混凝土桥梁结构裂缝成因及修补方法研究

浦贵安

(中铁十一局集团第五工程有限公司,重庆 沙坪坝 400037)

0 引 言

进入21世纪以来，我国经济和科技发展迅猛，桥梁的设计和结构等日趋大型、复杂化，同时桥梁的各方面要求也随之提高，桥梁混凝土结构裂缝的问题成为技术难题。因此，如何对桥梁裂缝进行修补，改善其结构性能，保证它的耐久性、安全性和适应性，提高使用寿命，保证行车安全和人民的生命财产安全，如何解决这一技术难题必须提上日程。本文在分析桥梁裂缝的危害和种类的基础上，总结了混凝土桥梁裂缝的修补方法，重点介绍了压力注胶法，同时根据桥梁裂缝情况，选择最佳注胶间距，为桥梁裂缝的修补和修补材料的选择提供了宝贵意见。

1 混凝土桥梁裂缝产生的原因

1.1 混凝土裂缝产生的原因

混凝土裂缝产生的原因很多，包括施工、变形、温度、荷载、气候环境和钢筋锈蚀等因素。其中，温度环境是混凝土裂缝产生的外界因素。目前我国除了高原地区气温环境对混凝土裂缝影响较大，大部分地区混凝土裂缝产生的因素相互影响，每种因素引起的原因很多，具体如表1所示。

表1 裂缝产生的原因分类表

1.2 混凝土结构裂缝的分类和特征

桥梁结构裂缝，一般主要根据其形状、走向深度等因素，混凝土桥梁结构裂缝分类如表2所示。

表2 裂缝的分类表

2 裂缝对桥梁结构性能影响

混凝土结构裂缝是多种因素相互作用产生的，各种因素在施工环境和自然环境的作用下，产生裂缝，对桥梁的使用性能影响很大。

(1)混凝土的开裂导致内部劣化和表面剥蚀，混凝土内部松弛，龟裂现象发生，内部裂纹的增多，进而影响桥梁结构的安全性。

(2)裂缝的产生，荷载的加剧与作用，降低桥梁的整体刚度，同时桥梁结构裂缝增多，甚者相互贯通。

(3)桥梁结构出现裂缝，混凝土结构内部与空气接触，经过化学反应，生成碳酸钙，降低桥梁结构的承载力，影响行车安全和人民的生命财产。

(4)各种环境介质通过混凝土裂缝，渗透到桥梁结构内部，破坏钢筋表层的保护膜，导致钢筋锈蚀，钢筋表面出现锈斑，甚至发生断裂，降低了桥梁结构的承载力。

3 混凝土裂缝修补方法

对于混凝土桥梁结构裂缝，目前修补方法有很多：表面粘贴修补、凿槽嵌补法、压力灌浆技术、注浆法等。

3.1 表面粘贴修补

表面粘贴修补采取填缝、表面抹灰、玻璃布粘贴技术以及钢板粘贴技术等对桥梁结构裂缝进行修补。其中最主要采用的是玻璃布粘贴技术和钢板粘贴技术，采用这两种方法，首先对裂缝表面进行凿毛处理，保证平整度。然后将玻璃布平整放置在修补面上，采用专用刷子固定玻璃布。采用钢板粘贴技术，需要先行测量裂缝的长度，切断钢板，再对裂缝处进行打磨，直到钢筋露面。粘贴钢板前，涂抹环氧基业粘贴剂。然后对粘贴面进行施工养护，养护完毕后，最后涂一层养护材料，修补完成，钢板粘贴修补方法的施工流程如图1所示。

图1 表面粘贴修补法施工流程图

表面修补方法施工工序简单，一般广泛应用于浅层裂缝的修补，对于有一定深度的裂缝，需要采用其他方法进行修补。

3.2 压力灌浆技术

压力灌浆修补法对于桥梁结构裂缝出现深度裂缝时广泛采用，此种方法简单实用。其主要原理如下：对裂缝施加一定压力，将我们预先准备的灌浆材料灌入裂缝内部，当裂缝封闭时为止。这种方法不断修复效果良好，而且能提高桥梁结构的强度和抗渗性能，延长桥梁的使用寿命。压力灌浆技术的主要施工工序如图2所示。

