现浇混凝土桥面施工期裂缝修补的现状与发展

张长林，刘鲁清，李 林，王朝辉

1. 河南省交通运输厅公路管理局，河南 郑州 450005 2. 长安大学 公路学院，陕西 西安 710064 3. 河南官渡黄河大桥开发有限公司，河南 郑州 451450

0 引言

现浇混凝土桥面成型过程中由于自身收缩应力、施工因素以及环境作用等影响，极易产生微裂缝或细微裂纹。裂缝一旦出现，就应及时修补，否则会影响行车舒适性、安全性以及桥面铺装的强度和耐久性。施工期现浇混凝土桥面裂缝处理主要采用灌浆修补法或开槽修补法，以环氧树脂类、沥青类或各种粒度和成分的水泥为修补材料进行修复处理[1-3]。但是在实际工程应用中，由于施工环境、气候、裂缝特征及当地材料供给等因素的制约，常用修补方法和修补材料的适用性能会存在一定的局限性，难以实现对施工期现浇混凝土桥面裂缝的有效修补。因此，在进行现浇混凝土桥面裂缝修补时，需要结合裂缝特征综合考虑修补方法的可行性以及修补材料的适用性，针对施工期现浇混凝土桥面裂缝类型选择最佳的修补方法及修补材料以达到最优的修复效果。

因此，本文系统梳理常用的现浇混凝土桥面修补材料及其相关要求；同时从裂缝类型、修复材料及修复方法等方面全面调查国内现浇混凝土桥面施工期裂缝处理实体工程应用现状；修补方法及工艺，为现浇混凝土桥面施工期裂缝修补提供参考。

1 现浇混凝土桥面常用修补材料及裂缝分析

现浇混凝土桥面在施工期产生微裂缝或细微裂缝是其无法克服的缺点，其修补方法和修补材料的选择更是困扰桥梁工程技术人员的难题。施工期裂缝的产生是多因素综合作用的结果，具体涉及混凝土材料组成、桥面设计理论与方法、施工与拌合工艺、施工养护环境以及所受荷载等。根据施工期裂缝产生的原因不同，主要分为沉降收缩裂缝、温缩裂缝、干缩裂缝、塑性裂缝等，具体裂缝形成原因如表1所示。

现浇混凝土桥面施工期一旦出现裂缝就应及时修补，否则会对桥面的使用品质产生影响；然而，裂缝能否得到成功修补，主要受修补材料性能的影响。因此，需要对现有现浇混凝土桥面裂缝修补材料进行系统梳理，为现浇混凝土桥面裂缝修补材料的选取提供参考。经过系统调查可知，裂缝修补材料按类别分为有机类修补材料和无机类修补材料以及有机和无机结合类材料。有机类修补材料包括环氧树脂类、聚氨脂类、烯类、沥青类等；无机类裂缝修补材料以在水泥浆体中添加各种外加剂或聚合物为主；有机和无机结合类材料常采用环氧树脂砂浆等[4-6]。

图1 现浇混凝土桥面施工期裂缝

表1 现浇混凝土桥面施工期裂缝形成原因及性质

早期有机类修补材料多采用沥青类材料，主要包括低黏性沥青、乳化沥青、沥青玛蹄脂等，但由于其黏结性、强度、耐久性较差，仅作为一种临时性或是替补性材料，其性能评价如表2所示。环氧树脂类修补材料以环氧树脂为基料制备而成，主要分为环氧化烯烃和缩水甘油基型环氧树脂两类，其中以缩水甘油基型环氧树脂最为常见。聚氨酯类修补材料是一种胶结性能很好的现浇混凝土桥面修补材料，具有的柔性分子链使其拥有优良耐寒性、抗震性和耐疲劳性。实际工程中常使用多异氰酸酷胶黏剂、端异氰酸醋基聚氨醋预聚体型胶黏剂作为灌浆修补材料[7-9]。烯类修补材料采用烯类聚合物配制而成，主要分两类：一类在固化过程中以烯类单体或预聚体为胶黏剂发生聚合反应；另一类以热熔胶、乳液胶粘剂等高分子聚合物本身作胶黏剂[10-11]。常用的烯类修补材料有氰基丙烯酸醋胶黏剂、聚醋酸乙烯乳液胶黏剂等。

无机类裂缝修补材料按添加外加剂或聚合物的种类不同主要包括掺复合外加剂的混凝土、外掺纤维的混凝土、外掺超细粉的混凝土等[12-13]，其性能评价如表3所示。掺复合外加剂的混凝土是指为改善和调节混凝土的性能而掺加各种外加剂，常用的外加剂主要有减水剂、引气剂、泵送剂、缓凝剂、早强剂和速凝剂等[14]。外掺纤维的混凝土是近年来国际上正迅速发展的新型复合材料，通过在混凝土中掺加含纤维的外掺料配制而成，常用纤维包括钢纤维、聚酯纤维以及复合纤维等[15]。外掺超细粉的混凝土是指在混凝土中掺入经过磨细的工业废料矿渣，在混凝土中掺入超细矿渣可以显著改善混凝土的和易性和灌入性[16]。

