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中图分类号:TU375 文献标识码: A 文章编号:2095-2104(2012)04-0020-02
1.前言
1.前言
发现混凝土裂缝后应首先对裂缝的长度、宽度、形状、部位进行检测,根据检测结果判别是否有害裂缝,并认真分析原因,最后结合原因采取可行的修补措施,使得混凝土能够具有设计要求的承载能力,消除质量隐患、恢复使用功能。
2.混凝土裂缝的成因、表现和分类
2.1裂缝成因
混凝土产生裂缝的原因一般是原材料选配不当或级配不良,如:水泥安定性不良或品种选用不当,砂过细,骨料级配不当;混凝土搅拌时间过短,振捣不良,浇筑速度过快,钢筋设置不合理;使用中构件承受的荷载不均匀或超出设计要求,造成裂缝;气候过热或过冷,造成温度应力使得混凝土开裂或受到化学侵蚀、地震等影响开裂。
2.2裂缝表现和分类
混凝土结构的裂缝,按其成因可分为结构性裂缝和非结构性裂缝,按其表现形式可划分为静止裂缝、活动裂缝和尚在发展的裂缝。
(1)结构性裂缝:由外荷载引起的裂缝,其分布及宽度与外荷载有关。这种裂缝出现,预示着结构承载力可能不足或者存在其它严重问题。
(2)非结构性裂缝:由变形引起的裂缝,如温度变化、混凝土收缩等因素引起的裂缝。这种裂缝对结构的承载能力影响较小。
(3)静止裂缝:形态、尺寸和数量已稳定不再发展的裂缝。
(4)活动裂缝:宽度在现有环境和工作条件下始终不能稳定、易随着结构构件的受力、变形或环境温度、湿度变化而时张、时闭的裂缝。
(5)尚在发展的裂缝:长度、宽度和数量尚在发展,但经历一段时间后发展将会终止的裂缝。
裂缝按照宽度可分为微裂缝(宽度小于0.05mm)和宏观裂缝。宏观裂缝又可分为:温度裂缝、荷载裂缝、变形裂缝。一般微裂缝不影响结构使用,我们所说的裂缝一般是指宏观裂缝。
3.裂缝检测
3.1裂缝长度检测
一般以裂缝两端的实际走向长度定为裂缝长度,可用钢尺丈量检测。
3.2裂缝宽度检测
一般以裂缝最宽处的尺寸作为裂缝宽度,可用钢尺、裂缝卡、裂缝读数放大镜逐条测量。
3.3裂缝深度检测
一般以构件表面至构件未裂部位的距离尺寸作为裂缝深度,可由钻芯取样法、超声波法(含地质雷达法)和灌注彩色液体法进行检测。
3.4裂缝发展检测
混凝土结构裂缝的发展,通过检测裂缝的数量增加,裂缝长度、宽度和深度的增大,确定裂缝的发展。
3.5裂缝长度变化监测
在已观察裂缝两端,划线作为裂缝的端点,并在旁边记上观测日期,定期进行观察,查看裂缝是否伸出端点,若伸出,表明裂缝长度在伸长变化(见图一)。
图一:混凝土结构裂缝长度变化监测方法简图
3.6裂缝宽度变化监测
在已观察裂缝最宽的部位做上记号并粘贴玻璃条(3mm厚)或安装百分表支座,定期观察,若玻璃条被拉断或百分表读数显示裂缝宽度增大,则表明裂缝宽度增大变化(见图二)。
图二:混凝土结构裂缝宽度变化监测方法简图
4.裂缝修补
4.1裂缝修补的作用
(1)抵御诱发钢筋锈蚀的介质侵入,延长结构使用寿命;
(2)通过对混凝土补强保持结构、构件的完整性;
(3)恢复结构的使用功能,提高其防水、防渗能力;
(4)消除裂缝对人们形成的心理压力;
(5)改善结构外观。
4.2裂缝修补原则
4.2.1 规范原则
(1)可靠性鉴定确认必须修补的裂缝,应根据裂缝的种类进行修补设计,确定修补材料、修补方法和时间。
(2)混凝土结构因承载力不足引起的裂缝,除按规范规定的适用修补方法进行修补外,还应采用适当的加固方法对结构进行补强和加固。
4.2.2技术原则
(1)静止裂缝:可即时进行修补;依据裂缝粗细和干湿环境选择修补材料和修补方法。
(2)活动裂缝:修补时,应先消除其成因,并观察一段时间,确认已稳定后,再按静止裂缝的处理方法进行修补;对于不能完全消除成因的裂缝,但确认对结构、构件的安全性不构成危害时,可使用具有弹性和柔韧性的材料进行修补。
(3)尚在发展的裂缝:不可即时进行修补;应待裂缝停止发展后再进行适应方法的修补或加固。
4.3裂缝修补方法
规范规定且工程常用的4种裂缝修补方法如表1所示。根据工程需要,4种裂缝修补方法可组合使用,以求达到最好的修补效果。
4.4裂缝修补材料
4.4.1 裂缝灌缝胶(注射剂)材料
裂缝灌缝胶(注射剂)材料主要采用改性环氧树脂、改性丙稀酸树脂和改性聚氨酯类材料制成。
4.4.2 裂缝注浆材料
聚合物水泥浆的聚合物材料有天然或合成橡胶浆、热塑性或热固性聚合物树脂(主要为不饱和聚酯树脂和环氧树脂等)及水溶性聚合物(包括纤维素衍生物─基甲纤维素(MC)、聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯盐─聚丙烯酸钙和糠醇等)。其掺入量为水泥质量的5~25%。
4.4.3 裂缝封闭材料
(1)裂缝一般封闭主要采用环氧树脂材料;
