尹國林， 呂偉榮， 盧倍嶸， 趙思鈦， 周志錦， 鐘小金

(1 湖南科技大學土木工程學院， 湘潭 411201； 2 湘潭市建筑設(shè)計院， 湘潭 411100；3 江西省標正技術(shù)工程有限公司， 南昌 330077)

0 引言

近年來，環(huán)氧注漿料以其良好的滲透性、抗拉及抗韌性能，被廣泛地應(yīng)用于混凝土結(jié)構(gòu)裂縫修補中。陸洲導[1]和孫勇[2]等分別對普通混凝土和再生混凝土進行楔入劈拉試驗，研究結(jié)果表明，試件的開裂荷載與極限荷載、起裂韌度和斷裂能相對于注漿修復前均有不同幅度的提高。張偉平等[3]對圓柱體試件涂覆環(huán)氧樹脂進行研究，結(jié)果表明，涂覆環(huán)氧樹脂試件具有較好的抗氯離子滲透性，能有效地降低吸水率，因而能有效提高混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。陳坤鵬等[4]研究改性環(huán)氧對新舊混凝土粘結(jié)性能影響中發(fā)現(xiàn)，環(huán)氧樹脂在抗凍性、抗?jié)B性及抗碳化性能上成效顯著，并能減少水泥漿體收縮引起的微裂縫。Issa C A[5]通過將環(huán)氧樹脂通過重力填充混凝土裂縫進行修補，研究其對混凝土抗壓強度的影響。Calder AJJ[6]等對比了不同注漿料對鋼筋混凝土板的修補效果，認為環(huán)氧漿材的修補效果相比其他注漿料而言修補效果最好。

目前，盡管環(huán)氧注漿料具有良好的物理力學性能，但針對鋼筋混凝土梁受力裂縫的修補驗證試驗開展的較少。為此，本文通過對3根經(jīng)環(huán)氧注漿裂縫修補后的的鋼筋混凝土梁進行由下向上兩點加載試驗，研究裂縫開展寬度、位置及荷載-撓度曲線等參數(shù)，為驗證環(huán)氧樹脂注漿修補鋼筋混凝土受彎裂縫提供試驗和理論基礎(chǔ)。

1 試驗方案

圖1 試件尺寸和配筋圖

將試件分為A，B兩組，其中A組為1根對比梁，加載方式為直接將梁構(gòu)件加載至破壞；B組試件個數(shù)為2，其加載方式為將梁構(gòu)件加載至裂縫寬度0.2～0.5mm時，實測鋼筋應(yīng)變控制在1 800με的彈性范圍內(nèi)，保持荷載不變，再用環(huán)氧樹脂進行注漿，注漿結(jié)束后卸載，直至注漿料固化后，再重新加載。試件分組如表1所示。

試件分組 表1

2 化學注漿應(yīng)用研究

2.1 注漿裂縫

為方便觀察環(huán)氧樹脂在鋼筋混凝土梁裂隙注漿中的可灌性和裂縫修補效果，此次試驗所用加載方式均采用由下向上兩點加載，如圖2所示。第一次加載至混凝土表面出現(xiàn)0.2～0.5mm裂縫時(圖3)，停止加載，進行注漿準備。最大裂縫寬度值如表2所示。

圖2 加載裝置

圖3 環(huán)氧樹脂裂縫修補梁注漿前裂縫圖

最大裂縫寬度/mm 表2

2.2 化學注漿工藝

為方便后期注漿，對第一次加載產(chǎn)生的裂縫進行如下處理：

采用砂輪機沿裂縫表面對稱鑿出V形槽，寬5～8cm，深1～2cm，再用鋼絲刷掃凈槽口，并用電吹風沿裂縫開口向兩邊吹凈，以保證縫口敞開無雜物，裂縫兩邊無粉塵和其他碎屑及粉末。然后再用封縫膠封閉裂縫表面。

(2)鉆孔

圖4 注漿操作詳圖

根據(jù)《工程結(jié)構(gòu)加固材料安全性鑒定技術(shù)規(guī)范》(GB 50728—2011)[8](簡稱加固材料鑒定規(guī)范)要求，某公司裂縫修補膠干態(tài)、濕態(tài)粘結(jié)性能如表3所示。

