裂缝综合治理在西北桥梁预防性养护中的应用

摘要：笔者通过多年在西北地区（甘肃、新疆）治理桥梁裂缝病害施工过程中，总结一些经验，结合相关案例，讨论裂缝形成原因以及治理措施，得出一套有效的治理方法。该方法目前已应用在西北地区公路桥梁预防性养护施工工艺中。

关键词：西北地区 裂缝 成因 治理 效果 预防性养护   

一、引言

西北地区公路桥梁主要以空心板梁为主，由于特殊的地理及气候条件，加上近年来交通量爆发式增长，造成桥梁出现各种原因所致的裂缝病害。

裂缝的存在和发展通常会使内部的钢筋等材料产生腐蚀，降低钢筋混凝土材料的承载能力、耐久性及抗渗能力，影响桥梁的外观、使用寿命，因此及早治理裂缝和预防裂缝的发生尤其重要。

二、混凝土桥梁的裂缝成因分析

混凝土桥梁裂缝类型众多，一般可归纳为：非荷载裂缝，荷载裂缝。预防性养护工艺治理裂缝涉及阶段为桥梁投入使用后，我们主要分析投入使用过程产生的裂缝原因。

2.1 收缩裂缝

收缩裂缝：混凝土在不受外力的情况下的自发变形，受到外部约束时（支承条件、钢筋等），将在混凝土中产生拉应力，使得混凝土开裂。主要有以下三种：

1）化学收缩－水化过程中失水，体积收缩。

2）物理收缩 --自由水蒸发、干燥引致体积缩小。

3）温度收缩--由于内外部温差造成收缩

2.2碱骨料反应和钢筋锈蚀裂缝

碱—骨料反应一般指水泥中的碱和骨料中的活性硅发生反应，生成碱—硅酸盐凝胶，并吸水产生膨胀压力，造成混凝土开裂，其形成的裂缝称为碱骨料反应裂缝。碱—骨料反应引起的混凝土结构破坏程度，比其他耐久性破坏发展更快，后果更为严重。碱—骨料反应一旦发生，很难加以控制。

从裂缝出现的时间来判断，碱—骨料反应裂缝出现的时间较晚，多在施工后5~10年内出现，而混凝土收缩裂缝出现的时间较早，一般在施工后若干天内出现。

2.3钢筋锈蚀裂缝

新筑混凝土是高碱性物质（PH 值  12-13），埋置于混凝土内的钢筋迅速钝化反应，形成对钢筋起到防护作用的钝化层。

当大气中的二氧化碳侵入，使混凝土的碱性降低，我们称之为混凝土中性化或混凝土碳化；当混凝土PH值降至10以下时，钢筋的钝化能力将消失，此时钢筋失去外层保护，开始锈蚀。此外，西北地区融雪盐中氯离子等腐蚀物直接通过混凝土裂缝进入混凝土结构，造成钢筋周围氯离子含量较高，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，常有锈迹自裂缝渗出；

2.4冻胀裂缝

西北地区冬季寒冷，气温在零摄氏度以下，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、

三、裂缝治理措施

裂缝的出现不但会影响结构的整体性和刚度，还会引起钢筋的锈蚀、加速混凝土的碳化、降低混凝土的耐久性和抗疲劳、抗渗能力。因此根据裂缝的性质和具体情况我们区别对待、及时处理，选择恰当的维修加固技术以保证建桥梁耐久性。

3.1裂缝治理方案一：直接涂刷混凝土防腐防水材料

该方法适用于对结构承载能力没有影响的细而浅并未贯穿保护层的表面裂缝，不漏水和不伸缩以及不再活动的裂缝。如空心板梁底，是一种简单、常见的裂缝修补方法。

混凝土防腐防水材料是水泥基渗透结晶材料，由聚合物、渗透结晶母料、特制纤维、胶凝物及骨料组成的水泥基裱饰防腐材料，类似泥浆涂刷或喷涂于混凝土或砂浆表面，并将提供强大而持久的屏障，防止水侵入。作用：

