新型结构胶在铁路预制箱梁裂缝修补中的应用研究

张营周

摘 要：铁路预制箱梁会受到各种影响，从而造成出现裂缝现象，如果不对其进行及时处理，预制箱梁的受力情况将会受到严重威胁，可能会造成比较严重安全事故，如今我国裂缝修补的方法比较多，文章使用了一种新型结构胶作为修补材料，该材料具有高强度、低粘度的特点，所以可以采用无压力渗透灌浆方式对箱梁裂缝进行修补。文章首先对该新型结构胶的性能进行分析，分析温度、固化剂用量和活性稀释剂用量对新型结构胶性能的影响，发现温度对新型结构胶粘度的影响最大，然而对结构胶力学性能的影响可以忽略不计;提高固化剂用量和降低活性稀释剂用量可以提高结构胶的强度。然后分析了将新型结构胶应用到箱梁裂缝的修补中发现经过新型结构胶修补之后的箱梁其强度可以提高24%到120%，且应用新型结构胶还具有比较好的抗硫酸盐腐蚀、抗冻性能和抗渗性能。

关键词：新型结构胶;预制箱梁;裂缝;修补

中图分类号：TQ436+.2 文献标识码：A 文章编号：1001-5922（2021）04-0180-04

Abstract：Railway prefabricated box girder will be affected by various factors， which will cause cracks. If it is not dealt with in time， the stress situation of precast box girder will be seriously threatened， which may cause more serious safety accidents.Nowadays， there are many ways to repair cracks in my country. The paper uses a new type of structural adhesive as the repair material. This material has the characteristics of high strength and low viscosity， so it can be used to repair the cracks of the box beam by pressureless grouting. The paper first analyzes the performance of the new structural adhesive， analyzes the effects of temperature， amount of curing agent and reactive diluent on the performance of the new structural adhesive， and finds that temperature has the greatest impact on the viscosity of the new structural adhesive， however the effect on the mechanical properties of the structural adhesive is negligible; increasing the amount of curing agent and reducing the amount of reactive diluent can increase the strength of the structural adhesive. Then analyzed the application of the new structural glue to the repair of cracks in the box girder and found that the strength of the box girder repaired by the new structural glue can be increased by 24% to 120%， and the application of new structural adhesive also has better resistance to sulfate corrosion， frost resistance and impermeability.

Key words：new structural adhesive; prefabricated box beam; crack; repair

如今我國铁路发展迅猛，预制箱梁具有广泛的应用，因为其制作方式比较简单，而且成本较低，能够提高其施工效果，所以预制箱梁在铁路桥梁中常常被使用。虽然铁路预制箱梁的优势较多，具有比较好的抗扭能力、抗弯能力，但是在长时间的使用过程中比较容易发生裂缝[1-2]。当预制箱梁出现小裂缝之后，就会降低该裂缝所处结构的强度，还会出现渗漏、造成严重腐蚀，最终影响铁路预制箱梁的耐久性，没有及时进行修补还会造成更加严重的安全事故[3-4]。所以当出现小裂缝之后需要对其进行及时修补。

预制箱梁裂缝的修补方式比较多，比如表面处理法、灌浆法、填充法、结构补强法等[5]。文章将采用一种灌浆法对箱梁裂缝进行修补，但是由于当前的灌浆材料的粘度比较高，所以在灌注过程中必须更大的压力进行注浆，压力过大就可能造成裂缝加大，于是为了降低灌浆材料的粘度，文章对一种新型结构胶进行分析，该结构胶的主要特点在于高强度和低粘度，所以文章可以使用无压力渗透灌浆法完成工作，能够更好的提高新型结构胶在箱梁应用中的效果[6-7]。于是文章将对新型结构胶的自身性能进行分析，然后分析其在箱梁裂缝中的修补效果，对其耐久性和抗腐蚀性进行分析。

1 新型结构胶的性能分析

文章研究的新型结构胶就是具有低粘度和高强度的渗透型结构胶，该结构胶的使用性能将直接决定着铁路预制箱梁裂缝的修补效果，所以文章首先需要对其性能进行研究，看其是否能够满足在箱梁裂缝的进行使用的特性[8]。新型结构胶属于一种无色透明状态，该特性有助于在应用过程中能够观察到其粘接和渗透状态。而且新型结构胶发生固化之后还会处于透明状态，所以将其应用到箱梁修补中不会破坏建筑结构的外观，尤其是对于一些外观要求比较高的结构使用该新型结构胶更加适合。新型结构胶的某些参数如表1所示，由于其pH值比较大，所以应用与箱梁裂缝修补中不会引起混凝土发生腐蚀现象，并且新型结构胶能够使用于箱梁裂缝修补中。

