采用聚合物修補加固混凝土技術方法

采用聚合物修補加固混凝土技術方法混凝土在其未使用前就存有微裂縫，爾后在使用過程中隨環(huán)境、外力的影響則會產(chǎn)生新縫或使原有裂縫擴展。若不加注意，任其發(fā)展，會導致混凝土剝落，甚至整個結構自潰。如施工不當，這種崩潰過程將更為加劇。世紀初期，許多混凝土工程出現(xiàn)破損，有的甚至十分嚴重?！靶扪a”，被提到議事日程。即材料與技術多種多樣，為了獲得混凝土修補后盡可能長的使用壽命，必須正確選擇與使用修補材料。50年代初，開始采用聚合物修補混凝土。隨后，聚合物在該領域中的使用急劇增長，原因是陸續(xù)出現(xiàn)了新的聚合物系統(tǒng)及在實踐中發(fā)現(xiàn)了聚合物具有許多適合混凝土修補所需的獨特性能，不僅為工程修補節(jié)省了大量資金，且加快了修補施工速度，提高了修補質量?，F(xiàn)敘述采用聚合物對混凝土進行修補加固的試驗與工程應用實例。第一節(jié)外部粘銅加固法此法采用合適的膠粘劑粘結襯砌鋼板補強承載鋼筋混凝土結構。鋼板一般選用2~6mm厚的帶鋼或根據(jù)構件形狀采用槽鋼、角鋼。關鍵是膠粘劑的選用，其中環(huán)氧樹脂是最合適的。1-1-1ET型建筑結構膠粘劑該股粘劑由甲、乙兩組分組成。其中甲組分由環(huán)氧樹脂、活性稀釋劑、增韌劑、抗老化劑、觸變劑、填料等組成；乙組分由固化劑及填料等組成。使用時甲、乙組分按（3~6）:1（重量比）拌勻后加入適量干燥潔凈的中細砂，充分攪拌即可。其性能見表1-1。1-1-2預應力鋼筋混凝土T形小梁粘鋼加固模擬試驗將一批同一規(guī)格露天堆放3~4年的T形梁，分別做4種不同情況下的力學試驗，并將所得結果加以比較，為開裂鋼筋混凝土構件的粘鋼加固提供可靠依據(jù)。這四種情況分別為；（1）原始混凝土梁（即未加固梁）；（2）粘貼槽鋼加固梁；（3）已開裂梁經(jīng)粘貼槽鋼加固句裂梁用的是經(jīng)抗彎試驗后的原始混凝土梁）；（4）原始梁粘貼槽鋼后置戶外，經(jīng)長期自然老化口前3種試驗已完成，第4種尚未到齡期。試驗方法是將欲試梁用ET型膠粘劑粘貼槽鋼后，采用一點加載、構件兩點受力的方法進行抗彎試驗，試驗結果見表1-2。試驗結果說明，正常的混凝土構件或嚴重開裂的構件經(jīng)粘鋼法加固后，鋼件與原構件能協(xié)同工作，使構件的承載能力有不同程度的提高。1-1-3應用實例l.變電站混凝土架構橫梁加固：我國變電站多建于50年代，經(jīng)長期運行，橫梁的主筋（特別是脅梁底部）因混凝土剝落而嚴重銹蝕，對安全運行造成極大威脅。為了不影響正常供電和節(jié)約更換費用，采用外貼鋼板加國4首家采用的是福州供電局，至今已9年，運行正常，說明性能可靠。目前有近百個變電站采用此法加固。2.屋面框架主梁裂縫修補加固：蘇州二六七廠光柵刻劃精密車間屋面主梁為三跨連續(xù)粱。l979年建成投入使用。同年裝修吊頂時發(fā)現(xiàn)離梁端1.8~2.lm處出現(xiàn)第一條裂縫。至l991年，明顯裂縫已有3條（微小裂縫未計），但未發(fā)現(xiàn)撓度有明顯增大。經(jīng)用回彈儀測試裂縫附近混凝土強度不低于C20，決定采用ET膠粘劑外貼鋼板進行修補加固。5年來加固梁未出現(xiàn)異狀。