(2)裂缝表面封护增强材料,主要采用E型和S型GF布、CF布及其配套的胶粘剂。
4.4.4 活动裂缝修补材料
(1)主要采用无流动性的有机硅酮、聚硫橡胶、改性丙烯酸酯、聚氨酯等柔性的嵌缝密封胶类修补材料。
(2)活动裂缝修补材料还可用于混凝土与其它材料接缝界面干脆性裂隙的封堵。
4.4.5 潮湿环境裂缝修补材料
(1)含水率>8%的混凝土构件,裂缝修补材料应选用能在水中固化的亲水型环氧树脂类材料制成的封缝胶、灌缝胶、注浆料及粘贴纤维布的配套胶;
(2)含水率>8%的混凝土构件,有条件干燥使其含水率下降时,可选用一般的通用型环氧树脂类材料制成的裂缝修补材料。
4.5裂缝修补施工技术
4.5.1表面封闭施工技术
4.5.1.1涂刷树脂胶液表面封闭施工技术
(1)先对裂缝封闭范围的混凝土表面采用手提砂轮机打磨除去表层污渍,打磨范围应超出裂缝四周各200mm,打磨至露出混凝土新面,经检查合格后,再用吹风机或空压机吹风清洁,并用丙酮涂刷或擦拭进一步清洁裂缝封闭范围的混凝土表面。
(2)按照设计或产品说明书要求配兑环氧树脂封缝胶,用毛刷或胶辊粘胶涂刷于要求裂缝封闭的混凝土表面。封缝胶应分两次纵横向涂刷,后次纵向(或横向)涂刷应在前次横向(或纵向)涂刷胶液成膜并指触干燥时进行。每次涂刷应细密重迭和均匀,保证涂刷胶液不流淌或流淌后应即时补刷,胶液固化后胶膜均匀、密实封闭裂缝。
4.5.1.2 刮涂树脂胶泥表面封闭施工技术
(1)先对裂缝封闭范围的混凝土表面打磨除去表层污渍,打磨范围应超出裂缝四周各200mm,打磨至露出混凝土新面为止,然后吹风清洁和用丙酮擦拭清洁干净混凝土表面。
(2)按照设计要求配制环氧树脂胶泥,每次配兑的胶泥数量以1小时内能刮涂施工完毕为宜,配好的胶泥的黏稠度,应既便于施工,又能保证工程质量。
(3)采用灰刀和刮板将胶泥均匀、密实地刮涂和抹压在裂缝封闭范围的混凝土表面,胶泥应纵横向刮涂和反复抹压,刮涂、抹压次数不小于3次;第一次刮涂、抹压的方向应垂直于裂缝走向,使尽可能多的胶泥抹压进入裂缝内部,并与混凝土粘接牢固;胶泥固化(硬化)后膜层应密实和均匀,无裂缝和孔洞。
(4)封缝胶泥硬化后,构件表面应打磨平顺。
4.5.1.3 粘贴纤维布表面封闭施工技术
(1)先对裂缝封闭范围的混凝土表面打磨除去污渍表层并使打磨后的混凝土新面坚实、平顺,打磨范围应超出裂缝四周各250mm,然后吹风清洁和用丙酮擦拭清洁干净混凝土表面。
(2)按粘贴纤维布加固混凝土结构的技术要求,先涂刷高强度、低粘度的底胶,并使底胶尽可能多地渗入裂缝中,凝胶后再用找平胶配兑胶泥修补整平封闭范围的混凝土表面,凝胶后再一次打磨平顺并吹风清洁干净。
(3)选择GF布或及与其配套的浸渍胶,将纤维布粘贴于裂缝封闭范围的混凝土表面,要求纤维方向垂直于裂缝走向,纤维布与混凝土应密贴并张紧,纤维布超出裂缝四周每边均不少于200mm,纤维布自身搭接长度不小于100mm。
(4)纤维布粘贴完毕后应在其表面再涂刷一遍浸渍胶,并洒布一层石英砂,便于纤维布固化后在其上涂抹水泥浆或灰浆等其它饰面层,自检合格后报工程监理和质监单位检查验收。
4.5.2 灌缝胶注射修补施工技术
(1)骑缝打磨裂缝范围的混凝土表面并吹风清洁干净,打磨范围应超出裂缝四周各50~100mm。
(2)骑缝粘贴固定专用注射器的BC基座,要求基座中心对准裂缝中心,基座间距一般为200~400mm(即每延米裂缝粘贴3~6个),基座间裂缝表面刮涂环氧树脂胶泥或粘贴GF布进行严密封闭防止压注时灌缝胶从基座间裂缝中溢出。
(3)按设计要求和产品说明书要求配兑干燥型或潮湿型灌缝胶,每次配兑的灌缝胶数量以一次压注完胶液不在注射器内发热、变稠和凝胶为限,做到专人配兑、专人检核、称量准确、搅拌充分、即配即用。
(4)先将灌缝胶吸入注射器并用活动卡条固定,再将注射器装入BC基座拧紧固定,全部注射器安装完毕后松开固定卡条,使灌缝胶在注射器配套专用压力筋作用下低速低压连续自动地将灌缝胶源源不断地压入裂缝深处,一个注射器的灌缝胶注射完毕,立即换上另一个预先吸满灌缝胶的注射器继续压注,直至裂缝完全灌满为止。
(5)灌缝胶固化8小时后撤除注射器,剔除封缝胶泥或封缝GF布,用手提砂轮机打磨平顺并吹风清洁干净,自检后报工程监理和质监单位检查验收。
4.5.3 压力注浆修补施工技术
(1)注浆孔分为直接在裂缝表面固定注浆嘴(适用于一般结构缝深≤1.2m的裂缝)和钻孔埋管两种。钻孔埋管方式又分为骑缝孔(适用于缝深1~2m的裂缝)和穿缝斜孔(适用于深层裂缝)两种。
(2)钻孔埋管方式如图三所示,钻孔的孔径为Φ20,孔深为100~150mm,孔距为800~1000mm,为避免钻孔底部偏离缝面,管底距孔底要保留1/3孔深距离,即灌浆管仅埋入孔深的2/3左右,并防止砂浆堵孔。
(3)注浆嘴设置间距一般为200~500mm,应设置在裂缝交叉点,裂缝较宽处和端部;注浆嘴或埋管固定好后,其间裂缝用环氧树脂胶泥或GF布进行封缝。
