混凝土桥梁病害快速修补和加固.doc

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中国铁道科学研究院技术资料

混凝土桥梁病害快速修补和加固

随着我国交通运输事业的飞速发展，既有混凝土桥梁的疲劳损伤也在加速。

混凝土梁的病害包括混凝土裂损、混凝土梁漏水、墩台腐蚀松动、墩台不稳定、墩台浅基等。

针对上述问题，中国铁道科学研究院铁道建筑研究所的技术人员，经过十几年的努力，取得了一系列科研成果，并在实际应用中得到了很好的效果。

1　混凝土裂缝修补

混凝土裂缝是最常见的工程病害，但大部分裂缝都可以通过修补使混凝土结构物恢复原有功能。

压力注浆法、开槽填补法和涂膜封闭法虽然都是常用的修补混凝土裂缝的方法，但是，铁道科学研究院研制成的修补新材料如ZV型混凝土修补胶、TK型注缝胶、TJ型混凝土快速修补剂等，使裂缝修补的效果更好，工艺更简单，费用更省。

这些新材料、新机具和修补方法已于1994年通过技术鉴定。

1992年以来对数千孔各类混凝土裂损梁（墩）和大量纵裂接触网支柱进行了修补，效果非常好。

经过近10年的现场考验，证明耐久性令人满意，目前这几种方法已经在数百个铁路工务维修部门和建筑部门得到提广应用。

三种修补方法可以单独使用，也可以同时使用。

例如裂损桥梁的修补，先将大于0.2mm的裂缝用注浆法修补，然后将全部混凝土外表面涂膜处理，复盖所有的细小裂缝。

而对于路面和墩台的粗大裂缝用开槽填补法为宜；滨海的混凝土桥梁，为了防止钢筋锈蚀，防止混凝土受到有害离子的腐蚀，可以单独采用涂膜防水处理。

1.1　低压注浆法

1.1.1　适用范围

适用于宽度为0.2～3mm的混凝土裂缝修补。

1.1.2　材料和机具

TK型注缝胶

TK型注缝胶系改性环氧树脂注浆材料，其基本性能如下：

注缝浆液初始粘度40～80MPa.s，硬化后抗压强度40～60MPa，抗拉强度15～20MPa，与混凝土的抗拉粘结强度3～4MPa，弹性模量3.5×103MPa。

双组份包装，甲液为主剂，乙液为硬化剂。

按甲:

乙＝2:

1的重量比混合均匀即为注缝浆液。

TZ型封缝胶和封缝粉：

按一定比例可配制粘咀用浆和封缝用浆用于粘贴注浆咀和封闭裂缝。

表1为粘咀用浆和封缝用浆参考配比：

粘咀用浆和封缝用浆参考配比（重量比）　表1

粘咀用浆

封缝胶:

封缝粉

1:

1.5～2.5

封缝用浆

封缝胶:

封缝粉

1:

1～1.5

T型弹力补缝器：

低压注浆修补裂缝的专用器具。

TQ型注浆咀

1.1.3　修补工艺

低压注浆法修补混凝土裂缝的工序如下：

裂缝清理→粘贴注浆咀和封闭裂缝→试漏→配制注浆液→压力注浆→二次注浆→清理表面。

1.1.3.1　裂缝清理：

缝中如被泥土粉尘堵塞，可用小型工业吸尘器吸出。

沿裂缝两边约5cm的混凝土表面要用湿布擦去尘土，但要注意缝中不得进水。

1.1.3.2　粘贴注浆咀和封闭裂缝：

TQ型注浆咀宜用粘咀用浆骑缝粘贴，注浆咀的间距与裂缝宽度有关，其间距参考表2。

当裂缝数量较多时，具体作法如下。

首先，在预计要贴咀的裂缝位置贴上医用白胶布，再用窄毛制将封缝用浆沿裂缝来回涂刷，使裂缝封闭。

大约10分钟后，揭去胶布条，露出小缝。

然后，用粘咀用浆将注浆咀在预留的小缝处骑缝粘上，整个底座都要用粘咀用浆包严，固化后周边可能有裂口，必须反复用封缝用浆补上，以免注浆时漏浆。

注浆咀间距参考表表2

裂缝宽度（mm）

0.2～0.3

0.3～0.5

0.5～1

1～3

注浆咀间距（cm）

10～20

20～30

30～40

40

1.1.3.3　试漏：

试漏要逐条裂缝进行。

每条连通的裂缝，先将注浆咀用铝铆钉堵上，留一个咀用补缝器压气，在封闭的裂缝上涂肥皂水进行试漏。

对于有经验的操作者，也可不必试漏。

1.1.3.4　配制注浆液：

注浆操作一般在粘咀的第二天进行，气温在30℃以上时，半天时间就可注浆。

注浆前先配注浆液，在塑料杯中分别倒入TK型注缝胶甲液和乙液，按重量比甲液:

乙液＝2:

1混合均匀备用。

1.1.3.5　注浆：

用补缝器吸取注浆液，插入注浆咀，用手推动补缝器活塞，使浆液通过注浆咀压入裂缝，当相邻的咀中流出浆液时，就可以拔出补缝器，堵上铝铆钉，将补缝器移到相邻注浆咀重复注浆。

垂直缝，一般由下往上注浆，水平缝，从一端向另一端逐个注浆。

如果裂缝较细时，可以使用补缝器上的弹力装置对注浆液自动加压，此时，一个人可以同时照看若干个补缝器。

1.1.3.6　二次注浆：

为了保证浆液充满，在注浆后约半小时，可以对每个注浆咀再次补浆。

1.1.3.7　检查：

注缝胶的强度发展与环境温度有很大关系，一般情况（20～25℃）1天后开始固化，1个月后达到要求强度。

检查注缝质量可以用小型空心钻机，跨缝钻取芯样，进行检查。

1.2　涂膜封闭法

1.2.1　适用范围

在混凝土表面涂刷防水涂膜以封闭微细裂缝的修补方法称涂膜封闭法，适用于宽度小于0.2mm的微细裂缝的修补，也可用于混凝土外表面的装饰和防水处理，以及防止混凝土保护层的碳化和有害离子对混凝土的腐蚀。

1.2.2　材料和机具

材料：

ZV型混凝土修补胶，ZB型罩面胶，修补粉料或水泥。

ZV型混凝土修补胶：

是以高分子共聚物为基本原料，掺加适量改性剂、有机助剂配制成的水乳状产品，无毒、不燃、无腐蚀性，其PH值为6～6.5，粘度200～500厘泊。

ZV型混凝土修补胶对混凝土、砖、石、金属、织物有很强的粘结强度，它可以直接掺入水泥砂浆和混凝土中，配制成聚合物砂浆和聚合物混凝土，大大增加粘结强度、抗拉抗折强度，提高抗渗性能，也可以掺入水泥浆中配制薄层涂料和界面处理浆。

用ZV型混凝土修补胶涂膜的混凝土面层不但防水好，能更有效的保护钢筋混凝土不受侵蚀，而且能更好的美化混凝土桥梁的外表面，产生很好的视觉效果。

ZB型罩面胶：

由高分子共聚物乳液和混合助剂配制而成的水乳液，涂刷在涂膜表面，可提高涂膜的硬度、光泽性、耐久性和耐水性。

机具：

钢丝刷、羊毛辊具、油漆刷等手工工具，也可用喷浆机。

1.2.3　操作方法

1.2.3.1　清扫：

混凝土表层的浮浆和起砂层要用砂轮打磨机磨去，并清扫或冲洗干净。

1.2.3.2　刮腻子：

混凝土表面裂缝、气孔和缺陷应用腻子填充补平，待干后用砂布磨平。

腻子配方如下：

　　　ZV型混凝土修补胶:

粉料＝1:

1.8～2.0。

1.2.3.3　涂刷底层涂料：

配方如下：

　ZV型混凝土修补胶:

粉料=1:

0.7～0.8

可用羊毛辊子辊涂，也可用刷涂，或者边辊边刷，涂刷1遍。

涂料在使用前要通过铁窗纱过滤，除去杂质和团块。

1.2.3.4　涂刷主层涂料：

主层涂料配方如下：

　　　ZV型混凝土修补胶:

粉料=1:

