高強度環氧粘結劑在梳齒板伸縮縫快速維修技術的應用

陳政偉 楊建東 都正家

（上海浦江橋隧運營管理有限公司，上海201114）

1 工程背景

為滿足橋面變形的要求，通常在兩梁端之間、梁端與橋臺之間或橋梁的鉸接位置設置伸縮縫。伸縮縫主要有對接式伸縮縫、鋼制支承式伸縮縫、模數支承式伸縮縫以及板式伸縮縫等[1]。其中，梳齒板式伸縮縫（圖1）也稱為四防伸縮縫，具有防水、防塵、防滑和防噪等優點，是目前橋梁結構經常采用的伸縮縫形式。

圖1 梳齒板伸縮縫

伸縮縫對施工精度要求高，而伸縮縫設計和施工環節的質量管理往往容易受到忽視，并且由于長期暴露在大氣環境中，受到多種環境因素的影響，伸縮縫成為了橋梁結構中最易遭受破壞而又較難以修復的部位[2]。伸縮縫損壞會惡化行車狀況，并降低橋梁使用壽命。JTGD60《公路橋涵設計通用規范》[3]規定伸縮縫的設計使用年限為15 年，目前公路、城市橋梁中大量的伸縮縫已超過使用年限。隨著交通流量日益增加，伸縮縫破壞程度也在逐步增加，嚴重影響行車安全與舒適性。

以上海市某高架快速路為例，該路段開通后逐漸出現了橋梁梳齒板伸縮縫損壞情況,主要原因有：

（1）預埋螺栓長度過短,使螺母沒有足夠的旋合長度，致使螺栓所能承受的拉力達不到設計要求。

（2）植筋的結構膠強度不夠。

（3）施工不規范，梳齒板未按圖紙施工，導致受力狀態改變，引起變形損壞。

傳統的維修方法為：將伸縮縫兩側白帶混凝土拆除——清理干凈，重新綁扎鋼筋——安裝型鋼伸縮縫或預埋螺栓——澆筑白帶混凝土——安裝梳齒板。由于梳齒板伸縮縫結構復雜，該方式拆除工作量大，施工時間較長，并且由于車流量巨大，全路段采用全封閉施工嚴重影響交通，然而目前全行業尚未有比較成熟的能夠在不影響交通的情況下局部快速修復梳齒板伸縮縫的方法。本文利用高強度環氧粘結劑優越的物理和力學性能，根據基層混凝土白帶基本完好的情況，提出了一種梳齒板快速修復方法，解決了梳齒板伸縮縫快速維修的困難。在梳齒板伸縮縫病害原因分析的基礎上，開展膠體的基本力學性能試驗，以及修復模型抗拔強度、拉伸抗剪強度、疲勞性能和耐候性能的測試，結合試驗結果及工藝實踐，驗證該方法的合理性和可靠性。

2 材料和試驗

2.1 材料

EP50 高強度環氧粘結劑是一種無溶劑、雙組分、100%完全融合的環氧砂漿，用于鋼、混凝土、磚、木等基面間的粘結和密封，符合《混凝土結構加固設計規范》（GB 50367-2013）[4]中A 級膠標準，具有極其耐潮、極高強度、高模量、幾乎無固化收縮率、無明顯揮發物等特點。EP50 是梳齒板和混凝土白帶之間的重要界面粘結劑，在常溫下可以快速固化并達到固結強度，對于維修方案具有非常重要的指導意義，因此需要通過實驗研究開展性能測試研究。

2.2 EP50 基本性能試驗

本修復方案的核心是使用EP50 粘接梳齒板和混凝土白帶，因此需要按照《樹脂澆鑄體性能試驗方法》（GB/T 2567-2008）[5]中混凝土為基材的加固要求進行EP50 試樣的拉伸試驗、彎曲試驗以及壓縮試驗（圖2），研究材料的基本性能，按照《工程結構加固材料安全性鑒定技術規范》（GB 50728-2011）[6]中表4.2.2-1 判定基本性能是否符合要求。本文所用是的膠體為高強度環氧粘結劑EP50 SBA，由環氧樹脂（A）和砂漿（B）兩種組分混合攪拌制成，本文中采用的AB 兩組分質量比為1：12.89。相關的試驗結果列于表1。

圖2 EP50 基本性能試驗

表1 EP50 基本性能試驗結果匯總

根據表1 試驗結果，試件的拉伸強度、壓縮強度和彎曲強度分別為32.8MPa、68.4MPa 和46MPa，伸長率為1.25%，均滿足規范要求，拉伸彈性模量、壓縮彈性模量和彎曲彈性模量分別為7560MPa、3228MPa 和6081MPa，均大于規范值3200MPa，滿足規范要求。