(4)进行压浆设备的适用性检查和试压,保证其流动度和适应性,试压在封缝胶泥或GF布固化后进行。若试压气压达到0.5MPa时某注浆嘴仍不通气,则说明该部位与其它压浆嘴未连通,应重新埋设注浆嘴,并缩短注浆嘴的间距;若封缝处肥皂水鼓泡,则说明该处漏气,封缝不严密,应重新封缝。在压气检测中应注意吹净缝内及孔内灰尘及粉末。
(5)按照设计要求试配小批量注浆料送监理和质监单位试验检测合格后,正式配兑大批量注浆料,按设计压力对各压浆嘴逐个进行压浆。竖向裂缝压浆时,应按从下向上顺序进行(图四);对板面贯穿性裂缝,宜从下向上注浆。
(6)注浆过程中出现下列标志之一者,均表明裂缝处注浆饱满,可转入下一个注浆嘴继续注射,直至整条裂缝注满为止:
1)在注浆压力下,上部注浆嘴有浆液流出,应及时以胶泥或堵头堵孔封闭上部注浆嘴,并维持原工作压力1~2min;
2)当存留在注浆器中的浆液(不得发热、变稠)5min内未见注入,或吸浆率小于0.05L/min;
(7)裂缝内的注浆料全部凝固后,撤除压浆嘴,剔除封缝胶泥或GF布并打磨平顺、吹风清洁干净。
(8)深层裂缝注浆,一般情况下骑缝孔和穿缝斜孔两种钻孔并用。此时,骑缝孔先作排水、排气用,待穿缝斜孔灌浆后,再灌骑缝孔。
图三: 裂缝压力注浆的钻孔埋管方式
图四: 裂缝压力注浆的注浆过程
4.5.4 填充密封修补施工技术
(1)沿裂缝走向按设计和规范规定的剖面尺寸骑缝凿槽或切槽,凿槽或切槽应延伸过裂缝末端,槽的端头应做成弧形,以避免该处应力集中。凿槽或切槽完成后,应吹风清洁干净。
(2)当设置隔离层时,槽底隔离材料应采用不吸潮膨胀、且不与弹性密封材料及结构材料相互发生反应的材料,隔离材料应紧贴槽底。
(3)采用图五的构造来处理活动裂缝或尚在发展的裂缝时,填入槽中的弹性密封材料宜低于构件表面高度。
(4)采用微膨胀水泥砂浆、聚合物砂浆或细石混凝土填缝时,先用水润湿槽内壁及周边,然后再填入灌缝材料,表面抹压平整后,注意养护,以免表面出现裂缝
(5)采用改性环氧树脂或弹性填缝材料填缝时,填实后应粘贴GF布或CF布等增强纤维布封闭其表面,保护填缝料不压坏和碎裂溢出(图六)。
图五:裂缝填充密封构造
图六: 裂缝填充密封的表面封闭构造
5. 裂缝修补质量控制
5.1 材料质量控制
(1)裂缝注射、注浆修补材料的质量应符合相关规范和标准规定的性能指标,其它材料的质量性能应满足相关技术规范、标准的要求。
(2)裂缝修补材料应有产品合格证和质量检验报告,产品合格证应有出厂日期、数量、规格、保质期,严禁使用过期及无合格证的材料;质量检验报告应由有检测资质的单位出具,并能反映出是该批材料的质量指标。
(3)裂缝修补材料进场后,应按规定及时进行见证抽样复检,复检不合格的材料不准使用,检验合格批准进场使用的材料,应在干燥、清洁、远离高温的环境下存放,并具有明显的标识。
(4)封缝胶、灌缝胶、注浆料和填缝料应由专人配制,配比及称量应由第二人检验复核,并应有每次配料的称量记录,以便出现问题时查找原因。
5.2 施工质量控制
(1)裂缝修补实行全程质量控制,施工现场管理有相应的施工技术标准、健全的质量管理体系、施工质量控制和检验制度,使建设单位、监理单位和施工单位人员有章可循。
(2)裂缝修补施工,应根据设计和相关标准、规范、规程要求,结合工程内容和施工环境制定切实可行的施工组织设计和施工技术方案。对涉及结构安全和人员安全的内容,应有明确的规定和相应的措施。
(3)施工单位严格按照有关施工技术标准和经审批的施工组织设计、施工技术方案进行施工,并有完整的施工记录和质检记录;每道工序完成应按规定检查验收,检验合格方可转入下道工序施工。
(4)裂缝修补施工环境的温度,应满足设计和规范要求,并避免在烈日、雨雪、风沙天气条件下施工,以减少环境对质量的不利影响。
5.3 施工质量检验
(1)对影响结构、构件承载力的裂缝(结构性裂缝)修补后,必须进行检测确定修补质量满足设计要求。
(2)裂缝表面封闭修补后,封缝胶膜、胶泥层和纤维布应均匀、平整、不出现裂缝、孔洞和脱落,粘贴纤维布的宽度允许偏差为-3~+5mm,长度允许偏差为-5~+10mm,中心线允许偏差为±5mm。
(3)裂缝注射灌缝胶修补后,固化期达到7d时,可采用取芯法检验压注修补质量,芯样检验采用劈裂抗拉强度测定方法。检验结果符合下列条件之一时为符合设计要求:
1)沿裂缝方向施加的劈力,其破坏应发生在混凝土部分(即内聚破坏);
2)破坏虽有部分发生在界面上,但其破坏面积不大于破坏总面积的15%。
(4)裂缝压力注浆法修补后,可采用超声波法进行检测,并与压浆前的超声检测结果对比(前后波形变化)确定压浆修补效果。
(5)裂缝填充密封修补后,不仅要检验表面纤维布封闭保护效果,还要检查隔离层,填充料施工的隐蔽工程验收记录,综合评定裂缝修补质量。
参考规范:
(1)中华人民共和国国家标准《混凝土结构加固设计规范》(GB 50367-2006);
(2)中华人民共和国行业推荐性标准《公路桥梁加固设计规范》(JTG/T J22-2008 );
辽宁东部严寒地区某水库溢流堰面混凝土出现裂缝,采用裂缝内部化学灌浆封堵、表面封闭的处理措施。裂缝内部灌浆材料采用遇水膨胀的聚氨酯类柔性灌浆料,裂缝表面封闭材料采用手刮聚脲弹性体,修补效果良好。实践证明,该工法适宜在寒冷与严寒地区推广应用。
关键词:
严寒地区;水工混凝土裂缝;裂缝修补技术;化学灌浆;表面封闭;手刮聚脲弹性体
1工程概况
该水库于1970年动工兴建,1972年主体完工并开始蓄水。坝体主要水工建筑物为Ⅲ级。水库设计洪水标准为100年一遇,校核洪水标准为500年一遇,是一座以灌溉为主,兼顾防洪、发电、养鱼等综合利用的中型水库。水库挡水结构为混凝土重力坝,溢洪道为实用堰结构,全长40.20m,净宽35.40m,加固后堰型采用克-奥Ⅱ型曲线,消能方式为平滑鼻坎自由挑流式消能,最大下泄流量增加到1065.65m³/s。经过多年运行,发现除温度缝外,混凝土表面有裂缝分布,且裂缝表面混凝土出现不同程度的冻融侵蚀和冲蚀等损伤。
2溢流堰面温度缝、裂缝普查结果
溢流堰面共设有温度缝7条,其中横向方向5条、纵向方向2条。这7条温度缝开口处混凝土均有不同程度的表面破损。随着水库的运行,2007年10月15日,坝体首次发现有明显裂缝。随后,裂缝继续扩展,裂缝数量逐年增多。2011年4~5月根据相关规程对该水库拦河坝裂缝进行调查与检测,发现溢洪道堰面混凝土分布有10条不规则裂缝,裂缝最大宽度为0.24~0.41mm。为深入了解裂缝的性质及其随时间和温度的变化情况,结合实际情况,对该拦河坝挡水坝段背水侧出现较早的3条裂缝宽度变化进行跟踪观测和分析。观测结果显示,混凝土裂缝宽度随温度变化比较明显,总体趋势为冬季裂缝宽度变大、夏季裂缝宽度变窄,符合混凝土裂缝随季节温差变化的规律。
3裂缝成因及危害
裂缝是混凝土结构中普遍存在的一种缺陷,其产生的原因很多,有内在原因,如原材料质量、混凝土配合比的合理性等;外在原因也很多,如施工质量、施工时间、施工工艺、养护措施、保温措施以及运行过程中的工况、管护等。该工程地处北方严寒地区,季节温度差也是导致裂缝产生的主要因素。裂缝的产生破坏了混凝土结构的整体性和完整性,使得内部钢筋,同时雨水沿缝入渗会加速腐蚀混凝土和内部钢筋。冬季雪水入渗,冻融侵害将逐渐加重等。这些现象继续发展将加速混凝土碳化,从而降低混凝土的耐久性。混凝土裂缝开口处现状已经有所表现,加之运行期间的冲、磨蚀等工况,更会加重病害发展,因此及时采取合理有效的修补防护措施,对阻止和延缓裂缝等缺陷继续发展,保证建筑物和构件的安全性和稳定性很有必要。
4温度缝、裂缝处理原则及方案选择
4.1处理原则考虑到辽东地区地处严寒,冻融侵害严重等外界因素影响较大,确定裂缝及缺陷的处理主要遵循以下原则:(1)按活缝进行处理;(2)施工期的选择,在满足施工和外界温度条件允许的情况下,尽量选择气温较低的时间,定为10月;(3)由于裂缝与温度缝交错发展,且缝开口处混凝土也发生损伤,因此要一并处理;(4)内部灌浆材料要选取遇水膨胀型的柔性化学灌浆材料,要适应活缝宽度随季节温差反复变化的特点;(5)表面封闭材料要具有抗冲磨性能,在低温下要有足够的延展性和耐久性,能够适应辽东地区冷热温度变化,适应冻融环境。
4.2修补方案选择混凝土裂缝从动态发展而言,可分为静止裂缝、活动裂缝和在发展裂缝。对于裂缝处理的方法,应根据结构物运行工况及裂缝的特点采用不同的修补方法和材料。通过对本工程挡水坝段的3条典型裂缝宽度随外界温度变化趋势分析,裂缝性质为活缝。裂缝修补除以恢复混凝土的防水耐久性为主要目的外,也要从结构和美观角度出发进行修补,同时兼顾经济因素。目前国内常用的混凝土裂缝修补方法很多,常见的有表面修补法,灌浆、嵌缝封堵法、结构加固法、混凝土置换法、电化学防护法、仿生自愈合法等。本工程地处我国北方严寒地区,一年中环境温度随季节变化较大,裂缝具有明显的活缝性质,裂缝最大宽度大,构件表面受高速水流冲刷等诸多因素影响,故选择混凝土裂缝内部采用柔性材料进行封堵,表面开口采用柔性、抗冲磨、耐老化材料进行封闭的综合方法进行处理。通过对表面混凝土强度、损伤深度、碳化深度等指标的检测,具备该综合修补方法的实施条件。
5修补材料选择及工艺流程
5.1裂缝内部灌浆材料
5.1.1化学灌浆材料选择。常用的主要有聚氨酯类、水玻璃系列、环氧树脂类、甲凝、丙凝、丙烯酸盐类、木质素类等。针对工程实际,结合经济造价,首选LW、HW水溶性聚氨酯。
5.1.2主要技术参数确定。布孔方式为裂缝双侧错孔布置,特殊位置单侧双排,外侧为深孔。孔径为14mm,孔深为30~50cm,孔倾角为30°~45°,孔距为20~60cm(根据注水效果可调)。灌浆压力为0.3~0.5MPa,稳压时间不少于10min(特殊部位不少于30min)。