某公司裂縫膠粘結(jié)性能 表3

(3)注漿操作

每條裂縫的注漿孔和排氣孔鉆孔完成后，將裂縫周邊的碎屑清理干凈并用封縫膠封閉裂縫，再擰入止水針。使用單孔注漿，從左向右依次進行注漿。將配制好的漿液倒入注漿機內(nèi)密封，再將注漿管與止水針連接，開啟注漿機，控制好注漿壓力，漿液就會順勢被注入裂縫之中。待到漿液開始從排氣孔或裂縫周邊冒漿時，關(guān)閉注漿管的止水閥，進行下一條裂縫的注漿操作。如此周而復始，直到最后一條裂縫注漿完成。

(4)注漿后效果

注漿全部結(jié)束后，將不平整的部位及孔洞采用封縫膠封堵平整，如圖5所示。

大數(shù)據(jù)環(huán)境下，一方面，醫(yī)學圖書館的文獻資源、光盤數(shù)據(jù)、讀者信息和用戶日志等大量數(shù)據(jù)以知識為核心整合并建立數(shù)據(jù)庫，而在這之前沒有統(tǒng)一規(guī)劃和保存數(shù)據(jù)，從而產(chǎn)生了大量的異構(gòu)數(shù)據(jù)。另一方面，圖書館在電子資源更新和利用的過程中，在用戶借還及操作OPAC系統(tǒng)產(chǎn)生的大量用戶日志中都無形中產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，形成一個數(shù)據(jù)集，所以醫(yī)學院校圖書館面臨著對這些服務(wù)信息進行規(guī)劃和整合，避免重復和錯誤數(shù)據(jù)信息并存。

圖5 注漿修補后效果

2.3 漿液擴散半徑研究

李焰等[9]在劉嘉才[10]應(yīng)用牛頓摩阻定律研究確定了漿液在裂縫內(nèi)部的流動特性和擴散半徑的基礎(chǔ)上，再結(jié)合達西定律，得到漿液擴散半徑R：

(1)

式中：R為漿液擴散半徑，cm；ΔP為允許注漿壓力，Pa；t為注漿時間，即持續(xù)注漿時間，s；b為裂縫寬度，cm，取注漿孔與裂縫相交處的內(nèi)部平均裂縫寬度，通過內(nèi)插法計算獲得；η為漿液粘度，MPa·s，根據(jù)《膠粘劑粘度的測定 單圓筒旋轉(zhuǎn)粘度計法》(GB/T 2794—2013)[11]現(xiàn)場確定。

此次允許注漿壓力ΔP為13MPa，兩次注漿時因溫度不同，其實測漿液粘度分別為225MPa·s和280MPa·s，注漿時間分為實際注漿時間，由式(1)反推，可得注漿時間t：

(2)

為此，經(jīng)計算得到的裂縫寬度、擴散半徑以及式(1)常系數(shù)如表4所示。

裂縫注漿時間、擴散半徑及式(1)常系數(shù)計算結(jié)果 表4

在裂縫寬而淺的情況下，實際用于注漿的時間遠小于漿液在注漿管中的消耗時間和為保證注漿質(zhì)量而必須持續(xù)注漿的時間，因而注漿所用的時間中實際用于注漿的時間極少，致使誤差過大。因而裂縫寬度約在0.3mm時的注漿情況不宜進行注漿理論的推導計算，式(1)中常系數(shù)實際計算平均值為1.864 6，比式(1)的2.223 7稍小，因而需要在式(1)的基礎(chǔ)上再提出一個折減系數(shù)β，以保證注漿理論的適用性。經(jīng)計算得β值為0.84，修改后公式如下：

(3)

2.4 注漿小結(jié)

(1)環(huán)氧樹脂裂縫膠2次實測漿液粘度值分別為225，280MPa·s，均小于規(guī)范規(guī)定的300MPa·s[8]，表明其流動性優(yōu)異，可減少大量堆積的現(xiàn)象。并且由于粘度低，固化過程中與空氣中二氧化碳反應(yīng)產(chǎn)生的熱量能有效釋放，不至于因反應(yīng)溫度過高，而對結(jié)構(gòu)造成損傷[12]。

(2)式(1)計算注漿擴散半徑具有一定的局限性，需結(jié)合實際注漿情況，在式(1)的基礎(chǔ)上，結(jié)合實際注漿情況引入折減系數(shù)β，以計算實際注漿擴散半徑。

3 裂縫修補后重新加載試驗研究

目前混凝土裂縫注漿多采用鉆芯法，但該方法僅是對注漿料固化后的芯樣強度及裂縫填充效果進行驗證，無法反映修補構(gòu)件經(jīng)修補后實際受力效果。為此，待環(huán)氧樹脂漿液固化后，對鋼筋混凝土梁進行重新加載，研究鋼筋混凝土梁經(jīng)環(huán)氧注漿修補后的抗彎剛度及承載力性能。