2.3 修復模型試驗

為了驗證EP50 膠體實際的粘接性能，參考《膠粘劑 拉伸剪切強度的測定（剛性材料對剛性材料）》（GB/T 7124-2008）[7]和《工程結構加固材料安全性鑒定技術規范》（GB 50728-2011）[6]，分別制作相應修復模型并進行一系列試驗（圖3），已判定試驗結果是否符合規范《工程結構加固材料安全性鑒定技術規范》（GB 50728-2011）[6]中表4.2.2-1 和表4.2.2-4 的要求。

首先進行EP50 膠體拉伸剪切試驗，獲得修復模型的拉剪強度；以EP50 為粘接材料，混凝土為基材，制作抗拔修復模型進行抗拔試驗，研究均勻拉應力作用下修復模型發生內聚、粘附或混合破壞的正拉粘接強度；對修復模型進行拉剪疲勞試驗，研究其抗剪疲勞性能；通過光氧老化試驗，測定加速老化處理后的鋼對鋼拉伸剪切試件的拉伸剪切強度，研究結構膠粘劑的耐候性能。修復模型各項試驗結果列于表2 至表5。

圖3 修復模型性能試驗

表2 修復模型拉剪試驗結果

表3 修復模型抗拔試驗結果

表4 修復模型拉伸抗剪疲勞試驗結果

表5 修復模型光氧老化抗剪試驗結果

由表2 可知，修復模型的拉剪強度為15.6MPa，滿足規范要求。由表3 可知，修復模型的抗拔強度為4.50MPa，并且試件的破壞形式均為內聚破壞，滿足規范要求。由表4 可知，在保證頻率為5Hz，應力比為5:1.5，最大應力為4.0MPa 的條件下，修復模型在循環加載200 萬次后，未發生破壞，滿足規范要求。由表5可知，試件在經歷720 小時光氧老化之后，拉剪強度為13.9MPa，強度降低率為11%，滿足規范要求。

綜上，本文完成了EP50 膠體的基本材性試驗和修復模型試驗，結果表明，按照A、B 兩種組分質量比1:12.89 配比制作的膠體和修復模型，其各項性能均能滿足規范《工程結構加固材料安全性鑒定技術規范》（GB 50728-2011）[6]中關于混凝土為基材的加固要求，可以滿足現場實際使用的需求。

3 現場驗證

3.1 施工總體流程

按照快速更換修復的原則，結合材料特點以及現場的實際情況，制定梳齒板現場快速修復流程如下：進場前檢查——進場后準備——舊梳齒板拆除——處理基面——灌注G100 密封膠——涂刷環氧膠粘劑——養護——現場清理——交工驗收。具體梳齒板維修施工組織方案如下（現場修復如圖4 所示）。

3.1.1 封閉對應車道，拆除松脫的梳齒板以及梳齒板下的1.6 止水橡膠帶，將混凝土鑿毛1cm-2cm，并采用空壓機將碎屑吹凈；

3.1.2 將梳齒板表面打磨除銹并處理干凈，采用EP10 及焊接方式連結不銹鋼板；

3.1.3 在梁縫處灌注G100 自流平密封膠；

3.1.4 在混凝土兩側設置通長防水膠條；

3.1.5 在混凝土基面上先涂刷EP10，再涂刷EP50；

3.1.6 粘合梳齒板，調整板面水平；

3.1.7 固定螺桿、螺帽；

3.1.8 環氧膠養護3 小時后開放交通。

由于該修復方案全過程在原有結構上修復，可以充分利用原結構安裝的梳齒鋼板，僅需對已丟失或嚴重變形無法重新使用的梳齒鋼板進行加工，并且能夠保證混凝土結構完好，避免了巨大的拆除工作量，減少了施工工序，大大降低了維修費用，節省了工期，降低了對城市交通的影響，并且及時消除了車輛通行的安全隱患。

3.2 施工周期計劃

通過工期排布，本修復方法可以保證施工時間縮短在8 小時以內：

22:00-00:00 拆除松脫梳齒板；00:00-00:30 基面處理；00:30-01:00 灌注G100 密封膠；01:00-02:30 涂刷EP10 和EP50，并安裝梳齒板；02:30 -06:00 膠體養護；06:00 開放交通。保證8 小時完工（圖5）。

伸縮縫對行車的平穩性及安全性起著至關重要的作用，為保證伸縮裝置的可靠性和耐久性，應當嚴格按照施工工藝進行施工，保證施工質量。根據后續觀察，梳齒板修復后至今粘貼牢固，未出現松動的情況。

圖4 現場修復示意圖

4 結論

本文開展了一系列的材料性能和修復結構試驗研究，結果表明，EP50 膠體在配比1：12.89 的條件下，能夠保證試件達到規范要求，可以應用于實際工藝。快速修復施工方法為實現快速便捷修復梳齒板伸縮縫提供了途徑，本文通過現場工藝試驗驗證了該方法的合理性和可靠性，為該方法的推廣積累了相關技術經驗。

圖5 施工周期計劃