范，縫兩側錨固長度不少于250mm（即碳纖維布長度不短于500mm），加固長度以裂縫兩端終止處再向外200mm（詳見圖5）。
圖5 裂縫區加固碳纖維布粘貼示意圖
圖6 板體加固碳纖維布粘貼示意圖
圖7 防撞護欄復合纖維布粘貼示意圖
3.3.2 板體加固—縱向裂縫橫向加固后，對前述5塊板再沿板跨方向縱向滿貼一層300g/m2碳纖維布，以提高板體整體強度（詳見圖6）。
3.3.2.1 板底粘貼界面打磨后進行清潔干燥處理。
3.3.2.2 對板底凹處補平修整后整體刷涂底膠。
3.3.2.3 底膠固化至指干后板底再整體涂刷一層粘貼膠進行板底整體碳纖維布粘貼。
3.3.3 封閉保護—為防止紫外線對環氧樹脂膠的破壞，待板底整體碳纖維布粘貼固化至指干后涂刷浸漬膠，常溫固化后全面粉飾（不少于5mm），然后刷涂料保護。
3.3.4 注意事項：
3.3.4.1 碳纖維布規格采用厚0.167mm，300
g/m2。
3.3.4.2 碳纖維布粘貼方向由一端依次向另一端，并采用滾筒碾壓邊粘貼邊驅趕、去除氣泡，確保碳纖維布與粘貼膠充分結合。
3.3.4.3 板底碳纖維布粘貼時測量好長度一次性粘貼到位，應盡量避免搭接；若發生搭接應將搭接位置錯開30cm以上，縱向搭接長度不小于20cm。
3.3.4.4 保留排水孔，以及時排出板中積水（如有）。
3.4 邊梁翼緣板裂縫修復。
翼緣板裂縫底面采用濕縫處理方法，橋面防撞護欄與鋪裝層接縫開裂部位采用裂縫注射補強的干縫處理方式。
3.5 蓋梁修復。
16跨處的墩蓋梁擋塊斷裂，用NC聚合物水泥砼快速修補材料修復擋塊。擋塊修復工藝為：
打鑿檔塊缺損部位（至新鮮、堅固的砼基體）→14筋筋種植(原鋼筋間增加) →鋼筋制安→模板制安→澆注NC聚合物砼→1天后脫?！∧ぐB生3天。
3.6 防撞護欄復合纖維加固。
防撞護欄因經常受到沖擊，已發生多處斷裂，并給邊梁翼緣板產生較大的危害，16—1#邊梁翼緣板裂縫就是因防撞墻斷裂后，局部單體受沖擊所致。為防止這種現象的再次發生，對最易受到車輛沖擊的16—19跨的外側防撞墻在裂縫補強后，再采取在防撞護欄上粘貼復合纖維布對其進行防范加固，
以達到整體受力的目的。
在16~19跨橋面防撞護欄內側上、下部粘貼兩條1.3mm厚250mm寬的復合纖維布，其中上部粘貼兩層，下部粘貼一層；防撞護欄外側設置一條1.3mm厚250mm寬U形復合纖維布，間距100cm，與內側下部復合纖維布位置對應，以增加防撞護欄的整體強度；復合纖維布在伸縮縫位置斷開，另設蓋縫板并作好防腐保護（詳見圖7）。 4. 結語
隨著交通運輸業日益發達，汽車逐漸向大噸位發展，但個別駕駛員不遵守法律法規，違法超限超載運輸和超速行駛而發生事故現象時有發生，對橋梁等結構物造成很大的破壞作用。如何利用新技術、新材料來修理加固橋梁結構物是當前高速公路養護管理過程面臨的一個重要課題，蕭江互通A匝道橋采用賽柏斯濃縮劑（XYPEX濃縮劑）等新材料新技術，在不影響交通的前提下修復和加固遭損壞的橋梁結構，效果較好，節省工程造價，減少通行費流失，都是可以認真總結和推廣的。
參考文獻
［1］ 《公路橋梁加固施工技術規范》JTG／T J23-2008，中華人民共和國交通運輸部發布。
［2］ 《碳纖維片材加固修復混凝土結構技術規程》CECS146:2003，中國工程建設標準化協會標準。
［文章編號］1619-2737（2010）11-29-248
［作者簡介］ 溫作鑠（1978.11-），男，工程師，現就職于浙江溫州甬臺溫高速公路有限公司甌南管理處養護科，2005年畢業于浙江大學建工學院土木工程系，工學學士學位。
