淺析化學(xué)灌漿法在橋梁結(jié)構(gòu)深層裂縫中的作用

許英杰

（煙臺市福山公路管理局，山東 煙臺 265500）

1 橋梁結(jié)構(gòu)裂縫的幾種類型

混凝土橋梁結(jié)構(gòu)裂縫復(fù)雜而繁多，多種因素互相影響，每一條裂縫產(chǎn)生是一種或幾種因素影響。造成裂縫的原因通常分為施工和使用兩個階段，大致可分為以下幾種種類。

1.1 荷載引起的裂縫

混凝土橋梁在常規(guī)靜、動荷載及次應(yīng)力下產(chǎn)生地裂縫稱荷載裂縫，歸納起來主要有直接次應(yīng)力裂縫，次應(yīng)力裂縫兩種。

(1)直接應(yīng)力裂縫。直接應(yīng)力裂縫是指外荷載引起的直接應(yīng)力產(chǎn)生地裂縫；(2)次應(yīng)力裂縫。應(yīng)力裂縫是指有外荷載引起地次生應(yīng)力產(chǎn)生裂縫。

1.2 溫度變化引起的裂縫

混凝土具有熱脹冷縮的性質(zhì)，當(dāng)外部環(huán)境或結(jié)構(gòu)內(nèi)部溫度發(fā)生變化，混凝土將發(fā)生變形，若變形遭到約束，則在結(jié)構(gòu)內(nèi)將產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)應(yīng)力超過混凝土抗拉強度時即產(chǎn)生溫度裂縫。在某些大跨經(jīng)橋梁中，溫度應(yīng)力可以達(dá)到甚至超出活載應(yīng)力。溫度裂縫區(qū)別其他裂縫最主要特征時將隨溫度變化而擴張或合攏。

1.3 收縮引起的裂縫

混凝土收縮包括化學(xué)收縮、物理收縮及碳化收縮?；瘜W(xué)收縮是由于水化過程中體積縮小引起的；物理收縮是由于自由水蒸發(fā)、干燥引起體積縮?。惶蓟湛s是由空氣CO2與混凝土中（OH）2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的CaCO3析出水分蒸發(fā)，促進體積縮小?；炷潦湛s裂縫產(chǎn)生的原因是因為自由收縮受到約束，當(dāng)收縮受到約束而產(chǎn)生的拉應(yīng)變大于當(dāng)時混凝土的極限拉應(yīng)變就會產(chǎn)生拉應(yīng)力方向相垂直的裂縫。

混凝土收縮裂縫的特點是大部分屬表面裂縫，裂縫寬度較細(xì)，且縱橫交錯，成龜裂狀，形狀沒有任何規(guī)律。

1.4 地基基礎(chǔ)變形引起的裂縫

由于基礎(chǔ)豎向不均勻沉降或水平方向位移，使結(jié)構(gòu)產(chǎn)生附加應(yīng)力，超出混凝土結(jié)構(gòu)的抗拉能力，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)開裂。

1.5 鋼筋銹蝕引起的裂縫

由于混凝土質(zhì)量較差或保護層厚度不足，混凝土保護層受二氧化碳侵蝕碳化至鋼筋表面，使鋼筋周圍混凝土堿度降低，或由于氯化物介入，鋼筋周圍氯離子含量較高，均可引起鋼筋表面氯化膜破壞，鋼筋中鐵離子與侵入到混凝土中的氧氣和水分發(fā)生銹蝕反應(yīng)，其銹蝕物氫氧化鐵體積比原來增長月2～4倍，從而對周圍混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，導(dǎo)致保護層混凝土開裂，剝離，沿鋼筋縱向產(chǎn)生裂縫，并有銹跡滲到混凝土表面。

1.6 凍脹引起的裂縫

大氣氣溫低于零度時，吸水飽和的混凝土出現(xiàn)冰凍，游離的水轉(zhuǎn)變成冰，體積膨脹9%因而混凝土產(chǎn)生膨脹應(yīng)力；同時混凝土凝膠孔中的過冷水在微觀結(jié)構(gòu)中遷移和重分布引起滲透壓，使混凝土中膨脹力加大，混凝土強度降低，并導(dǎo)致裂縫出現(xiàn)，尤其是混凝土初凝時受凍最嚴(yán)重，成齡后混凝土強度損失可達(dá)30%～50%。

1.7 施工材料質(zhì)量引起的裂縫

混凝土主要由水泥，砂，骨料，拌和水及外加劑組成。配制混凝土所采用材料質(zhì)量不合格，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)出現(xiàn)裂縫。

1.8 施工工藝質(zhì)量引起的裂縫

在混凝土結(jié)構(gòu)澆筑，構(gòu)件制作，起模，運輸，堆放，拼裝及吊裝過程中，若施工工藝不合理，施工質(zhì)量低劣，很容易產(chǎn)生縱向的，橫向的，斜向的，豎向的，水平的，表面的，深進的和貫穿的各種裂縫，特別是細(xì)長薄壁結(jié)構(gòu)更容易出現(xiàn)。

