桥梁裂缝注浆修补材料及技术

【摘要】文章首先阐述了桥梁裂缝注浆修技术的重要性，然后分析了桥梁出现裂缝的原因，最后对桥梁裂缝处理方法进行了分析。

【关键词】桥梁裂缝，注浆修补，材料及技术

中图分类号： TU997文献标识码： A

一、前言

近年来，我国桥梁工程虽然取得了飞速发展，但依然存在一些问题和不足需要改进，在建设社会主义和谐社会的新时期，加强对桥梁裂缝注浆修补材料及技术的控制，对确保桥梁工程的质量有着重要意义。

二、桥梁裂缝注浆修技术的重要性

随着时间的推移，我国旧桥、病桥、危桥的数量将不断增多，交通运输量的迅速增长，我国危桥数量在不断增多，这些桥梁将不同程度存在着各种病害、问题，如何对这些桥梁进行加固、改造已是一项非常庞大的重要的工程。因此如何通过对旧危桥的维修、加固、改造，使其恢复或提高承载力，确保交通运输的安全是目前和今后面临的任务。若将其拆除重建，不仅要耗费大量资金，而且工期也较长;若有计划、有步骤的对现有旧桥进行加固改造，桥梁加固后，可以延长桥梁的使用寿命，用少量的资金投入，使桥梁能满通量的需求，还可以缓和桥梁投资的集中性，为国家带来巨大的经济和社会效益。

三、桥梁出现裂缝的原因

1．荷载引起的裂缝

混凝土桥梁在静、动荷载及次应力下产生的裂缝称荷载裂缝，主要有直接裂缝、次应力裂缝两种。直接应力裂缝是指外荷载引起的直接应力产生的裂缝；次应力裂缝是指由外荷载引起的次生应力产生裂缝。

（一）、设计计算阶段

结构计算时不计算或部分漏算；计算模型不合理；结构受力假设与实际受力不符；荷载少算或漏算；内力与配筋计算错误；结构安全系数不够。结构设计时不考虑施工的可能性；设计断面不足；钢筋设置偏少或布置错误；结构刚度不足；构造处理不当；设计图纸交代不清等。

（二）、施工阶段

不加限制地堆放施工机具、材料；不了解预制构件受力特点，随意翻身、起吊、运输、安装；不按设计图纸施工，擅自更改结构施工顺序，改变结构受力模式；不对结构做机器振动下的疲劳强度验算等。

（三） 、使用阶段

超出设计载荷的重型机械搬运安置过程中的接触、撞击；发生大风、大雪、地震、爆炸等。

2．温度变化引起的裂缝

混凝土具有热胀冷缩性质，当外部环境或内部温度发生变化，混凝土将发生变形，若变形遭到约束，则在结构内将产生应力，当应力超过混凝土抗拉强度时即产生温度裂缝。在某些大跨径桥梁中，温度应力可以达到甚至超出活载应力。温度裂缝区别其他裂缝最主要特征是将随温度变化而扩张或合拢。混凝土硬化期间水泥放出大量水化热，内部温度不断上升，在表面引起拉应力。后期在降温过程中，由于受到基础或原有混凝上的约束，又会在混凝土内部出现拉应力。气温的降低也会在混凝土表面引起很大的拉应力,有时温度应力可超过其它外荷载所引起的应力，当这些拉应力超出混凝土的抗裂能力时即会出现裂缝。因此掌握温度应力的变化规律对于进行合理的结构设计和施工极为重要。

3．收缩引起的裂缝

在实际工程中，混凝土因收缩所引起的裂缝是最常见的。在混凝土收缩种类中，塑性收缩和缩水收缩（干缩）是发生混凝土体积变形的主要原因，另外还有自生收缩和炭化收缩。研究表明，影响混凝土收缩裂缝的主要因素有：水泥品种、标号及用量、骨料品种、水灰比、外掺剂、养护方法、外界环境、振捣方式及时间。

4．地基变形引起的裂缝

由于基础竖向不均匀沉降或水平方向位移，使结构中产生附加应力，超出混凝土结构的抗拉能力，导致结构开裂。基础不均匀沉降的主要原因有：地质勘察精度不够、试验资料不准；地基地质差异太大；结构荷载差异太大；结构基础类型差别太大；地在冻胀；桥梁基础基于滑坡体、溶洞或活动断层等不良地质时，可能造成不均匀沉降。

5．钢筋锈蚀引起的裂缝

由于混凝土质量较差或保护层厚度不足，混凝土保护层受二氧化碳侵蚀炭化至钢筋表面，使钢筋周围混凝土碱度降低，或由于氯化物介入，钢筋周围氯离子含量较高，均可引起钢筋表面氧化膜破坏，钢筋中铁离子与侵入到混凝土中的氧气和水分发生锈蚀反应，其锈蚀物氢氧化铁体积比原来增长约2~4倍，从而对周围混凝土产生膨胀应力，导致保护层混凝土开裂、剥离，沿钢筋纵向产生裂缝，并有锈迹渗到混凝土表面。由于锈蚀，使得钢筋有效断面面积减小，钢筋与混凝土握裹力削弱，结构承载力下降，并将诱发其它形式的裂缝，加剧钢筋锈蚀，导致结构破坏。

要防止钢筋锈蚀，设计时应根据规范要求控制裂缝宽度、采用足够的保护层厚度（当然保护层亦不能太厚，否则构件有效高度减小，受力时将加大裂缝宽度）；施工时应控制混凝土的水灰比，加强振捣，保证混凝土的密实性，防止氧气侵入，同时严格控制含氯盐的外加剂用量，沿海地区或其它存在腐蚀性强的空气、地下水地区尤其应慎重。