5.1.3工艺流程。施工准备查缝定位、布孔钻孔及孔内清理安装检查嘴压水、压气检查安装灌浆嘴裂缝表面临时性封堵灌注浆液质量检查(压水或取芯检测)封孔表面清理。
5.2裂缝表面封闭材料
5.2.1封闭材料选择。常用的主要有聚脲类(单、双组分)、聚氨酯类、环氧树脂类、合成橡胶类、水泥基类、丙烯酸酯类、硅烷、橡胶沥青等。考虑到本工程裂缝为活缝,有耐低温、抗老化、耐冲磨等具体要求,因此针对工程实际,结合经济造价,首选手刮聚脲材料。
5.2.2主要技术参数确定。手刮聚脲涂膜平均厚度不小于2mm(缝开口部位3~4mm),分层涂刮,每层厚度约0.5mm,涂刮后要晾晒至面干再进行下一层涂刮。涂刮宽度不小于400mm(即裂缝两侧分别为200mm宽)。裂缝表面封闭处理长度要顺延裂缝发展方向,在缝端外延50mm以上的富裕长度。
5.2.3工艺流程。施工准备混凝土表面清理(如有附着物要清除或打磨至新鲜混凝土面后,用高压水冲洗)晾晒处理(表面干燥无渗水)刷涂界面剂底层刮涂SK手刮聚脲中间厚度布置胎基布表层刮涂SK手刮聚脲至设计厚度。
5.3温度缝处理考虑到裂缝与温度缝交错发展,处理过程中将温度表一并进行内部灌浆封堵和表面进行封闭处理,所选材料与裂缝修补材料相同,工艺相近,不再进行赘述。
6修补处理效果评价
为了保证修补后整体效果,进行材料调色,使封闭材料颜色接近新混凝土浇筑色,表面缝处理前要进行划线、定位处理,保证封闭材料边界顺直。修补质量按以下两个方面进行检查:
6.1灌浆效果评价现场采用骑缝钻取混凝土芯样检查灌浆效果,通过芯样内端可以明显发现灌浆材料已密实填充了整条裂缝内部。灌浆效果明显,满足工程修补设计要求。
6.2表面封闭质量评价
6.2.1外观检查:现场通过目视、橡皮锤锤击试验等检查,证明修补表面封闭材料与混凝土结合紧密,无空鼓等缺陷。
6.2.2涂层正拉黏接强度试验结果表明,涂层黏接强度在2.5MPa以上,涂层与混凝土基体黏接良好。
7结语
(1)根据质量检测数据,该水库修补处理措施得当、工艺合理,总体修补质量达到了预期的设计要求;(2)经过生产性试验、实践摸索和经验总结,“延长浆材操作时间、低压低速慢灌、排气排水排浆、自下向上升层、持压屏浆结束”的灌浆工艺,对裂缝的充分充填是行之有效的;(3)经过3个年度的跟踪观测和应用效果证明,该修补工法适宜在东北等寒冷与严寒地区推广应用。
参考文献
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关键词桥墩裂缝修补技术
中图分类号:U445 文献标识码:A 文章编号:
1 概述
某公路大桥全长223米,最大桥高46.6米,桥墩呈辐射状布设。该大桥3#墩设计为空心墩,长6m,宽3m,壁厚0.5m。施工完成后在距承台面2.0m高处发现一横向裂缝,裂缝呈水平走向,长4.01m,最大宽度0.3mm,裂缝深度198~291mm。该裂缝属于构造裂缝,对整个桥梁结构受力及正常运营不会产生影响,但是为满足混凝土耐久性要求必须进行处理,采用环氧树脂浆液灌浆修补。
2 方案特点
环氧树脂具有粘度小、可灌性好;固化后的收缩性、抗渗性好等性能,不易造成气泡和不饱满等不良现象;其浆液固化后的抗压、抗拉强度都能满足设计要求,有较高的粘结强度;并且浆液的固化时间可以调节,灌浆工艺简便,低毒、无公害。
3 修补流程
裂缝处理埋设灌浆嘴封缝密封检查配制浆液灌浆封孔结束抹调色砂浆检查
4 修补方法
4.1修补仪器
修补工艺所需仪器及配件:
4.2裂缝处理
4.2.1、用钢钎或风镐沿裂缝方向凿造“V”形槽,外口宽约40mm,深约30mm。凿槽时先沿裂缝打开,再向两侧加宽。
4.2.2、用冲击钻打孔,孔径为8mm,孔距为400mm。
4.2.3、用钢丝刷及压缩空气把“V”形槽和钻孔内的碎屑石粉清除干净,并清除松块;然后再用毛刷蘸酒精有机溶液,把沿裂缝两侧擦洗干净并保持干燥。
4.3埋设灌浆嘴
埋设时,先在灌浆嘴的底盘上抹一层厚约1mm的环氧胶泥,将灌浆嘴的进浆孔粘贴在预定的位置上。
环氧胶泥配合比:环氧树脂:二丁脂:乙二胺:水泥=100:30:14:365
4.4封缝
4.4.1、配制环氧树脂砂浆
环氧树脂砂浆配合比为:环氧树脂:丙酮:乙二胺:水泥:砂=100:15:10:150:300
其中水泥采用秦岭P.0425R水泥,砂采用中砂(筛掉0.63mm以下与2.5mm以上颗粒,用水清洗干净,并烘干)。
配制方法:
环氧树脂加入丙酮 水浴上加热溶化加入丙酮 加水泥搅拌均匀 加砂搅拌均匀 环氧树脂砂浆。
4.4.2、在抹环氧树脂砂浆前,用丙酮将“V”槽再清洗一次,然后用抹刀将树脂砂浆填入槽内,边抹边压,在砂浆收汗前再抹压密贴,刮平整以防止产生小孔和气泡。树脂砂浆填入槽内约20mm厚,预留部分便于抹调色砂浆。
4.5密封检查