0.8～1

采用刷涂和辊涂方法涂刷3遍，每遍涂刷都要等上遍涂料指干后再涂，另外，两次涂刷方向最好是互相垂直。

1.2.3.5　涂罩面层：

在主层涂料干后，在外罩涂1～2层ZB型罩面胶。

1.2.4　聚合物水泥涂膜性能（见表3）

　　　　　聚合物水泥涂膜性能　　　　　　　　　表3

序号

检　验　项　目

GB9779－88规定

结　果

1

涂料低温稳定性

不结块、无分离、不凝聚

合　格

2

初期干燥抗裂性

不出现裂纹

合　格

3

与混凝土抗拉粘结强度（MPa）

标准状态

>0.49

2.4

浸水后

>0.49

2.2

4

透　水　性

小于2.0ml

0.2ml

5

耐　碱　性

饱和Ca（OH）2溶液

合　格

6

耐　候　性

日光型碳弧灯250h无变化

500h无变化

7

耐冷热循环性

不剥落、不起泡、无裂纹

合　格

8

耐　冲　击　性

500克钢球,落差300mm，3次

合　格

1.3　开槽填补法

开槽填补法是指沿混凝土裂缝开凿成槽，用聚合物快硬修补砂浆、聚合物水泥砂浆或聚合物混凝土将其填补的方法称为开槽填补法，该方法适用于结构允许开槽且宽度较大但数量不多的裂缝，如桥梁墩台或路面混凝土的裂缝。

其具体性能与使用方法见聚合物快硬修补砂浆修补破损混凝土。

2　聚合物快硬修补砂浆修补破损混凝土

随着时间的推移，混凝土桥梁由于受到荷载环境等诸多因素的影响，不但出现裂缝，也会出现混凝土剥落露筋现象，这些破损如果及时加以修补，可以基本上恢复混凝土桥梁的原有功能，防止混凝土病害的进一步扩展。

我们研制的聚合物快硬修补砂浆具有很高的强度和很好的粘结性，能够在不影响及尽可能少影响行车的情况下对混凝土桥梁进行修补，起到很好的效果。

2.1　材料和机具

材料有：

ZV型混凝土修补胶，TJ型混凝土快速修补剂。

TJ型混凝土快速修补剂由水硬性材料添加适量的无机盐和有机助剂配制而成，它具有凝结时间快、早期强度高、微膨胀、耐磨性能好、耐腐蚀性能好等特点，特别适合破损面积不大的混凝土的修补。

其适应范围为：

公路和城市道路混凝土路面破损的快速修补；机场跑道混凝土的快速修补；不停车情况下既有混凝土梁、墩台破损的快速修补；混凝土涵洞破损的修补；也适用于较大混凝土裂缝的开槽修补；其它混凝土病害的修补。