2 混凝土裂縫的修補原則

2.1 裂縫修補的必要性

當(dāng)裂縫較多且寬度較大時，梁的剛度要相應(yīng)降低，同時鋼筋受有害介質(zhì)的侵蝕，結(jié)構(gòu)物的壽命也要縮短。根據(jù)《公路養(yǎng)護技術(shù)規(guī)范》中的裂縫限值及《鐵路橋梁檢定規(guī)范》中規(guī)定了污工梁拱墩臺恒載裂縫寬度限值。裂縫超過規(guī)范中的相關(guān)數(shù)值時應(yīng)進行修補以保證結(jié)構(gòu)的耐久性。根據(jù)經(jīng)驗，裂縫是否修要進行修補，除依據(jù)上述規(guī)定外，還可由下面幾個方面進行考慮:發(fā)展的裂縫，寬度在6個月期間內(nèi)增大0.lmm以上時；裂縫寬度雖未增大，但裂縫數(shù)量增多時；裂縫寬度在0.3mm以上時；裂縫寬度在0.2mm左右，但認(rèn)為對結(jié)構(gòu)產(chǎn)生危險時。

2.2 裂縫修補的程序

裂縫從發(fā)現(xiàn)到確定是否要進行修補，直到最后實施修補工程，其大致程序如圖1所示。

圖1 裂縫的修補框架示意圖

3 深層裂縫修補中化學(xué)灌漿法的應(yīng)用

由于裂縫修補技術(shù)的種類很多，用途也有所不同，因此僅就修補橋梁結(jié)構(gòu)裂縫中應(yīng)用較多的化學(xué)灌漿法進行敘述。化學(xué)灌漿中采用環(huán)氧樹脂灌漿材料及甲基丙烯酸酷類 (即甲凝)材料進行修補的結(jié)構(gòu)物裂縫效果最佳，應(yīng)用也較廣泛。

3.1 化學(xué)灌漿法

采用化學(xué)材料灌漿，修補結(jié)構(gòu)裂縫，可以大大改善灌漿材料的可灌性能，可灌入0.3mm或更細(xì)小些的裂縫，施工機械簡單，操作簡單，其應(yīng)用日趨廣泛。

灌漿材料是指用于修補混凝土裂縫的化學(xué)灌漿材料，常用的主要有環(huán)氧樹脂灌漿材料和丙烯酸酷類灌漿材料兩種。

（1）環(huán)氧樹脂灌漿材料。它是一種補強、固結(jié)灌漿材料，在處理由于各種原因所造成的混凝土建筑物的開裂等缺陷的過程中發(fā)揮了較好的作用。環(huán)氧樹脂灌漿材料如按稀釋劑的種類來分類，可歸納為三類。

①非活性稀釋劑體系的環(huán)氧樹脂灌漿材料。這是由丙酮、二甲苯等非活性稀釋劑和環(huán)氧樹脂混合組成。此類漿液配制簡單，粘度較低，使用方便，建筑工程方面采用較多，也曾用來處理地震后混凝土梁柱的裂縫。

②活性稀釋劑體系的環(huán)氧樹脂灌漿材料。這里用活性稀釋劑代替非活性稀釋劑配制而成的環(huán)氧樹脂灌漿。由于現(xiàn)有的活性稀釋劑本身的粘度一般都比非活性稀釋劑大，稀釋效果不太理想，故灌漿的可灌性受到一定限制。

③糠醛一丙酮稀釋劑體系的環(huán)氧樹脂灌漿材料。用糖醛一丙酮作為混合稀釋劑的環(huán)氧樹脂漿液，在我國采用較廣。目前通常的又有糖醛-丙酮、半醛亞胺和糠叉丙酮三種形式的稀釋劑，而其中尤以糖醛-丙酮稀釋劑應(yīng)用最廣，其配比參見表1。

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(2)甲基丙烯酸酷類灌漿材料。亦稱甲凝，是一種固結(jié)性能良好的高分子化學(xué)灌漿材料。材料的抗壓、抗拉強度較高，粘度小，可灌入0.3mm及更細(xì)小的裂縫中，并于混凝土有較好的粘結(jié)能力，收縮小、吸水性均小，而耐化學(xué)性好，聚合凝固時間可控制在幾分鐘至幾小時。

圖2 化學(xué)灌漿的工藝流程框圖

3.2 灌漿施工工藝流程

利用化學(xué)灌漿材料修補橋梁結(jié)構(gòu)裂縫的工藝流程及施工要求。其施工流程見圖2所示。

3.2.1 裂縫的檢查及清理

修補前同樣要對修補部位的裂縫情況進行詳細(xì)的檢查、記錄。以便對結(jié)構(gòu)受損部位的所有裂縫都要做好定量和定性的分析。據(jù)此進行有關(guān)化學(xué)灌漿材料配量、埋嘴、灌漿注射等方面的具體計算和安排。