图2 压力灌浆技术施工工序流程图

3.3 压力注胶修补法

(1)选取注胶材料

压力注胶修补法通过加压设备将水泥或者环氧树脂等材料，注入桥梁裂缝中，这种修补方法可以提高桥面的耐久性和防水性。传统的手动式加压设备已经淘汰，一是无法确定注入材料的用量，二是如果压力过大，不但不能对裂缝进行修补，反而会加剧裂缝的贯通。现在采用的低压低速注入胶结材料，对深度裂缝的修补效果非常好。目前常用的有水性、柔性和日本肖邦环氧树脂。从性价比和修复效果看，柔性环氧树脂的修复效果是最好的。柔性环氧树脂性能指标如下表3所示。

表3 柔性环氧树脂性能指标

灌注胶体抗拉强度改性前和改性后均能达到规范标准要求。改性目的主要是提高柔韧性、抗冻性和耐老化性。改性后胶体抗拉强度及伸长率得到了改善，且都有所提高。

(2)施工工序

对桥梁裂缝进行修补前，准备好裂缝调查和数据资料，调配好施工人员和施工机具的准备，施工工序见图3。

图3 注胶施工流程图

(3)压力注胶修补法主要工艺参数

通过对实际工程的桥梁裂缝修复的经验总结和数据统计，对桥梁裂缝注胶修补的适用情况和施工工艺参数进行汇总(表4)。由于实际工程的裂缝情况和数量均不相同，各因素相互作用，相互影响，部分参数可以与实际项目结合，根据项目进行灵活取值。如果对参数有异议，在现场可以进行试验，然后再来确定工艺参数的取值范围。

表4 压力注胶修复法主要工艺参数表

根据注胶修复的工艺参数，设置注胶嘴时，定位好间距，注胶嘴的间距以100～200 mm为宜，裂缝数量较多，分布较密的情况下，可以取100 mm的间距。

(4)注胶试验结果分析

采用注胶修复裂缝过程中，可以选取样本试件2组，每组4个，第一主试件尺寸为100 mm×100 mm×50 mm，试件两端放置Ф14的T形拉杆，另外一组样本试件为200 mm×200 mm×350 mm，试件两端放置Ф16的T形拉杆，两组混凝土强度等级分别为C25和C30。试件制作后，达到28 d龄期方可使用，并且进行试验。每次试验后，记录好实验数据，其试验的主要数据分析如表5所示。

表5 试验数据表

通过实验数据进行分析可知，混凝土试件的抗拉强度值变化不大，说明采取压力注胶后，裂缝经过修补，修补处的混凝土强度值与未受破坏的强度值相差不大。同时，压力注胶有效的提高了桥梁裂缝的修补效果，减轻了施工人员的工作量，节约了施工成本，施工材料也相应减少，因此可以考虑加大压力注胶修补法的应用。结合实际项目和试验结果，可以总结出压力注胶法的特征有以下几点：

(1)压力采取低压低速，容易控制。

(2)施工时间减少，操作便利，减少了工作量。

(3)注胶修复效果好。采用压力注胶修补法时，通过机控设备，可以缓慢的将注胶液推送到裂缝深处，对深度裂缝修复起到了关键作用。

(4)容易检查胶结材料是否固化，以便进行下一步的工序，从而优化了施工工艺。

4 结 语

混凝土结构裂缝的修补，需要根据裂缝的数量和类型，灵活的选择修补方法。从压力注胶的胶结材料的选取，施工工序和注胶效果可以看出，采用压力注胶避免了修补的盲目性，节约了修补成本，提高了工作效率。