关于一种新型伸缩缝快速修复材料的研究

万俊林 王建荣

（1哈尔滨市政第二工程公司， 哈尔滨 150026；2北京特希达科技有限公司， 北京 100037）

关于一种新型伸缩缝快速修复材料的研究

万俊林1王建荣2

（1哈尔滨市政第二工程公司， 哈尔滨 150026；2北京特希达科技有限公司， 北京 100037）

伸缩缝修复工作是桥梁养护中的一项重要工作。目前现有的修复方法中采用最多的是高性能水泥混凝土掺入一定量的钢纤维进行局部修复，此方法具有早期强度高、后期强度稳定增长、新旧混凝土界面粘接良好、施工工艺简单等优点，但掺入的钢纤维有损伤行驶中车辆轮胎的风险，同时成本较高，不利于公路桥梁中大范围推广使用。东南大学基于上述的诸多问题进行了一种新型快速修复材料的研发，其基本思路是在早期高强混凝土中掺入FERRO混凝土加强纤维，来达到快速修复既有伸缩缝的目的，本文将针对这种快速修复材料的不同配比及其重载下的力学耐久性能进行系统的研究。

伸缩缝；混凝土；修复；

1 伸缩缝修复技术的研究现状

伸缩缝修复工作是桥梁养护中的一项重要工作，根据损坏程度，可以进行病害局部修复工作或进行整体换填修复工作。如果桥梁伸缩缝病害问题较轻，尚未达到替换标准，可以考虑对裂缝及破损部位进行快速局部修补工作。

基于上述问题进行了一种新型快速修复材料的研发，其基本思路是利用新型的早期高强混凝土以缩减养护时间，同时利用美国福塔公司制造的FERRO混凝土加强纤维来代替钢纤维，并针对这种快速修复材料进行重载下的力学及耐久性能研究。

2 试验用材料

试验材料包括骨料：中沙，细度模数2.8；碎石，5-10mm l；胶凝材料：SBTJK®-I超早强修补砂浆是一种以水泥、石英砂和聚合物干粉为基材，经特殊活性化学物质改性而成的新型修补材料，具有快硬而不速凝、粘结强度高、承载快且耐久性好等特点，适用于桥梁梁体（面）及道路混凝土结构表面缺陷的快速修补，SBTJK®-I超早强修补砂浆主要技术性能指标见表2-12-1；纤维材料：美国福塔公司制造的FERRO混凝土加强纤维（见图2-1），具体参数见表2-2。

表2 -1 SBTJK®-I超早强修补砂浆主要技术性能指标

图2 -1 FERRO纤维

表2 -2 FERRO纤维参数

3 快速修复材料重载下力学试验

本节就新型快速修复材料的基本力学性能进行研究，目的在于配置适用于桥梁伸缩缝区的快速修复用灌缝混凝土材料，通过测试材料的力学性能（主要为抗压抗折性能），来取得合适的配料比。

3.1 力学性能研究方法

（1）材料配合比

通过试拌合强度试验，确定配合比，见表3-1所示。

表3 -1配合比 单位：kg·m-3

以此为基础，FERRO纤维按照每立方米混凝土体积掺入量0.1%、0.2%、0.3%的标准参入，总共4种试件（外加素混凝土）见表3-2。

表3 -2试件设计及编号

（2）抗压性能研究方法

抗压强度采用150mm×150mm×150mm试件，试验分3h、24h、7d、28d四批进行，每批每个类型的试件做3个取平均值。

（3）抗折性能研究方法

抗压强度采用150mm×150mm×550mm试件，试验分24h、7d、28d三批进行，每批每个类型的试件做3个取平均值。

3.2 试验结果与讨论

（1）抗压抗折性能及机理分析

从试验可以很明显看出，掺入Ferro纤维的试件强度普遍高于未掺入Ferro纤维的试件，除了养护24h后掺入0.1%、0.3%的试件和养护28d后掺入0.3%的试件强度略低于素混凝土试件外，其余掺入Ferro纤维的试件均高于素混凝土试件。其中值得注意的一点是Ferro纤维掺量为2.0%的试件其表现一直优于素混凝土构件，且在28d养护期内的四个时间节点上，其抗压强度均是最高的，见图3-1。同时四组试件的28d强度，掺入0.1%和掺入0.3%的试件其强度与素混凝土相当，只有掺入0.2%的强度略有提升。