3.1 裂縫修補后重新加載破壞形態(tài)

經(jīng)環(huán)氧樹脂修補后，新的混凝土裂縫通常存在于混凝土與環(huán)氧樹脂的界面附近，但由于環(huán)氧樹脂是粘彈性體，因而存在以下4種可能的破壞類型[12]，如圖6所示。其中，圖6(a)所列的“被粘物破壞”是最合理的。

圖6 膠接頭的破壞類型

3.2 裂縫修補后重新加載試驗結(jié)果

(1)裂縫出現(xiàn)位置

如圖7，8所示，經(jīng)修補后的鋼筋混凝土梁，重新加載過程中出現(xiàn)的主要受力裂縫均不再是原裂縫位置上，且距離原裂縫大致15～43mm，實現(xiàn)了“被粘結(jié)物破壞”機制，表明環(huán)氧注漿不僅實現(xiàn)了對裂縫的有效填充，而且經(jīng)壓力滲透到裂縫周邊一定范圍內(nèi)的混凝土，并對該范圍內(nèi)混凝土抗裂能力進行了有效加強。

圖7 經(jīng)修補后主破壞裂縫位置

圖8 裂縫修補前后裂縫對照圖

(2)重新加載后的抗彎剛度及承載力分析

如圖9所示，修補前，鋼筋混凝土梁B1，B2均在28kN左右出現(xiàn)第一條混凝土受拉裂縫，其抗彎剛度下降明顯，且隨著后續(xù)新裂縫的出現(xiàn)，其抗彎剛度亦有所下降。但經(jīng)環(huán)氧注漿修補后的鋼筋混凝土梁卸載后重新加載，初裂剛度較未修補前提高了14%～24%(表5)，表明環(huán)氧注漿材料的抗拉性能得到了充分發(fā)揮。

裂縫修補前后試驗梁的力學參數(shù) 表5

圖9 裂縫修補前后試件荷載-跨中撓度曲線

如圖9，10所示，隨著荷載的增加，經(jīng)環(huán)氧注漿修補后的鋼筋混凝土梁B1，B2初裂裂縫分別出現(xiàn)在52.5，58.5kN，較未修補時高出近1倍，且對抗彎剛度的折減并不明顯，這導致經(jīng)環(huán)氧注漿修補后鋼筋混凝土梁的抗彎剛度較未修補時有顯著提高，表明經(jīng)環(huán)氧注漿修補后的鋼筋混凝土梁具有較好的抗裂性及正常使用工作性能，其原因是充分發(fā)揮了環(huán)氧材料良好的力學性能和滲透性。

如圖10所示，隨著荷載進一步加大，經(jīng)環(huán)氧樹脂修補后的鋼筋混凝土梁B1，B2裂縫進一步開展，構(gòu)件抗彎承載力達到峰值，其值與未修補時基本保持一致，但峰值位移較對比梁小了近50%(表5)，表明構(gòu)件經(jīng)環(huán)氧注漿修補后，從初裂荷載至峰值承載力區(qū)間內(nèi)，盡管其抗彎剛度提高明顯，但其變形能力有所降低，脆性較未修復梁明顯。

圖10 裂縫修補構(gòu)件與對比試件荷載-跨中撓度曲線對比

同時，經(jīng)修補后的鋼筋混凝土梁承載力極限與變形主要是與配筋有關(guān)，環(huán)氧注漿對其極限承載力及整體變形無明顯貢獻，其作用僅局限于初裂荷載至峰值承載力區(qū)間內(nèi)。

4 結(jié)論

(1)基于現(xiàn)場注漿的實際操作時間，對某公司環(huán)氧樹脂引入0.84的折減系數(shù)，提出了與試驗相匹配的計算注漿擴散半徑公式，可供實際工程參考。

(2)經(jīng)環(huán)氧樹脂裂縫修補后的鋼筋混凝土梁，其再次加載直至破壞時，新破壞裂縫位置明顯偏離原裂縫15～43mm，實現(xiàn)了“被粘物破壞”機制，表明經(jīng)修補后的裂縫本身及周邊局部區(qū)域均得到了顯著加強，完全達到了裂縫修補的效果。

(3)荷載-撓度曲線表明，環(huán)氧樹脂因良好的滲透性和力學性能，以致經(jīng)其修補后的鋼筋混凝土梁初裂荷載較修補前有顯著提高，具有較好的抗裂性及正常使用工作性能，但鋼筋混凝土梁的承載力極限主要與配筋有關(guān)，故承載力提高不明顯。