1）延长老化混凝土基础设施和建筑的使用寿命；

2）使混凝土表面颜色更均匀，更光滑，提高美学价值；

3）相对于液体材料, 当暴露在紫外线辐射时，具有卓越的抗老化品质；

4）抵抗热循环，具有弹性表面；

5）防止钢筋腐蚀；6）防水小裂缝；

7）具有优越的抵抗含水混合物（例如硫化物、氯化物和酸）的能力；

8）可涂到潮湿的混凝土上；

表1、物理性质

图1、空心板桥梁原貌

图2、防腐防水材料涂刷施工 

图3、涂刷防腐防水材料完工效果（灰白部分）

3.2 裂缝治理措施二：裂缝注胶及封闭

裂缝注胶封闭作用：抵御诱发钢筋锈蚀的介质侵入，延长结构使用寿命；通过对混凝土补强保持结构、构件的完整性；恢复结构的使用功能，提高其防水、防渗能力；消除裂缝对人们形成的心理压力；改善结构外观。

施工步骤：多功能养护机清洗裂缝处理→检查裂缝宽度及走向→粘接注胶嘴→封缝→依次压力注胶→清除注胶嘴

对裂缝的处理，根据裂缝的宽度选择不同的处理方法，如果裂缝宽度在0.15mm以下，则直接使用裂缝封堵胶对其进行封闭处理即可；如果裂缝宽度在0.15mm以上，裂缝胶对混凝土裂缝进行注胶处理。

3.2.1裂缝封闭处理

用毛刷或胶辊粘胶涂刷于要求裂缝封闭的混凝土表面，涂刷胶液成膜，涂刷应细密重叠和均匀，保证涂刷胶液不流淌或流淌后应即时补刷，胶液固化后胶膜均匀、密实封闭裂缝。涂刷胶液时，需沿裂缝走向，进行涂刷，且涂刷宽度一致。

3.2.2裂缝注胶处理

根据规范要求对于大于0.15mm的裂缝或渗水裂缝采用裂缝胶注射修补法，以一定的压力将裂缝胶注射入裂缝内，胶液固化后将开裂两侧的混凝土连接成结构整体；胶液还能进一步渗透到裂缝周围的混凝土毛细缝隙中，形成较宽的加固带，并能沿着钢筋走向渗透，保护钢筋和增加钢筋与混凝土的粘合力，起到对裂缝修复并对结构局部增强并提高耐久性的作用，贯穿性裂缝以及蜂窝状混凝土局部缺陷的补强和封闭。

