橋梁構(gòu)件缺陷修復(fù)技術(shù)

李亞倫 王正一 向慧文 劉雁東 顏 奎

西北民族大學(xué)土木工程學(xué)院 甘肅 蘭州 730124

針對鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)混凝土剝落、鋼筋銹蝕病害的通常做法是鑿除損壞部位混凝土，對銹蝕鋼筋除銹處理，舊混凝土界面鑿毛植筋后采用比舊有混凝土高一強(qiáng)度等級的混凝土修補(bǔ)加固。然而根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際調(diào)查，發(fā)現(xiàn)通常的加固方法在橋梁小構(gòu)件修復(fù)上效果并不明顯，經(jīng)過一段時(shí)間的運(yùn)營，很多后期修復(fù)材料并不能很好粘結(jié)，出現(xiàn)脫落。不僅對原構(gòu)件沒有起到修復(fù)的作用，而且修復(fù)過程造成梁體構(gòu)件的二次損傷，甚至形成結(jié)構(gòu)隱患，給后期的養(yǎng)護(hù)維修工作帶來較大困難。目前對橋梁小構(gòu)件的研究表明：小構(gòu)件的破壞特點(diǎn)更多的是因?yàn)槟途眯圆蛔悖瑢?dǎo)致小構(gòu)件混凝土開裂、剝落、鋼筋銹蝕，造成不能滿足結(jié)構(gòu)承載力和剛度要求。目前針對小構(gòu)件缺損的常用方法是鑿除裂化部分混凝土，澆筑新混凝土以填補(bǔ)破損斷面。這種修復(fù)方法的關(guān)鍵技術(shù)問題是劣化修復(fù)過程中，界面劑使用不統(tǒng)一，還未證實(shí)使用不同界面劑的修復(fù)效果。

一、確定最佳的界面劑和修補(bǔ)材料

1.1 實(shí)驗(yàn)材料性能

采用C30級混凝土試件，普通硅酸鹽水泥PO52.5（諸城市楊春水泥有限公司），細(xì)砂和粗骨料；高效減水劑(Q8081PCA液體均衡型聚羧酸系減水劑，減水率37%，氯離子含量0.01%，堿含量0.02%)，自來水；界面劑環(huán)氧樹脂：型號WSR6101雙酚A型液體環(huán)氧樹脂；固化劑：T31固化劑、防護(hù)涂裝：氟樹脂涂料、粉煤灰。

1.2 實(shí)驗(yàn)試件尺寸及配合比

圖1 Z形試件單個(gè)尺寸（mm）

表1 C30普通混凝土

表2 聚合物混凝土

1.3 Z形試件抗剪試驗(yàn)流程

本試驗(yàn)在研究新舊混凝土界面剪切應(yīng)力和剪切強(qiáng)度時(shí)，為了實(shí)現(xiàn)粘結(jié)界面剪力的均勻性和加載實(shí)驗(yàn)的可操作性，采用Z形直剪試件[1]。按照澆筑舊混凝土→舊混凝土28天養(yǎng)護(hù)→舊混凝土粘結(jié)界面鑿毛處理→界面清理→涂刷界面劑→澆筑新混凝土這一流程進(jìn)行操作。利用試件抗剪試驗(yàn)對大氣環(huán)境下修復(fù)后小構(gòu)件界面粘結(jié)強(qiáng)度進(jìn)行評定，界面處理措施見表3。剪切強(qiáng)度實(shí)測值列于表4所示。