裂缝封闭后待树脂砂浆有一定强度时,进行密封检查。洞裂缝先涂一层肥皂水,然后从灌浆嘴通入压缩空气,如有漏气,及时进行密封。
4.6配制浆液
环氧树脂浆液配比如下:
环氧树脂加入丙酮 水浴上加热加入乙二胺搅拌均匀环氧树脂浆液
4.7灌浆
4.7.1、灌浆前先对灌浆机具、器具及管子进行检查,运行正常后开始灌浆。
4.7.2、将浆配制好的环氧树脂浆液放入桶中,把标尺桶中,并作灌浆记录;压浆时,保持在0.2Mpa以上的压力,并且逐渐升高。注意观察灌浆嘴的排气情况,待有纯浆排出,即可堵住灌浆嘴。待最后一个灌浆嘴流出浆液时,堵住浆嘴,再继续压注5分钟左右,关上进浆嘴上的转芯阀门,即结束灌浆。
4.7.3、灌浆结束后,立即拆除管道,并用丙酮把管道、设备清洗干净。
4.8封孔结束
灌浆后经2~4天,待浆液凝结后,再用水泥砂浆抹平浆嘴进行封孔。
4.9抹调色砂浆
4.9.1、调色砂浆的配制
调色砂浆的配比如下:水泥:河砂:粉煤灰:水=1:4.11:0.25:0.50
其中河砂为特细砂。
4.9.2、将调配制好的调色砂浆抹在“V”形槽内的树脂砂浆表面与桥墩的砼抹平,以保证外观质量。
4.10检查
4.10.1、在修补前,对环氧树脂砂浆制取了一组(70.7×70.7×70.7)的试件,检查结果为35.2MPa,满足要求;
4.10.2、修补完后用超声波对桥墩进行检查(高驻办中心试验室检测),检查结果无裂缝;
4.10.3、用钻芯取样机在桥墩裂缝处钻取了φ100的试件,进行抗压试验,抗压结果为38.4 Mpa,满足要求。
5 施工要点
5.1、对“V”形槽的清洗,除以上方法外,也可以用高压水进行冲洗;冲洗后可用喷灯烘干或自然晾干,用喷灯烘烤时应防止烤焦混凝土。
5.2.、用环氧树脂浆液(或砂浆)修补桥墩,一般宜在春季和秋季进行。若冬季施工时,环氧树脂浆液(或砂浆)可能受冻而固结,应采取防冻措施:修补时将砼表面预热,修补后进行保温覆盖,防止固化时温差大而导致开裂。
5.3、在配制环氧树浆液(或砂浆)时,各种材料必须严格计量,严格按照配合比进行配制。
5.4、修补后须用超声波或其它方法对裂缝进行检查,检查补强效果和质量是否满足要求,若发现缺陷应及时补救,以确保工程质量。
关键字:民用建筑 裂缝
修补
裂缝修补主要以恢复结构材料的防水性及耐久性为目的,也有从维护人身安全及注重美观的角度而进行修补的。在满足修补的前提下,必须考虑经济性来决定修补的范围及修补的规模等。
一、修补设计
修补设计原则上应根据第四章是否需要修补及补强加固的判定结果,进行恢复己开裂结构件的机能及耐久性的设计,更重要的是要选择适当的修补材料、修补工法以及在选择修补时间的基础上进行修补设计。
进行修补设计时,应考虑如下事项:
(1)根据是否需要修补的判断结果,设定修补范围及规模,还应
按需要再度调查现场。
(2)掌握开裂原因、开裂状况(裂缝宽度、深度及型式等),建筑物的重要性及环境条件(一般环境、工厂地区、盐类环境、温泉地带、寒冷地带及特殊用途)。
(3)为了明确规定修补目的及恢复目标,考虑(2)中的环境条件,选定最适于修补的修补材料、修补工法及修补时间。选择修补工法,可按开裂现场及开裂原因参照表6.1所示内容决定。另外,当构筑物处于盐类等苛刻环境时,应选择比普通环境条件高一个等级的材料及工法。如有可能,裂缝最好在稳定后再作修补;对随环境条件变化的温度裂缝,则宜在裂缝最宽时处理。
混凝土建筑物及构件的修补恢复目标将视竣工时的初期性能、建筑物的耐用年限、开裂原因、劣化程度及劣化范围等而异,另外,保修年限也不尽相同。
通常,可将修补恢复目标分成如下三个阶段:
①恢复到与健全构件同等性能。因水泥的水化热、碳化、千缩而产生的裂缝等,是作为搞清开裂原因而进行修补的对象。希望保修年限定为10-15年。
②恢复到不妨碍使用的程度。当由钢筋腐蚀、碱性骨料而导致的裂缝及由此产生的劣化度比较明显时,或者开裂原因是多方面的,又不能将所有原因都搞清楚时,年限定为5-10年。
③恢复到能够确保人身安全的程度。一般针对以确保人身安全而进行的应急修补工程。
(4)必须充分研究修补作业所必要的机械材料、脚手架及工程现场对周围人群的安全保障。
二、修补工法及特点
2.1表面修补法
常用的方法为涂覆法,增加整体面层,压抹环氧胶泥,环氧浆液粘玻璃丝布,表面缝合等。
(1)涂覆法:混凝土表面出现数量较多的表面裂缝时,采用手工或机械喷涂方法,将修补材料涂覆于混凝土表面,起到表面封闭作用。涂膜厚度在0.3~2.5mm之间,厚度大者适应裂缝变化能力强。选用修补材料时应考虑使用条件(室内、室外、环境温湿度变化,介质腐蚀情况)以及裂缝活动情况等,例如,要求耐磨的地坪可选用环氧沥青涂料,聚氨酷涂料,聚氨酷沥青涂料等刚性涂料,不稳定的裂缝修补可选用聚氨酷弹性体,橡胶型丙烯酸酷涂料等弹性涂料。
(2)增加整体面层:混凝土表面裂缝数量较多,分布面较广时,常采用增加一层水泥砂浆或细石混凝土整体面层的方法处理。多数情况下,整体面层内应配置双向钢丝网。有条件时,宜采用喷射法施工水泥砂浆或混凝土整体面层。