第二節(jié)聚合物水泥砂漿嵌填法用聚合物水泥砂漿作破損混凝土的嵌填修補材料。這種材料是以聚合物和水泥為膠結料拌和砂、水而成。試驗采用的聚合物為聚丙烯酸酯乳液。1-4-1配合比凈漿：水泥:乳液=1:1（體積比）；砂漿：水泥:砂:乳液:水=1:（1~2）:（0.20~0.30）:（0.10~0.20）（重量比）。1-4-2性能聚合物水泥砂漿嵌填料的性能如表1-3所示。1-4-3應用實例1.混凝土構筑物缺陷、缺損修補：在電力部門（包括電廠煙囪、冷卻塔；送變電部門的架構、電桿；水電站的大口徑輸水管等構筑物）已有400多個單位用于修補施工。上述有缺陷的構筑物與制品通過涂刷、嵌填，恢復了整體性，提高了耐久性。2.房屋建筑屋面、地下室的防滲抹面與滲漏修補：江蘇省吳江市糧食學校屋面與太原市面粉廠地下室，采用該乳液配合其他材料解決了滲漏問題。第三節(jié)聚合物浸漬法--負壓常溫聚合物浸漬法昆山市某郵局為3層框架結構樓房。1985年初竣工，同年5月發(fā)現(xiàn)二樓、三樓混凝土梁兩端出現(xiàn)不同長度與寬度的斜裂縫。裂縫基本穩(wěn)定后對裂縫及裂縫兩側疏松混凝土進行增強修補。具體做法如下：1.清理基層。2.制作浸漬腔。用小釘與膠粘劑將術條按浸漬腔大小與形狀固定在混凝土上。在木框內(nèi)襯塑料窗紗，外覆裝有氣嘴的薄膜。用帶有小釘?shù)哪緱l將薄膜固定在術框上。木框四周涂密封膏，以保證密封。3.浸漬腔通過氣嘴與真空系統(tǒng)連接，抽真空，進料（以苯乙烯為主的三元共聚液）。4.浸潰區(qū)內(nèi)混凝土被單體飽和后，即停止進料，但仍保持一定真空度；以使薄膜緊貼混凝土表面。5.單體凝聚，停止抽真空，毛拆除浸漬潰腔。6.用環(huán)氧樹脂砂漿找平混凝土基層缺損處。7.在所有已固化的含樹脂材料的表面上薄薄涂上一層環(huán)氧膠粘劑，隨即撤干砂。最后抹罩面層。第四節(jié)樹脂灌注法1-2-1SEM灌注液SEM灌注液是以苯乙烯為主的三元共聚液，它的粘度低，可灌性好，適用于細裂縫的重力灌注。其抗折粘結強度為4.24~5.17MPa。模擬試驗：取8m預應力混凝土電桿1根，固定在抗彎試驗臺座上。用倒鏈加彎曲荷載使桿身均勻出現(xiàn)2條環(huán)向裂縫，其中最大縫寬達0.5mm。選擇5條裂縫進行修補，寬度0.4~0.5mm。操作步驟為清理表面→粘封軟帶→灌注SEM液。15d后鏟除軟帶及表面剩余的聚合物。采用同樣方法加荷使電桿再次裂縫。由于所加荷載更大，未經(jīng)修補的17條裂縫長寬都更突出，有的已接近一半周長。而經(jīng)修補的5條裂縫中有1條始終未見開裂，另4條只是在各縫附近出現(xiàn)寬度約0.2mm以下的新裂縫，說明修補有效，裂縫被粘合，電桿強度得到恢復。1-2-2EG型灌注液EG型灌注液是以活性稀釋劑配制的環(huán)氧樹脂灌注液。由于環(huán)氧樹脂有粘結力好、強度高、收縮小等優(yōu)點，用其配制的灌注液的粘結力、內(nèi)聚力均大于混凝土自身抗拉強度。l.性能：抗壓強度35.2~40.4MPa；抗折強度8.4~8.9MPa；抗折粘結強度6.3~7.3MPa（斷面在混凝土）。2.應用實例：蘇州市某大橋為箱形結構預應力鋼筋混凝土橋。由于設計和施工等原因，建造過程中南、北箱梁壁上都有程度不一的裂縫，總數(shù)達50多條。這些裂縫多為規(guī)則的豎向縫，由箱內(nèi)壁向箱外壁縱深發(fā)展。