机具有：

一般的手工工具，包括钢凿子、铁棰、扁铲，有条件时可用电动凿石机具；还有铁锅、拌和铲、小盘称、油漆刷、抹刀及盛器等。

2.2　操作方法

聚合物快硬修补砂浆修补破损混凝土的的具体方法如下：

清理破损混凝土→涂刷界面处理浆→压抹聚合物快硬修补砂浆→养护。

2.2.1　清理破损混凝土：

清理混凝土破损面，松动的混凝土应剔除，做到要修补的混凝土表面无粉尘、无污物。

如是开槽修补混凝土裂缝，应用钢凿子和扁铲沿裂缝开槽，槽宽和深约3～5cm，呈U型，路面的裂缝可用切缝机开槽。

槽内的碎屑和粉尘要清除干净。

2.2.2　涂刷界面处理浆：

用刷子在要修补的混凝土表面或槽的底部和四周均匀涂刷一层界面处理浆，界面处理浆按ZV型混凝土修补胶与TJ型混凝土快速修补剂为0.5：

1的重量比调匀即可。

2.2.3　压抹聚合物快硬修补砂浆：

在界面处理浆尚未硬化前，将拌制好的聚合物快硬修补砂浆用抹刀压入槽中，压实抹平。

聚合物快硬修补砂浆按如下方式配制：

把TJ型混凝土快速修补剂倒入搅拌锅，加入其重量10％的ZV型混凝土修补胶及8％左右的水，拌合均匀后，将其压抹在要修补的混凝土处。

每次压抹1～2公分，直至到要修补的厚度，然后抹平表面。

这个过程最好在界面处理增强浆未干之前（一般在20分钟之内）进行。

2.2.4　养护：

在修补完后，应及时加以养护。

一般在修补半小时后就要洒水或在修补面上加一层塑料薄膜进行养护，桥面快速抢修时一般3小时左右就可以开放交通。

2.2.5　技术性能：

（20℃）

可操作时间：

10分钟左右；

抗压强度：

1小时大于10MPa

3小时大于20MPa

　　　　　3天大于40MPa；

28天大于60MPa；

表4为不同情况下的用聚合物快硬修补砂浆修补后的新旧界面粘结强度。

聚合物快硬修补砂浆与旧混凝土的界面粘结强度　　　表4

编

号

试　件　情　况

界面抗折粘结强度（MPa）

旧界面

界面处理

4h

6h

8h

1d

2d

3d

1

断面

不涂

――

――

0.30

0.55

1.65

2.60

2

断面

涂

2.05

3.15

4.05

5.50

6.65

6.95

　　实践证明：

用聚合物快硬修补砂浆修补的混凝土破损面不但有很高的抗压强度，而且有很好的粘结强度。

在有正常汽车行驶的桥梁上也能完成修补作业。

如果是桥面维修，也只要几个小时的单幅断道维修。

另外，在没有特别快速修补要求时，可以采用ZV型混凝土修补胶与普通水泥（或者修补粉料）及中砂配制成聚合物修补砂浆来修补破损的混凝土，也能达到不错的效果。

其操作方法同聚合物快硬修补砂浆类似。

3　混凝土桥面的快速修补

随着我国铁路和公路交通的飞速发展，混凝土桥面的破损也越来越严重，为了修补工作尽量少影响交通，修补材料必须早强快硬和使用方便。

我院研制的掺加CNL型特快硬混凝土促硬剂的特快硬混凝土，4小时抗压强度可达20MPa以上，可操作时间达30分钟。

完全满足快速抢修的要求，在抢修过程中做到尽量少的减少断道影响行车，如北京二、三环混凝土路桥面的抢修，采用该种方法后，可以做到在夜间施工白天照常行车（晚上十二点左右断一幅道路，早上六点之前开通交通，把交通损失和社会影响降低到最小），收到非常好的效果。

该技术1992年通过技术鉴定，目前已在铁路、公路、市政等多方面得到应用，如北京市二、三环混凝土路桥面的抢修改造，广佛高速公路抢修，哈阿高等级公路抢修，均收到很好的效果，受到广泛好评。

3.1　快速修补用新材料

CNL型特快硬混凝土促硬剂、快硬硫铝酸盐水泥或快硬铁铝酸盐水泥、ZV型混凝土修补胶。

CNL型特快硬混凝土促硬剂：

配制特快硬混凝土的专用外加剂，它必须与快硬硫铝酸盐水泥或铁铝酸盐水泥配合使用，配制的特快硬混凝土，4小时抗压强度大于20MPa，抗折强度大于3MPa，同时具有30分钟可操作时间。

针对不同的施工温度，CNL型促硬剂有1、2、3三种型号，分液剂和粉剂，性能完全一样。

其主要用途有：

混凝土结构物的抢修或冬季快速施工；桥面混凝土的快速修补（可采用钢纤维混凝土）；机场跑道混凝土的快速修补（修补4小时就可开通跑道）；公路和城市道路混凝土路面的快速修补（夜间修补不影响第二天行车）；其他需要快速抢修的混凝土工程。

3.2　修补方法

3.2.1　开槽：

采用切槽机在破损的混凝土桥面外围切出方块，切缝深度不少于10cm，然后用凿岩机将方块内混凝土击碎，清理干净。

在伸缩缝位置修补时，须重新做好伸缩缝，施工时可用1.5～2.0cm苯板预留伸缩缝。

3.2.2　涂刷界面处理浆：

在灌混凝土前，用ZV型混凝土修补胶配制的界面处理浆涂刷在槽的底部和四周。

界面处理浆的配方按下式重量比配制：

ZV型混凝土修补胶：

快硬硫铝酸盐水泥＝1：

1

3.2.3　按不同的强度等级配制特快硬混凝土。

其方法与配制普通混凝土配合比方法一样。

但要注意，粉状促硬剂要先溶化在拌合水中加入，液状促硬剂可直接加入拌合水中。

为了避免操作时间不够，最好在砂、石和水泥预拌均匀后再加入掺有CNL型特快硬混凝土促硬剂的拌合水。

3.2.4　灌注混凝土：

修补用特快硬混凝土宜用人工拌合，平板振捣器捣实，必须及时抹面。

由于硬化很快，1小时后就要浇水养护。

3.2.5　由于桥面受震动较大，当需要增加混凝土的抗裂性时，特快硬混凝土应该掺入适量钢纤维，钢纤维混凝土中钢纤维掺量为每立方混凝土80～100公斤，混凝土含砂率要提高到0.40～0.45，同时必须掺加减水剂。