(3)压抹环氧胶泥:对于数量不多,又不集中,缝宽>0. lmm的裂缝可采用此法处理。
(4)环氧浆液粘贴玻璃丝布:一般采用环氧树脂胶料或环氧焦油胶料,粘贴1~2层玻璃丝布。
(5)表面缝合:在裂缝两边钻孔或凿槽,将u形钢筋或金属板放入孔或槽中,用环氧树脂砂浆等无收缩型砂浆灌入孔或槽中锚固,以达到缝合裂缝的目的。 2.2局部修复法
常用的方法有充填法,部分凿除重新浇筑混凝土、预应力法等。
(1)充填法
用钢钎、风镐或高速转动的切割圆盘将裂缝扩大,最终凿成V形或梯形槽,分层压抹环氧砂浆、或水泥砂浆、或聚氯乙烯胶泥、或沥青油膏等材料封闭 裂缝。其中V形槽适用于一般裂缝修补;梯形槽用于渗水裂缝修补;环氧砂浆适用于有结构强度要求的修补;聚氯乙烯胶泥和沥青油膏仅适用于防渗漏的修补。
(2)预应力法
用钻机在构件上钻孔,注意避开钢筋,然后穿入螺栓(预应力钢筋),施加预应力拧紧螺帽,使裂缝减小或闭合。如条件许可时,成孔的方向应与裂缝方向垂直,见图2.2 ( a)钻孔方向不与裂缝垂直时,宜采用双向施加预应力,
(3)部分凿除重新浇筑混凝土
对于钢筋混凝土预制梁等构件,由于运输、堆放、吊装不当而造成裂缝的事故时有发生。这类裂缝有时可采用凿除裂缝附近的混凝土,清洗、充分湿润后,浇筑强度高一等级的混凝土,养护到规定强度的修补方法。修补后的构件仍可使用在工程上。用这种方法修补己断裂的构件应特别慎重。此外,修补前应检查钢筋的实际应力和变形状况。修补混凝土宜用微膨胀型。修复工作必须十分仔细认真,否则新老混凝土结合不良将导致失败。
2.3灌浆法
将水泥或化学浆液灌入混凝土缝内,使其扩散,固化。固化后的浆液具有较高的粘结强度,与混凝土能较好地粘结,从而增强了构件的整体性,使构件恢复使用功能,提高耐久性,达到堵漏防锈补强的目的。
用于结构修补的化学浆液主要有两类:一类是环氧树脂浆;另一类是甲基丙烯酸甲酷液(简称甲凝液)。用于防渗堵漏的化学浆液主要有:水玻璃、丙烯酞胺、聚氨酷、丙烯酸盐等。这些不溶物可充填缝隙,使之不透水并增加强度。
虽然民用建筑混凝土结构裂缝修补工法多种多样,但我们不能只知其一、只用其一,而应牢牢掌握每一种方法,以一变应万变,做到根据不同情况采取不同方法,尽量实现修补最优。
参考文献:
[1]王铁梦.工程结构裂缝控制.北京:中国建筑工业出版社,2000
[2]建筑工程施工质量验收统一标准(GB50300-2001),2001
[3]曹可之.大体积混凝土结构裂缝控制的综合措施.建筑结构,2002,(8)
【关键词】桥梁混凝土裂缝;产生原因;修补方法
中图分类号: TV331 文献标识码: A
一、前言
最近几年,我国桥梁建设得到了飞速发展,全国各地的桥梁如雨后春笋般出现。随之而来的,是桥梁混凝土裂缝的产生。如何减少这些裂缝的产生,以及合理修复裂缝是一项需要探索的问题。
二、桥梁混凝土裂缝的原因
1.因温度变化引起的裂缝
混凝土有热胀冷缩性质, 混凝土受水泥水化放热、阳光照射、大气及周围温度等因素影响而出现冷热变化时, 将发生收缩和膨胀产生温度应力, 温度应力超过混凝土强度时即产生裂缝。温度裂缝区别其他裂缝最主要特征是将随化而扩张或合拢。引起温度变化的主要施工因素有:
(一)水化热
出现在施工过程中,大体积混凝土(厚度超过2.0m)浇筑之后由于水泥水化放热,致使内部温度很高,内外温差太大,致使表面出现裂缝。
(二)蒸汽养护或冬季施工时施工措施不当,混凝土骤冷骤热,内外温度不均,易出现裂缝。
(三)预制箱梁之间横隔板安装时,支座预埋钢板与调平钢板焊接时,若焊接措施不当,铁件附近混凝土容易烧伤开裂。采用电热法张拉预应力构件时, 预应力钢材温度可升高至350℃,混凝土构件也容易开裂。
2.因收缩引起的裂缝
混凝土收缩(主要是塑性收缩和缩水收缩) 是发生混凝土体积变形产生裂缝的主要原因。塑性收缩发生在混凝土浇筑后4h~5h 左右,由于水泥水化反应,出现泌水和水分蒸发,造成混凝土失水收缩,受到钢筋、骨料的阻挡,在混凝土内部由于塑性收缩产生张拉应力,混凝土尚未硬化,强度较低, 便形成沿钢筋方向的裂缝。混凝土结硬以后,随着表层水分逐步蒸发,湿度逐步降低,混凝土体积减小,产生缩水收缩。因混凝土表层水分损失快, 内部损失慢。因此,产生表面收缩大、内部收缩小的不均匀收缩, 表面收缩变形受到内部混凝土的约束,致使表面混凝土承受拉力,当表面混凝土承受拉力超过其抗拉强度时, 便产生收缩裂缝。混凝土收缩裂缝的特点是大部分属表面裂缝,裂缝宽度较细,且纵横交错,呈龟裂状,所以形状没有任何规律。
3.原材料质量引起的裂缝
混凝土主要由水泥、砂、骨料、水及外加剂组成。混凝土所采用的材料质量不合格,可能导致结构出现裂缝,主要表现在以下几点:
(一)水泥
(1)水泥安稳性不合格, 水泥中游离的氧化钙含量超标。