图3 -1快速修复材料抗压试验结果

同时通过测得的3h、24h、7d、28d强度值可以发现，采用SBTJK®-I超早强修补砂浆的快速修补材料可以在很短的时间内达到很高的短期强度，均可以在一天时间内快速达到28d强度的40%—50%，而在1d到28d这个阶段强度增长放缓。

图3 -2各试件抗压强度发展曲线

据目前研究情况来看，纤维在参入混凝土后，乱向均匀分布的纤维可以有效的抑制混凝土的早期塑性收缩和离析裂缝的产生及发展，减少了混凝土的早期缺陷，纤维掺量过少时，纤维所起到的作用有限，与素混凝土性能相当，而在纤维参量过多时，弹性模量较低的纤维在混凝土中反而成了薄弱环节，且随着参量增加薄弱效应将被放大，势必导致强度降低。故纤维掺量从0.1%升至0.3%，试件强度表现出先升再降的情况。

图3 -3快速修复材料抗折试验结果

抗折强度的情况与抗压强度不同，如图3-3，掺入Ferro纤维的试件的抗折强度均略低于素混凝土构件，平均低大概10%左右，但和抗压强度情况类似，0.2%掺量的试件在三组掺纤维的试件中表现最好。同时通过图3-3可以看出，四组试件的抗折强度均在24h达到相当高的水平，普遍达到了28d强度的90%左右，但其中掺入0.3%Ferro纤维的试件却在28d后的强度略有下降，这一点还有待进一步研究。

图3 -4各试件抗折强度发展曲线

3.2 结论

通过试验研究发现，研发的伸缩缝新型快速修复材料应用于修复既有桥梁伸缩缝区有其特有的优势，特别是在其最大限度地减少修复作业时间，在短时间内达到较高的短期力学性能，无需长期养护，同时在一定程度上提升混凝土的力学性能。本次试验使抗压强度有所提高，而抗折强度仅和素混凝土持平。因此，之后的研究可以着重从纤维混杂掺入的方向入手，注重纤维在参入过程中不同尺寸的配备和高弹模高延性混合的方法，以提高其抗折强度。但从力学性能方面考量，新型快速修复材料可以很好地适用于既有桥梁伸缩缝区的修复施工。

4 结论

研制的伸缩缝快速修复材料用于桥梁伸缩缝区修复有显著的优势，可以有效提升伸缩缝的力学耐久性能。

通过试验研究发现，研发的伸缩缝新型快速修复材料应用于修复既有桥梁伸缩缝区可以最大限度地减少修复作业时间，在短时间内达到较高的短期力学性能，无需长期养护，同时在一定程度上提升混凝土的力学性能。本次试验使抗压强度有所提高，而抗折强度仅和素混凝土持平。因此，之后的研究可以着重考虑从纤维混杂掺入的方向入手，注重纤维在掺入过程中不同尺寸的配备和高弹模高延性混合的方法，以提高其抗折强度。但从力学性能方面考量，新型快速修复材料可以很好地适用于既有桥梁伸缩缝区的修复施工。同时通过耐久性抗冲击试验研究发现，研发的伸缩缝新型快速修复材料中Ferro纤维对试件抗冲击强度的提高贡献较大，与素混凝土相比抗冲击性能提升显著，而且能在不降低材料抗压、抗折强度的前提下，大幅提高纤维增强混凝土抗冲击性能，符合工程实际应用要求。

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1007-6344（2017）09-0320-02

万俊林 男，1961年11月生，籍贯山东省平度市，高工，现从事工程施工，工作单位：哈尔滨市政第二工程公司，哈尔滨，150026