3.3.　特快硬混凝土性能

表5为特快硬混凝土的性能，试验采用525快硬硫铝酸盐水泥，水灰比为0.45，掺入水泥重6％的CNL－2型促硬剂（水剂），试验温度为20℃。

　　　　特快硬混凝土的性能　　　　　　　　表5

抗压强度（MPa）

坍落度及损失（cm）

3h

4h

8h

1d

3d

初始

30分钟后

12.4

23.5

36.0

43.1

46.4

2.5

1.6

4　桥梁加固的钢筋快速锚固（植筋）

随着桥梁病害的增多，为了不影响到这些桥梁的正常应用，对这些桥梁进行加固改造就成为必然。

其中对混凝土桥梁进行加固的引用较多的技术就有一项是锚固钢筋（植筋），铁科院研制出的ZM型早强锚固包就是针对此而研制的。

4.1　ZM型早强锚固包简介

ZM型早强锚固包符合铁道部行业标准TB／T2093－2002《吸水式锚固包技术条件》的各项技术要求，该锚固包由快硬膨胀材料加工而成，并用特制纸包装成圆柱形小包。

锚杆工程采用锚固包，可取消注浆泵，施工简便，锚固快速可靠，一小时左右即可承载。

XZM型早强锚固包是在ZM型早强锚固包的基础上改进的，在包装和性能上都有所加强。

ZM型早强锚固包共有25号、30号、35号三个规格。

其主要用途除在桥梁加固外，还可用在隧道、矿山井巷、水工隧洞等工程的锚杆快速支护；房屋维修、抗震加固、设备安装、文物保护等工程；要求锚杆在一、二个小时即发挥支护作用的软弱围岩施工，抢修和快速施工等工程。

4.2　使用方法

4.2.1　钻孔：

孔径稍大于锚固包直径。

4.2.2　清孔：

孔内岩屑粉和积水要清除干净。

4.2.3　泡水：

将锚固包直立浸泡在水中，封口端向上以利排气，泡水时间以不冒泡为准（约为50～120秒）。

4.2.4　装包：

将吸水锚固包逐个用炮棍送入钻孔，并捣碎锚固包，填满钻孔。

短锚杆需将吸水锚固包缝线拉起，剥去包装纸，将胶泥送入钻孔。

4.2.5　送杆：

将锚杆体（钢筋）用手锤打入孔中，抹平孔口即可。

4.3　技术性能

ZM型早强锚固包具有操作方便，价格便宜，锚固强度高，锚固速度快，能在不同的环境湿度（如潮湿或有水的情况下）、不同的环境温度（摄氏零下20度至零上50度）、不同的施工角度（如桥梁的顶面等）进行锚固。

该产品目前已经有二十多年的使用历史，在路内外上千座桥梁加固工程中得到成功应用。

其技术性能见表6和表7。

　　　ZM型早强锚固包凝结时间和抗压强度　表6

项　目

初凝

时间

抗压强度（20℃）

含水率

4h

3d

单位

min

MPa

MPa

%

品质指标

≥8

≥10

≥25

≤1

ZM型早强锚固包的抗拔力（3天）　　　表7

锚杆

埋深

抗拔力

Φ12mm

螺纹钢筋

埋深84mm

48.3kN

埋深120mm

57.8kN

埋深180mm

60.4kN

Φ16mm

螺纹钢筋

埋深112mm

76.7kN

埋深160mm

100.1kN

埋深210mm

105.2kN

Φ20mm

螺纹钢筋

埋深140mm

115.0kN

埋深200mm

148.0kN

埋深240mm

151.6kN

铁科院研制的这些桥梁快速修补和加固材料和技术，均通过了有关专家的技术鉴定，并在工程实践中得到成功的应用，受到广大使用单位的认可和好评，其效果和耐久性也在实际工程得到了证明。

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