6．冻胀引起的裂缝

大气气温低于零度时，吸水饱和的混凝土出现冰冻，游离的水转变成冰，体积膨胀9%，因而混凝土产生膨胀应力；同时混凝土凝胶孔中的过冷水（结冰温度在-78度以下）在微观结构中迁移和重分布引起渗透压，使混凝土中膨胀力加大，混凝土强度降低，并导致裂缝出现。尤其是混凝土初凝时受冻最严重，成龄后混凝土强度损失可达30%-50%。冬季施工时对预应力孔道灌浆后若不采取保温措施也可能发生沿管道方向的冻胀裂缝。

7．施工材料质量引起的裂缝

混凝土主要由水泥、砂、骨料、拌和水及外加剂组成。配置混凝土所采用材料质量不合格，可能导致结构出现裂缝。如：水泥、砂、石骨料、以及拌和水及外加剂等。

8．施工工艺质量引起的裂缝

在混凝土结构浇筑、构件制作、起模、运输、堆放、拼装及吊装过程中，若施工工艺不合理、施工质量低劣，容易产生纵向的、横向等各种裂缝，特别是细长薄壁结构更容易出现。

四、桥梁裂缝处理方法分析

目前混凝土裂缝处理的方法有很多:如注浆法、表面处理法、开槽填充法、电化学防护法、仿生自愈合法等。注浆法适用于宽度为0.12~0.15 mm的混凝土裂缝修补。表面处理法适用于宽度小于0.12mm的微细裂缝的修补,也可用于混凝土外表面的装饰和防水处理,以及防止混凝土保护层的碳化和有害离子对混凝土的腐蚀。开槽填充法适用于结构允许开槽而宽度较大但数量不多的裂缝,如墩台或路面混凝土的裂缝。

1．桥梁裂缝仅进行表面封闭涂装可能带来的后果分析

混凝土桥梁梁体由于承受车辆荷载的作用,而且往往处于风、雨、阳光等直接作用下,因此桥梁结构产生的裂缝大多是随时间而变化的活动裂缝。对于活动裂缝,由于表面处理法无法深入到裂缝内部,对裂缝的扩展往往无法追踪其变化。而且表面涂装层受阳光的直接照射,这样就加速了表面涂装材料的老化,从而引起涂装层产生裂纹、粉化甚至脱落。涂装层破坏以后,外界环境的水分就可以很容易进入结构内部,从而造成钢筋锈蚀、冻融破坏及碱集料反应等耐久性破坏。再者,仅进行裂缝表面封闭涂装处理的混凝土桥梁,开裂梁体仍未胶结成一整体,这样处理后的梁体刚度及疲劳性能仍与未处理前一样没有得到任何提高。

2．注浆修补对活动裂缝的约束影响分析

对于非稳定型的桥梁裂缝,最有效的处理方法是采用注浆和表面涂装进行综合处理。裂缝注浆根据灌浆化学成分以及效果的不同,分为刚性注浆与柔性注浆。刚性注浆一般采取水泥浆、普通环氧树脂一类的灌浆材料。其特点是强度高、力学性能好,但一般脆性高,当其灌注活动裂缝时,由于裂缝宽度的变化,往往会沿浆液与混凝土的界面产生贯通的脱粘层或在裂缝附近产生新的裂缝或在浆体中部产生通缝,如图1(b)所示,因此其只能用以灌注稳定裂缝。柔性注浆一般根据结构裂缝活动特征采用适当柔韧性的注浆材料,裂缝注浆修补后,即使裂缝宽度发生变化,但是其变化幅度由于注浆液的约束作用得到了大大的减小,注浆液与混凝土之间也不会发生贯通的脱粘层,更不会在裂缝附近产生新的裂缝,如图1(c)所示。采用柔性注浆和表面涂装综合处理的活动裂缝,即使表面涂装层产生裂纹、粉化等现象,失去了阻隔外界有害物质进入混凝土内部的能力,裂缝深部的柔性注浆液仍能阻挡水分的进入,这样就保证了结构的长期耐久性。再者,注浆液能使开裂的混凝土结构胶结成一整体,恢复混凝土结构的各项功能。

3．注浆修补技术

注浆修补采用日本SHO-BOND公司研究开发的/壁可法0注浆工艺。/壁可法0是利用注浆器上加力器的压力(约300 kN/m2),保持低压持续灌注(保压时间可持续1~2 h),利用加力器的弹性自动完成注浆。该方法可灌注的最小缝宽为0102 mm,此方法可将灌注材料可靠地注入裂缝细小的末端中。注浆前应仔细检查梁体裂缝情况,确定需要注浆施工的裂缝数量,根据裂缝确认注浆嘴粘贴位置,进行标识,并准备好脚手架、注浆机具等。“壁可法”施工工艺为:裂缝表面处理粘贴注浆嘴裂缝封闭封缝检查配制注浆液注浆结束检验。

4．现场试验

采用以上所选材料及技术, 2005年7月对该工程的其中两孔梁进行了现场裂缝修补试验,试验完成一年后,前往工程现场对其进行了质量检验。

（一）、只注浆未涂装施工的梁体的裂缝附近没有出现新的裂缝。

（二）、注浆并涂装施工完成的涂装层表面光洁、色泽鲜艳,目视无明显变色、起泡、开裂、脱落、粉化、斑点等老化现象。

（三）、现场钻取芯样检验表明,采用柔性注浆液注浆处理的裂缝,其注浆液与混凝土界面没有产生贯通的脱粘层,浆体中部也没有产生通缝,注浆修补后的混凝土骑缝芯样如图2所示。

五、结束语

桥梁裂缝注浆修补材料及技术至关重要，因此，在桥梁工程的后续发展中，要不断提高管理人员素质，加强对缝注浆修补技术的重视，严格管理体系，促进桥梁裂缝注浆修补技术水平的提高。

参考文献

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