其中約80%的裂縫寬度在0.3~1.0mm，長40~70cm；約10%的裂縫寬度大于1.2mm，長度超過120cm，并且貫通箱壁；待裂縫穩(wěn)定后采用EG灌注液進行壓力灌漿補強處理。至今已8年，效果良好。由此說明采用環(huán)氧壓力灌漿法，不僅封閉了裂縫，且能承受動荷載的作用，完全恢復了橋梁的強度。蘇州銅材廠熔鑄板帶車間屋架吊裝施工中，有一榀屋架由于設備事故，在翻身移位時落地，造成7處裂縫，決定對下弦受拉區(qū)開裂部位采用EG型灌注液進行重力灌注。為檢查裂縫內(nèi)的填充情況，還進行了灌注前后超聲波無損探傷，結果良好。第五節(jié)修補加固方法評價1-5-1外部粘鋼加固法是用膠粘劑將鋼板粘貼在構件受拉區(qū)，從而恢復和提高構筑物的承載力。ET型建筑結構膠粘劑粘結強度高，對混凝土與鋼板的粘結力均大于混凝土本身的抗拉強度；自身抗拉強度為9.8MPa，幾乎是普通水泥砂漿的l倍，因而可將鋼板與混凝土粘合牢固。需指出的是，ET膠粘劑的固化收縮雖很小，但由于環(huán)氧樹脂的膨脹系數(shù)一般都比混凝土大，彈性模量則比混凝土小，在膠粘劑與基底混凝土的界面會產(chǎn)生很大的剪力。若剪力超過基底混凝土的抗拉強度，粘結部位鄰近的混凝土便會斷裂。因而在使用中需注意膠粘劑配方的合理性并控制膠粘劑層的厚度。另外，環(huán)境溫度大于80℃的場合要慎用。1-5-2環(huán)氧壓力灌漿法是修補混凝土結構裂縫的又一手段。EG灌注液不同于水泥懸浮液，其自身粘度小，可滲入混凝土的微裂縫，借助壓力灌漿機具可灌到寬0.05mm的細縫中，超聲波非破損檢測結果證明其充填良好。由于漿料與混凝土的高粘結力，其自身抗拉強度高，可恢復開裂構件的整體強度。1-5-3采用負壓常溫聚合物浸漬法對開裂混凝土梁進行修補增強，可對不規(guī)則裂縫及其周圍疏松混凝土進行密封增強。聚合物單體迅速填充空隙，經(jīng)過一定時間聚合反應變?yōu)閳杂驳乃芰稀Ｓ媒n工藝修補，不需拆除原有結構，避免了結構件可能的暫時變?nèi)鹾统沙兄?。它充分保留和利用了原結構，因而施工操作簡便。對生產(chǎn)和使用影響較小，可在不停產(chǎn)的條件下施工，具有明顯的社會經(jīng)濟效益。1-5-4用聚合物水泥砂漿作嵌填修補材料，恢復構件整體外形。聚合物水泥砂漿由聚合物水溶液或乳液拌和水泥、砂而成，由于聚合物的高粘結力，使聚合物水泥砂漿提高了與基底混凝土的粘結力，也提高了砂漿本身內(nèi)部水泥漿體與集料的粘結力，故其粘結強度與抗拉強度均大于基底混凝土抗拉強度。試驗證明，用乳液配制的聚合物水泥砂漿與原砂漿粘結力幾乎是普通砂漿的6倍，抗拉強度為1.4倍。聚合物水泥砂漿中由于聚合物乳液加入，具有明顯的塑化效應，因而制備等流動性的砂漿時，與無聚合物的相比，水灰比顯著減小。聚合物的加入，還使混凝土結構均勻，減少了毛細通道，給聚合物水泥砂漿帶來干縮小、密實、抗?jié)B性好等優(yōu)點。國外學者通過用壓錄測孔儀對聚合物水泥砂漿孔隙進行測定，結果與未改性砂漿相比，大孔減少，小孔則大大增加。上述性能使聚合物水泥砂漿成為防止鋼筋腐蝕的優(yōu)異保護材料和防滲材料。另外，由于它仍是一種水泥基材料，堿度高，可在鋼筋表面形成一層鈍化膜；熱膨脹系數(shù)和彈性模量與基底混凝土接近，減小了