有机和无机结合类材料主要包括环氧树脂砂浆等，其性能优于单一的有机或无机类修补材料，因此具有广阔的应用前景。环氧树脂砂浆以环氧树脂乳液为主要成分，适量掺加固化剂、增塑剂、稀释剂对水泥砂浆进行改性[17-20]。其黏结性能、强度和耐久性与传统修补材料相比均有明显改善，但也存在造价高、抗老化性能差、容易开裂和脱空等缺陷。

综上可知，不同修补材料具有不同的特性和适用条件。裂缝修补材料的性能直接影响最终的修补效果，结合中国工程实践及大量文献调查得知，在进行现浇混凝土桥面裂缝修补材料的选择时应着重考虑以下几点[21-26]。

(1)修补材料应尽快凝结硬化或固化，早期强度较高，以保障施工进度。

(2)修补材料应具有优良的耐久性能，包括抗渗性、耐腐蚀性、耐磨性等。

(3)应选用流动性好、弯拉强度高、黏结强度高的修补材料。

(4)施工时应尽量操作简单，使用简单工具就能完成修补。

表2 现浇混凝土桥面施工期常用的有机类修补材料性能评价

表3 现浇混凝土桥面施工期常用的无机类修补材料性能评价

(5)优先选用绿色、无毒、环保的修补材料。

(6)在保证修补材料性能优越的同时应追求价格合理。

2 现浇混凝土桥面施工期裂缝处治调查

现浇混凝土桥面施工期裂缝的产生是一个比较复杂的过程，且裂缝的产生是不可避免的，受自然环境、施工工艺、原材料及配合比等因素综合影响。裂缝一旦出现就应采取有效措施及时处理。因此，系统梳理了国内现浇混凝土桥面施工期裂缝处理的相关实体工程应用及相关研究状况[27-31]，结果如表4、5所示。

表4 裂缝修补材料及修补工艺调查

续表4

表5 裂缝修补材料及修补工艺调查

续表5

表6 现浇混凝土桥面裂缝处治方法评价

灌缝注浆修补法

根据以上调查可知，目前工程中现浇混凝土桥面施工期细微裂缝常用修补方法有5种，不同修补方法的适用条件及常用修补材料如表6所示。

通过表6可以得出：表面封闭修补法适用于修补早期细微独立裂缝或网状裂缝，裂缝的宽度应不大于0.3 mm，裂缝的深度应不大于0.5 cm。当混凝土表面出现较多裂缝时，可采用手工或机械涂覆的方法，将现浇混凝土桥面修补材料涂覆于现浇混凝土桥面的表面，从而起到对裂缝的封闭作用。现浇混凝土桥面表面封闭修补法常用的修补材料主要有改性环氧树脂类、超细水泥混凝土类、聚合物类等。

灌缝注射修补法是现浇混凝土桥面裂缝修补的一种常用方法，利用注射器或是压力灌浆机将修补材料注入裂缝，从而达到修补裂缝和恢复现浇混凝土桥面整体受力状态的目的。具体施工工艺包括无压力或者以较小压力灌缝技术。此种方法适用于裂缝宽度为0.3 mm～0.5 cm，裂缝的深度较浅且一般不大于0.5 cm。灌浆注射修补法常用的修补材料主要有改性环氧树脂类、聚酯胺类、烯类等。

采用压力注浆修补法修补现浇混凝土桥面裂缝时，一般先对裂缝周围50 mm范围进行表面清理，然后埋置灌浆嘴，封闭裂缝，配制修补浆液，最后注浆封口，从而达到修补裂缝的目的。压力注浆修补法适用于裂缝宽度不大于0.5 mm且裂缝深度大于0.5 cm的情况，常采用环氧砂浆、聚合物水泥砂浆、水泥砂浆等修补材料。

开槽填补法主要是凿V形槽，再灌浆或是压力注浆。此种方法适用于宽度大于0.5 mm裂缝，常以环氧砂浆、聚合物水泥砂浆、水泥砂浆等为裂缝修补材料。纤维等黏结法补强修补主要适用于网状裂缝和龟裂，采用结构胶将纤维布粘贴在裂缝处。常以碳纤维布与改性环氧树脂组合或弹性填缝材料等为修补材料。

3 结语

本文系统梳理了现有施工期现浇混凝土桥面裂缝的种类及形成原因，全面调查了现有修补材料的类型，对比分析了不同修复材料的基本性能；并根据国内现浇混凝土桥面施工期裂缝处理实体工程应用现状，明确了不同宽度、深度的裂缝所采用的修补方法及修补材料，为现浇混凝土桥面施工期裂缝修补处理及研究提供参考。

随着施工期现浇混凝土桥面裂缝修复技术的发展，常用修复技术以修补工艺操作简单和修补材料的工作性、耐久性及力学强度良好而在工程中得到广泛应用。然而，一些修补材料存在价格昂贵、环保性差、材料性能有待优化等问题，并且施工现场缺少可实现快速、高效检测裂缝的便携式设备，严重阻碍了现浇混凝土桥面修补技术的发展。因此，研发一种性能优越、绿色环保、价格合理的修补材料和可实现快速、高效进行现浇混凝土桥面施工期裂缝宽度、深度以及结构内部扩展信息获取的便携式设备，对现浇混凝土桥面裂缝修补具有重要的现实意义。