(2)水泥出厂时强度不足, 使混凝土强度不足,导致混凝土开裂。
(3)当水泥含碱量较高(例如超过0.6%),同时又使用含有碱活性的骨料, 可能导致碱骨料反应。
(二)砂石骨料
砂石粒径太小、级配不良、空隙率大,将导致水泥与拌和水用量加大, 影响混凝土的强度,使混凝土收缩加大,如果使用超出规定的特细砂, 后果更严重。砂石中云母的含量较高, 将削弱水泥与骨料的黏结力,降低混凝土强度。砂石中含泥量高,不仅将造成水泥与拌和水用量加大, 而且还降低混凝土强度和抗冻性、抗渗性。砂石中有机质和轻物质过多, 将延缓水泥的硬化过程,降低混凝土强度,特别是早期强度。砂石中硫化物可与水泥中的铝酸三钙发生化学反应,体积膨胀2.5 倍。
(三)拌和水及外加剂
拌和水或外加剂中氯化物等杂质含量较高时对钢筋锈蚀有较大影响。采用海水或含碱泉水拌制混凝土, 或采用含碱的外加剂,可能引起碱骨料反应。
三、公路桥梁混凝土裂缝的预防
1.预防措施
桥梁裂缝中一般采用的主要预防措施是:钢筋表面涂上一层防腐材料,应提前对混凝土加强养护,还要增加养护的时间,尤其是在温度比较低的冬季,要涂刷一些养护剂,增加混凝土早期的强度延长混凝土保温养护时间,防止混凝土出现干缩现象,尽量多采用粉煤灰水泥或者中低热的水泥。这些类型水泥的收缩量比较小,还可以减少水泥的总用量比较节约。不管是水泥还是添加剂都要选择无碱成分或者是低碱成分的。
2.表面的养护
在施工的过程中当混凝土铺设完毕后,为了保证混凝土在最终凝固前表面的湿润状态,可以在混凝土表面上铺盖一层塑料膜或是草垫子、麻片等覆盖物,在必要时也可以喷一些养护剂,这样可以防止因水散发太快所导致的干裂形成的裂缝。
3.施工技术措施
当混凝土随着水灰比的值越大,其干缩成度就就会越来越厉害。因此在施工的过中当,一定控制好水灰比的大小,或是适当添加一些减水剂,以达到控制混凝土干缩的目的,对混凝土在搅拌和施工过程中的配合比例要进行严格的控制。
四、桥梁结构裂缝的修补方法
修补裂缝的方法很多,这里简要介绍如下几种。
1.表面抹灰修补法
(一)水泥砂浆涂抹
对于混凝土结构,可先将裂缝附近的混凝土表面凿毛,然后用1:1~1:2水泥砂浆涂抹其上,涂抹时不能有流水。涂抹总厚度一般为10~20 mm,砂浆砂子不宜太粗,一般为中细砂,水泥强度等级不要低于32.5级。
(二)环氧砂浆涂抹
先在裂缝上凿一V形槽,用铁丝刷刷清缝口。在裂缝四周涂一层环氧砂浆,如裂缝较深,垂直方向也可静力灌注,环氧砂浆可灌入0.5 mm的隙缝中。最后嵌入环氧砂浆,用刮刀使其平面与原混凝土平面相平。待环氧树脂硬化后即可应用。养护期间结构不宜受振、受潮,以保证修补质量。
2.填缝与凿槽嵌补
(一)填缝
填缝是砖石砌体裂缝修理中最简便的一种方法。操作时,将缝隙清理干净,根据裂缝的宽度不同分别用勾缝刀、抹子、刮刀等工具进行操作,所用灰浆通常采用1:2.5或1:3水泥沙浆,一般不得低于砌筑灰浆的强度。填缝处理后可在美观、耐久性等方面起到一定作用,而对砌体的整体性、强度等方面所起的作用甚微。
(二)凿缝嵌补
凿缝嵌补是沿混凝土裂缝凿一条深槽,然后在槽内嵌补各种粘结材料,如环氧砂浆、沥青、甲基丙烯酸脂类化学强剂等一种修补方法。
修补时先沿裂缝凿槽,槽形根据裂缝位置和填补材辩而定,缝槽形状通常多采用V形槽。槽的两边混凝土面必须修理平整,槽内要清洗干净,必要时可在填料前用丙酮擦一遍。如槽口外需要抹水泥砂浆或喷涂砂浆时,在凿槽时须一并将槽口外的混凝土表面凿毛,同时清理干净。用水泥砂浆填补.事先要保持槽内润湿(不应有积水),用沥青或环氧材料填补时,要保持槽内干燥,否则应先采取其他措施,使槽内干燥后再进行填补。
3.灌浆法
(一)对于较宽裂缝应进行压力灌浆处理。灌浆处理一般采用环氧树脂进行灌浆。
(二)对裂缝表面进行处理,沿裂缝用钢钎凿成 /V0 型槽或 /U0 型槽,槽宽与槽深可根据裂缝深度和有利于封闭来确定。凿缝时先沿裂缝打开,再向两侧加宽,凿完后用钢丝刷和气泵将混凝土碎屑、粉尘清除干净。
(三)埋设灌浆嘴的间距可根据裂缝的深度确定,埋设时先将灌浆嘴用环氧树脂胶泥粘贴在预定的位置上。
(四)裂缝封闭后,待密封胶泥达到一定强度后应进行压力试漏,检查密封效果。
(五)灌浆机具、器具在灌浆前应进行检查,运行正常方可使用。灌浆结束后立即拆除管道并用丙酮冲洗管道和设备。
(六)灌浆结束后用环氧树脂胶泥将灌浆处抹平,最后对每一道裂缝表面刷环氧树脂水泥浆,确保封闭严实,并使其颜色与桥梁混凝土尽量保持一致。
五、结语
通过对新时期下,桥梁混凝土裂缝产生的原因分析,进一步明确了当今桥梁维护的方向,为桥梁的管理以及优化完善奠定了坚实基础,有助于降低桥梁裂缝产生带来的风险。
参考文献:
[1]鲁百平 桥梁裂缝产生原因浅析 赤峰学院学报(自然科学版)2006(2)
[2]王善华、汪志飞 桥梁混凝土裂缝的原因分析及预防研究 科技信息2007(20)