3.2.3 混凝土裂缝注胶步骤

1、裂缝注射前的准备，查清裂缝的长度、宽度、走向、贯穿及漏水情况，确定注射位置及注射间距。

2、粘结注射端口，在确定注射的位置粘接注射端口，其间距在300mm左右，应特别注意涂抹粘接剂时防止堵塞注胶嘴端口。

1）裂缝的端部设置注胶嘴。

2）在裂缝最大宽度处设置注胶嘴。

3）裂缝交叉处设置注胶嘴。

4）注胶嘴间距控制在20—30cm。

3、涂抹封缝，使用封缝胶涂抹裂缝表面，涂抹厚约2mm，宽约25mm，封缝好4—6个小时以后才能进行下道工序的施工。

3、封缝要求：

1）与混凝土表面粘贴严密。

2）表面光洁平滑，无裂隙、无气孔。

3）与注胶嘴连接成整体。

4）用封缝胶对注胶嘴周圈封闭。

4、连接注胶管，水平孔从任意端开始，垂直孔从最低处开始，依次向另外一端，把注胶管连接到注胶嘴端口上，要保证所有的未注胶的注胶嘴处于开启通气状态。

5、注射裂缝胶，要保证所有的未注胶胶嘴端口处于开启通气状态，确保注胶效果可靠。

1）从裂缝下端逐渐向上依次安装注胶嘴。

2）胶枪内囊胶量不足时即时更换裂缝胶补充。

3）每隔一个注入孔安置一个注胶嘴，当观察前面胶嘴口有胶反出时，堵住观察孔，再压5-10分钟。

4）裂缝胶初凝后，拆除注胶胶嘴。

5）注胶时，若封缝有漏胶，需马上用快干封缝胶重新封闭。

6、养护

1）胶液固化前避免水侵蚀。

2）注缝胶有瞬间固化功能，可以不中断交通。

7、拆除注胶嘴。

3.2.4 材料性能

1、裂缝封堵胶

1）环氧基胶、无收缩、粘结强度高。

2）、耐腐蚀性

高效抵抗蒸馏水和无机酸碱。有效抵抗有机酸碱和一些有机溶剂。

3）、固化时间表

2、裂缝胶

双组份裂缝修补胶，无收缩，耐酸碱。裂缝修补效能符合ATMC- 881标准。

配合手动胶枪或气动胶枪使用，不需要昂贵的大量配药设备。黑色和白色药剂配方更易识别混合比例。混合好后的颜色为灰色，接近混凝土的颜色。

1）、裂缝修补范围

适用于宽度范围在：0.15～0.4毫米的裂缝修补。

2）、颜色

混合好后的颜色将是均匀的灰色。

3）、应用

可以在裂缝潮湿的环境下注胶（在注射及固化过程中不能渗入水）。适用的基材温度在4℃或以上。为了最佳效果，使裂缝胶温度达到 15℃，或以上应用。

4）、耐腐蚀性

高效抵抗蒸馏水和无机酸碱。有效抵抗有机酸碱和一些有机溶剂。

5）、物理特性

表2

注入的裂缝胶固化后度高于混凝土的强度，并可与修复的混凝土结构浑然粘合成为一个整体，可达到完美修补的效果从注胶后取芯可直观看到环氧胶已完全充满混凝土裂缝的末端。如图4

图4、混凝土注胶前后效果对比

图5、桥梁混凝土裂缝  

图6、裂缝注胶

图7、胶体凝固后打磨

图8、打磨完成效果图

3.3治理措施三：粘贴碳纤维布处理

     高强复合碳纤维材料的力学特点是：具有较高抗拉强度，应力与应变关系呈完全线弹性，不存在屈服点和塑性区。此外，高强复合纤维材料还具有耐疲劳、抗腐蚀等优越的物理力学性能。粘贴高强复合纤维加固法的原理是：采用环氧树脂胶底胶与浸渍胶，将高强复合纤维布（或板）直接粘贴在出现裂缝的结构受拉区域。粘贴的高强复合碳纤维材料可以制约裂缝的发展，提高了结构的抗裂能力；

3.3.1、工艺流程 

放设施工线 →基面处理 →刷抹找平胶 →涂刷浸渍胶 →粘贴碳纤维布 →养护→涂刷碳纤维表面防护。 

3.3.2、施工步骤 

（1）进行施工范围内的放线作业。 

（2）将施工区域内用角磨机对基面进行磨平处理，磨平时要见混凝土光面。

（3）按比例拌找平胶，并调和均匀，用找平胶刮平工作面的坑槽，养生5—7小时。

（4）粘贴碳纤维布

a. 用砂纸打磨一遍工作面，并用棉丝将粉尘擦拭干净。

b. 施放作业边界线。

c. 按比例将浸渍胶进行拌和均匀后，用短毛滚均匀涂抹于工作面上。

d. 将碳纤维布按顺序依次粘贴于工作面，并用消泡滚反复滚压碳纤维布表面，使碳纤维布与工作面紧密结合，不至有气泡存在。

e. 静置30—60分钟在碳纤维表面再均匀涂一层浸渍胶。涂抹浸渍胶时，不得使粘贴的碳纤维布卷起。

（5）碳纤维在粘贴后，养护24小时，不宜使碳纤维布受潮、受震，也不得受荷载直接冲撞碳纤维布表面。

（6）待浸渍胶初期硬化后，在碳纤维布表面涂刷一层浸渍胶，作为防护材料。

图9——图12为案例施工

图9、沿钢绞线裂缝

图10、涂刷找平胶及浸渍胶

图11、粘贴碳纤维布       

图12、完工效果

四、总结

随着经济发展，西北地区公路交通量越来越大，延长桥梁使用寿命及保证桥梁使用安全任务倍增。而合理的桥梁裂缝治理及预防尤其重要。目前，该地区采用的预防性养护工艺已日渐成熟，桥梁裂缝综合治理也经过了时间检验，证明成熟可靠。

裂缝治理措施可以根据裂缝状况采取单一措施，也可以组合使用。达到综合治理的目的，保证桥梁和构件安全、稳定地工作。

参考文献

1、与桥梁养护维修工程有关的施工技术规范、规程、标准；

2、公路桥梁加固施工技术规范规范》JTG/TJ22-2008

3、《公路工程技术标准》JTJ001-97

4、《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB 50204-2002

5、《公路桥涵养护技术规范》JTGH11-2004