表3 界面處理方式

1.4 Z形試件抗剪試驗(yàn)結(jié)果及分析

表4 剪切強(qiáng)度實(shí)測值

通過直剪試驗(yàn)，我們得到如表4的剪切強(qiáng)度實(shí)測值。實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了施加軸向集中力，在Z形試件上下各放置一個(gè)20cm×2cm×0.4 cm的鐵塊，使試驗(yàn)機(jī)壓頭的中心位置與Z形試件粘接界面對齊，測出的剪切強(qiáng)度即整個(gè)界面平均剪應(yīng)力。表4中，、、分別為每組中三個(gè)Z形試件的剪切強(qiáng)度，（i=［0、1、2、3］）是每組試件的平均剪切強(qiáng)度。由表4可得，選擇合適的界面劑和修復(fù)材料可以使修復(fù)界面的剪切強(qiáng)度大大增加。其中，以水泥凈漿為界面劑、普通混凝土為修復(fù)材料的修補(bǔ)方式效果最差，依然有27%的提高幅度。以環(huán)氧樹脂為界面劑、普通混凝土為修復(fù)材料的修補(bǔ)方式效果較好，有42%的提高幅度。以環(huán)氧樹脂做界面劑、環(huán)氧樹脂聚合物混凝土做修復(fù)材料的方式對剪切強(qiáng)度有47%的增幅，效果最優(yōu)。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可以得出：經(jīng)過環(huán)氧樹脂修復(fù)后，試件的極限荷載得到提高、斷裂能也得到不同幅度的提高，說明環(huán)氧樹脂加固技術(shù)能夠有效推遲試件裂縫的再開展，具有良好的修復(fù)裂縫的效果[2]。

二、梁體構(gòu)件缺陷修復(fù)

2.1 對梁體的處理

圖2為實(shí)驗(yàn)梁尺寸及處理斷面圖。通過抗剪試驗(yàn)研究得到的較好界面處理措施作為梁式構(gòu)件斷面恢復(fù)的方法，對制備的梁構(gòu)件三分點(diǎn)之間進(jìn)行破損后，采用優(yōu)化的處理措施，進(jìn)行斷面恢復(fù)，具體斷面恢復(fù)采用表1.3中的措施，采用結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理與室內(nèi)試驗(yàn)方法對構(gòu)件的承載力、剛度進(jìn)行計(jì)算并對比分析優(yōu)化措施的效果。

圖2 梁體試件尺寸及斷面圖

表5 修復(fù)措施

2.2 實(shí)驗(yàn)流程

實(shí)驗(yàn)梁的養(yǎng)護(hù)期到，墊木板，拆模具。分為A、B、C三組。A組是對照組(完整梁)，將其放在YJ-2D型結(jié)構(gòu)力學(xué)組合試驗(yàn)裝置上，測荷載和跨中撓度并記錄數(shù)據(jù)。B組是一根有缺陷未修補(bǔ)的梁，將其放在YJ-2D型結(jié)構(gòu)力學(xué)組合試驗(yàn)裝置上，測荷載和跨中撓度并記錄數(shù)據(jù)。C組是三根修復(fù)后的梁，將其放在YJ-2D型結(jié)構(gòu)力學(xué)組合試驗(yàn)裝置上，測荷載和跨中撓度并記錄數(shù)據(jù)。

2.3 結(jié)果分析

在對破損梁體的斷面修復(fù)時(shí)，最關(guān)鍵的問題就是處理好新舊混凝土界面，確 保新舊混凝土之間有足夠的粘結(jié)強(qiáng)度，以保證修補(bǔ)混凝土與舊有混凝土能夠協(xié)調(diào) 工作，達(dá)到后期修復(fù)的效果[3]。通過對試驗(yàn)過程中的梁體裂縫情況的觀測，存在中下部缺失鋼筋混凝土梁的抗裂性能要比完好梁低，表現(xiàn)為梁體開裂荷載要小于完好梁。但是對于多層配筋的混凝土梁，部分鋼筋出現(xiàn)無粘結(jié)病害對梁體的抗裂性能影響不大，梁體開裂情況與完好梁表現(xiàn)大致相同。

三、結(jié)語

綜上可知，對缺陷橋梁進(jìn)行加固，不僅可以對線路整體性能加以保證，對行車安全加以保障，同時(shí)還能縮減資源浪費(fèi)，促使交通行業(yè)不斷發(fā)展。施工人員對加固技術(shù)加以運(yùn)用之時(shí)，需針對具體問題展開具體分析[4]。