1.1 新型结构胶粘度的正交试验

因为在铁路预制箱梁裂缝的修补中新型結构胶的粘度非常重要，只有其粘度达到一定的要求，才能够具有比较好的修补效果，所以文章对其粘度进行分析。影响粘度的主要因素包含外界环境和结构胶的组成成分。于是文章对3种主要因子进行分析，分别为组合成成分的活性稀释剂和固化剂，然后就是外界环境的温度不同，如表2所示，其中一共包含九组实验。

通过正交实验获取的相关数据，然后结合使用SAS软件进行分析，最后获得的新型结构胶粘度结果如表3所示，从表中可以看出，结构胶粘度的3种影响因素中温度的影响最为显著，影响最小的就是固化剂，所以活性稀释剂的影响属于3种的中间位置。而且在这九组实验中粘度最小的条件是温度为30℃时，固化剂和活性稀释剂的用量分别为40%和20%时，新型固化剂的粘度最小，所以为了提高其粘度，可以通过使用改变活性稀释剂用量的方式进行调整。

1.2 新型结构胶的力学性能分析

1.2.1 拉伸强度分析

新型结构胶应用于箱梁裂缝修补中还需要具备一定的力学性能，才能使得修补效果比较长久。于是文章同样采取正交分析法分析结构胶的拉伸强强度。结果如图1所示，从图中可以看出，3种影响因素中活性稀释剂和固化剂对拉伸强度的影响差不多，且影响最为显著，而温度的影响非常小，甚至可以忽略不计。然后当保持固化剂用量一定时，增加活性稀释剂就会降低拉伸强度，且每增加10%，就会降低20%～25%。当保持活性稀释剂的用量一定时，增加固化剂的用量，就会提高拉伸强度，且每增加10%，就会提高拉伸强度25%～30%。对几种实验结果进行比较，新型结构胶拉伸强度最大时的活性稀释剂用量为0，固化剂用量为60%。

1.2.2 压缩强度分析

对新型结构胶的压缩强度进行分析时，同样使用正交实验和表1所示的水平和因素，实验获得的结果如表4所示。从表中可以看出，两种因素中固化剂对结构胶压缩强度的影响最为显著，而活性稀释剂也对压缩强度有一定的影响。当固化剂的用量小于40%时，其压缩强度没有超过60MPa，所以此时新型结构胶的压缩强度比较低，但是当固化剂用量超过40%之后，其压缩强度能够满足于箱梁裂缝修补的要求。而且通过计算可知，固化剂用量每增加10%，新型结构胶的压缩强度就会增加14%左右。然后活性稀释剂对结构胶压缩强度的影响可知，每增加5%，压缩强度就会降低2%～3%。

总之，新型结构胶的压缩强度和拉伸强度受到固化剂的影响比较显著，活性稀释剂也对结构胶的力学性能造成一定的影响。保持活性稀释剂用量不变时，增加固化剂的用量，新型固化剂的压缩强度和拉伸强度都会有比较明显的提高;反之，保持固化剂用量不变时，增加活性稀释剂用量，新型固化剂的压缩强度和拉伸强度都会有所降低。

2 新型结构胶在箱梁裂缝修补中的应用效果

2.1 耐硫酸盐腐蚀分析

铁路预制箱梁裂缝使用新型结构胶之后，需要对其耐久性进行分析，只有耐久性较好才能展现新型结构胶的应用效果。由于箱梁常年累月暴露在空气中，使用新型结构胶进行修补之后，容易受到腐蚀影响，从而导致结构胶的应用效果变差。所以文章将对修补之后的箱梁进行耐硫酸盐腐蚀分析。箱梁主要采用的混凝土材料，然后混凝土在受到硫酸盐腐蚀时主要是对混凝土的胶凝材料进行侵蚀，于是在实验过程中为了操作简单，使用水泥少将替代混凝土试件。然后将试件放入硫酸钠加速腐蚀溶液中，采用的浸泡方式为干湿循环浸泡或者全浸泡方式，然后再对其弯曲强度进行实验，实验结果如图2所示。

从图2中可以看出，浸泡1个月之后，两种浸泡方式的弯曲强度都有所提高，采用全浸泡方式实验，修补之后试件的弯曲强度增加了34%，而采用干湿循环浸泡方式实验，修补之后的试件弯曲强度增加了40%，而没有进行修补的试件使用全浸泡之后其弯曲强度只增加了12%。然而当浸泡时间增加时，即大于1个月之后，3种不同试件的弯曲强度开始下降，其中使用干湿循环浸泡的试件下降程度更加快，所以达到第4个月时，相比于修补之前的强度，使用干湿循环浸泡的试件增长了12.5%，而使用全浸泡方式的试件增长了26.3%。