裂縫清理工作是指:在裂縫兩側(cè)畫線之內(nèi)，用小錘、手鏟、鋼絲刷把構(gòu)件表面整平，鑿除突出部分，然后用丙酮擦洗，清除裂縫周圍的油污。清洗時應(yīng)先注意不要將裂縫堵塞。

3.2.2 鉆眼埋嘴

嘴子是化學(xué)灌漿材料的噴入口，也是裂縫的排氣口。嘴子大小要適當(dāng)，自重要盡可能地輕，以防因不易貼牢而墜落。嘴子布置的原則是:寬縫稀，窄縫密。

斷縫交錯處單獨設(shè)嘴。貫通縫的嘴子宜在構(gòu)件的兩面交錯處布置。埋貼前，先把嘴子底盤用丙酮擦洗干凈，然后用灰刀將環(huán)氧膠泥抹在底盤周圍，騎縫埋貼到構(gòu)件裂縫處。操作中，切勿堵死嘴子和裂縫灌漿的通道。

3.2.3 嵌縫止?jié){

嵌縫止?jié){的目的是防止?jié){液流失、確保漿液在灌漿壓力下將裂縫填充密實。如嵌縫質(zhì)量不好，則灌漿壓力不能升高，即使是低壓，漿液也會大量外漏，以致縫內(nèi)不能得到有效的灌注，影響灌漿質(zhì)量。因此，當(dāng)嘴子埋貼后，必須把其余裂縫全部封閉，進行嵌縫或堵漏處理。封閉嚴(yán)實程度是壓漿補強成敗的關(guān)鍵，必須認(rèn)真對待。

封閉的辦法是:對于裂縫較大的混凝土構(gòu)件，可沿縫用人工或風(fēng)鎬鑿成“V”型槽，寬度約5～15cm，深3～5cm，并清除槽內(nèi)松動的混凝土碎屑及粉塵，然后向槽內(nèi)嵌塞水泥砂漿;對于裂縫較小的混凝土構(gòu)件，可沿裂縫走向均勻刷上一層環(huán)氧漿液，寬約7～8cm。各個嘴子底盤周圍5～10cm范圍內(nèi)不貼玻璃絲布，而用灰刀沿嘴子周圍抹上環(huán)氧膠泥，先抹成魚脊形狀，再刷上一層環(huán)氧漿液。

3.2.4 壓水或壓氣試驗

上述封閉工作完成后相隔一天，即可進行壓水或壓氣試驗，以便檢查裂縫的封閉及嘴子的暢通情況。

3.2.5 灌漿

經(jīng)壓水(氣)試驗檢查，認(rèn)為嵌縫質(zhì)量良好，無滲漏現(xiàn)象，即可配制漿液、準(zhǔn)備灌漿。

往裂縫里灌注化學(xué)漿液，根據(jù)裂縫病態(tài)狀況及施工條件的不同，分別采用手壓泵灌注射器灌注兩種方法。當(dāng)裂縫較大時可用手壓泵，當(dāng)裂縫細(xì)微，灌漿量不大時，多采用灌漿注射器的方法。

3.3 化學(xué)灌注施工的防護措施

目前使用的化學(xué)灌材料一般都具有不同程度的毒性，包括刺激性、防腐性、致敏性及易燃易爆等。對這些危害健康的因素，除應(yīng)有正確的認(rèn)識外，施工時必須采取有效的防護措施。

3.3.1 防護措施

采用的化學(xué)灌漿材料，如具有毒性或刺激性臭味，應(yīng)采用有效的通風(fēng)設(shè)施?，F(xiàn)場施工時，工作人員應(yīng)盡量避免在漿液的下風(fēng)位置操作，以減少吸入有毒氣體的機會。施工人員一般應(yīng)戴防護口罩，必要時，應(yīng)戴防護眼鏡，以防有毒氣體刺激眼膜。

3.3.2 密封措施

有毒性和刺激性臭味的揮發(fā)性化學(xué)灌漿材料，應(yīng)密封貯存，防止氣體逸出，污染周圍環(huán)境。

3.3.3 防火防爆

對易燃易爆材料，如丙酮、甲苯等，貯存處必須遠(yuǎn)離施工現(xiàn)場，隔絕火源。使用時，嚴(yán)禁在現(xiàn)場吸煙，禁用在現(xiàn)場吸煙，禁用明火加熱易燃物品，禁用用火取暖。使用強火燈泡、碘鎢燈照明時，應(yīng)采取燈管加罩保護的安全措施，以防止燈管爆炸而引起火災(zāi)。

結(jié)束語

在橋梁建造和使用過程中，很容易出現(xiàn)裂縫并且影響工程質(zhì)量甚至結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。如果采取一定的設(shè)計和施工措施，很多裂縫是可以克服和控制的。此外加強橋梁維護和裂縫修補，通過不同整治方法處理后，可延長橋梁的使用壽命，提高橋梁的承載力。

[1]李九紅，徐建光，王延斌，鄒少君.混凝土大壩裂縫灌漿處理效果研究 [M].水力發(fā)電學(xué)報，2007-06-25.