第一个月时试件的弯曲强度不断增加，是因为试件内部受到水分的影响，从而造成水泥又开始水化，另外水泥中的水化物还会和硫酸根发生化学反应，于是就会增加混凝土的密实度，所以在对试样进行弯曲强度实验时，密实度增加就会使得混凝土的弯曲强度增加。实验中采用干湿循环浸泡方式进行耐硫酸盐腐蚀分析时其强度下降更快，出现这种现象有两个原因，首先是腐蚀破坏容易在干湿循环的条件下发生;然后就是试样浸泡在含水量比较大的溶液中，试样的粘接面就会变得更加潮湿，于是就会造成混凝土和新型结构胶之间的粘接强度降低，所以就会造成试样弯曲强度下降比较明显。通过上述可知，使用新型结构胶进行修补之后，不管进行何种浸泡方式，试样在经过4个月的腐蚀之后，相比于原本的弯曲强度，腐蚀之后的弯曲强度都有所增加，所以能够说明新型结构胶对混凝土进行修补时能够具备一定的强度。

2.2 抗冻融分析

在某些地区铁路预制箱梁面临的环境会非常寒冷，如果新型结构胶的抗冻融性能不符合标准，于是就会降低其使用寿命和使用效果。所以文章依据《普通混凝土长期性能和耐久性性能试验方法》（GBJ82-85）中的实验方法对修补之后的混凝土抗冻融性能进行测试。获得的结果如图3所示，从图中可以看出，当冻融次数大于或者等于200次时，修补之后和未修补的试件其重量损失率大时相同。

然后相对弹性模量的结果如图4所示，从图中可以看出，两种不同的试件在实验过程中相对动弹性模量会随着冻融次数的不断增加而降低。当试件冻融循环次数为300时，没有进行修补的混凝土其相对动弹性模量小于修补后的混凝土，其动弹性模量下降比例还比修补后的下降比大，所以可以得知混凝土使用新型结构胶之后其相对动弹模量更大，且其下降幅度偏小。

试件冻融循环次数为300时，使用新型结构胶修补之后的铁路预制箱梁的抗冻系数为94，而没有使用结构胶修补的箱梁其抗冻系数为84，所以使用新型结构胶之后的箱梁其耐久性抗冻系数更高，所以在箱梁裂缝修补中通过使用新型结构胶能够增加其抗冻性能，于是在某些寒冷的地区也能够使用该结构胶作为裂缝修补材料。

2.3 抗渗分析

作为铁路预制箱梁裂缝的修补材料，新型结构胶在应用过程中需要保证其不会出現渗漏情况，不然就会难以起到裂缝修补作用。于是文章对其抗渗能力进行实验分析。对混凝土进行抗渗实验所使用的方法为国标渗水法，箱梁裂缝经过修补之后，对其施加逐级提升的水压，然后观察试件的渗漏情况，以此来表述新型结构胶应用之后抗渗性能。实验结果表明，在没有进行修补时，其渗水压力为0.4MPa，使用新型结构胶修补之后的渗水压力为1.5MPa，所以修补之后的渗水压力提高了1MPa。然后使用两种不同的压力，即高压力3MPa和低压力1MPa对修补之后的试件进行渗漏实验，两种压力下都能够保持2h不渗水的现象。所以文章在箱梁中使用新型结构胶能够提高抗渗性能。

3 结语

造成铁路预制箱梁出现裂缝的原因比较多，但是不管是何种原因都需要对箱梁裂缝进行修补，而且当今使用的修补方式比较多，文章使用的新型结构胶作为修补材料能够在箱梁中起到较好的修补效果，而且在修补过程中不会影响到结构的外观新，因为该材料属于无色透明状态。文章通过实验研究，分析了3种因素对新型结构胶性能的影响，结果表明温度相比于其他两种因素对新型结构胶粘度的影响最大。然后增加固化剂用量和降低活性稀释剂用量有利于提高新型结构胶的压缩强度，温度对新型结构胶的压缩强度影响几乎可以忽略。最后对新型结构胶在箱梁修补中应用进行分析，结果显示经过新型结构胶修补之后的箱梁其强度可以提高24%到120%，而且还具有比较好的抗硫酸盐腐蚀、抗冻性能和抗渗性能。

参考文献

[1]郭义全.高速铁路预制箱梁水化热温度场及其效应研究[D].镇江：江苏科技大学，2015.

[2]蒋临安，宋郁民.HPC在高速铁路预制箱梁中的应用及其温度控制[J].甘肃科技，2010（12）：132-134+190.

[3]睢力强.预制箱梁顶板裂缝成因及防治措施分析[J].交通标准化，2014（1）：72-74.

[4]马一帆.带裂缝预应力小箱梁的受力分析[D].郑州：郑州大学，2014.

[5]施旭锋，张治成，肖海波.预制小箱梁裂缝修补后受力性能试验设计[J].华东公路，2015（5）：21-24.

[6]白景阳.低压低速灌浆法裂缝灌浆处应力状态分析[J].河北建筑工程学院学报，2010（2）：38-39+48.

[7]冯英杰，张泽洲.压力注浆法修补混凝土裂缝的力学分析[J].公路工程，2014（1）：242-245+262.

[8]宋世谦.混凝土结构裂纹分析与渗透型结构胶加固技术工程应用研究[D].青岛：青岛理工大学，2006.