王德剛

河南五建混凝土有限公司（450100）

0 前言

橋梁伸縮裝置是貫通橋梁與道路、橋梁與橋梁之間的重要工程部位，其作用是保證橋梁構(gòu)筑物在氣溫變化和荷載作用下能自由變形，避免對(duì)橋梁主體結(jié)構(gòu)造成破壞[1]。伸縮裝置過(guò)渡區(qū)填充料和伸縮裝置中填充料不僅對(duì)橋梁伸縮裝置結(jié)構(gòu)服役性能有著重要影響，而且對(duì)車(chē)輛行駛安全和車(chē)輛荷載傳遞有著直接影響[2-3]。

現(xiàn)階段我國(guó)市政建設(shè)處于加速擴(kuò)張時(shí)期，一二線(xiàn)城市均建設(shè)了大量的高架橋梁，這些橋梁結(jié)構(gòu)也均設(shè)置較多伸縮裝置，但近幾年伸縮裝置發(fā)生破損情況較多。經(jīng)修復(fù)后的橋梁伸縮裝置，因施工、養(yǎng)護(hù)、營(yíng)運(yùn)等原因，二次損壞現(xiàn)象也較為普遍。伸縮裝置處因橋頭沉降、水泥混凝土不平整等往往是全線(xiàn)平整度最差的位置，影響行車(chē)的舒適性和安全性。

在橋梁伸縮裝置維修更換時(shí)，因考慮市政橋?qū)τ诔鞘薪煌ǖ挠绊懸蛩?，以及營(yíng)運(yùn)和安全的需要，伸縮裝置維修處混凝土養(yǎng)護(hù)時(shí)間短、開(kāi)通早，導(dǎo)致水泥混凝土實(shí)際強(qiáng)度不足，混凝土產(chǎn)生開(kāi)裂現(xiàn)象很普遍。橋梁伸縮裝置處平整度不佳，導(dǎo)致車(chē)輛荷載沖擊變大,也易造成伸縮裝置損壞。

目前伸縮裝置過(guò)渡區(qū)材料主要有普通混凝土、鋼纖維混凝土、環(huán)氧樹(shù)脂混凝土和超高韌性混凝土等[2]。然而，國(guó)內(nèi)外近年橋梁伸縮裝置過(guò)渡區(qū)、伸縮裝置填料等修復(fù)材料及安裝技術(shù)仍然不能有效提高伸縮裝置的使用壽命。統(tǒng)計(jì)調(diào)查，伸縮裝置過(guò)渡區(qū)材料損壞的形式和原因：新舊混凝土黏結(jié)處損壞，在震動(dòng)和變形作用下新舊界面易分離，水進(jìn)入地基或橋面瀝青混凝土鋪裝層，在荷載和環(huán)境作用下加速了伸縮裝置的損壞；震動(dòng)集中處破壞，伸縮裝置處預(yù)留一定的變形裝置，伸縮裝置處有輕微的不平整性，車(chē)輛在經(jīng)過(guò)伸縮裝置時(shí)易產(chǎn)生震動(dòng)，伸縮裝置在車(chē)輛碾壓和震動(dòng)作用下，極易遭到破壞；伸縮裝置過(guò)渡區(qū)混凝土斷裂和剝落，主要原因一是混凝土自身結(jié)構(gòu)性能不能滿(mǎn)足服役環(huán)境，二是橋臺(tái)地基不均勻沉降。

新混凝土與舊混凝土黏結(jié)不佳主要原因：一是在新混凝土澆筑振搗時(shí)容易使粗集料接觸舊混凝土，而界面缺少膠結(jié)材；二是新舊界面混凝土?xí)a(chǎn)生干縮和溫縮變形。

橋梁伸縮裝置填充料不僅可以防止水進(jìn)入過(guò)渡區(qū)混凝土和橋面鋪裝層，還可以傳遞動(dòng)荷載。目前橋梁伸縮裝置填充料主要是橡膠條，但是橡膠在交通荷載和自然環(huán)境等因素的影響下宜老化、破損，影響橋梁伸縮裝置整體服役壽命[4-5]。因此，文章介紹了過(guò)渡區(qū)高流態(tài)、超早強(qiáng)、高韌性混凝土，新舊結(jié)合部有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合黏結(jié)材料及高彈性伸縮裝置灌封材料，研究高韌性混凝土的力學(xué)性能、黏結(jié)材料的黏結(jié)性能及高彈性遇水膨脹聚氨酯的耐久性能，闡述橋梁伸縮裝置一體化快速修復(fù)材料和技術(shù)。

1 試驗(yàn)部分

1.1 過(guò)渡區(qū)快速修復(fù)材料

傳統(tǒng)的過(guò)渡區(qū)快速修復(fù)材料主要有環(huán)氧樹(shù)脂混凝土、聚合物混凝土、鋼纖維混凝土等，多屬于脆性材料。實(shí)踐應(yīng)用表明，過(guò)渡區(qū)脆性混凝土?xí)蟠蠼档蜕炜s裝置的使用壽命[6-7]。本試驗(yàn)采用普通硅酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥和石膏作基材，同時(shí)加入鈦酸酯偶聯(lián)劑、可再分散膠粉和剛-聚丙烯混雜纖維和活性礦物摻和料提高修復(fù)材料的力學(xué)性能。高韌性混凝土配合比設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。

表1 高韌性混凝土配合比設(shè)計(jì)（kg/m3）

由表2 可見(jiàn)，高韌性混凝土具有高流態(tài)、超早強(qiáng)的特點(diǎn)，可以滿(mǎn)足市政道路快速施工的要求，而且具有優(yōu)異的耐水性和抗氯離子侵蝕性能。28 d 抗折、抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到23.6 MPa、123.5 MPa。高韌性混凝土設(shè)計(jì)原理:利用普通硅酸鹽水泥、硫酸鹽水泥和石膏保證早期超高強(qiáng)度；微硅粉在膠凝體系中不僅起到微集料效應(yīng)、火山灰效應(yīng)，而且大大提高膠凝材料與纖維的握裹力[8]；剛-聚丙烯混雜纖維提高了抗折強(qiáng)度和斷裂韌性；硅烷乳液水解后生成≡Si-OH 與水泥顆粒表面≡Si-OH 發(fā)生縮合反應(yīng)，改變了凝膠孔與水的接觸角，阻礙了液態(tài)水的進(jìn)入，降低了吸水率；鈦酸酯偶聯(lián)劑水解也會(huì)生成≡Si-OH，可優(yōu)先吸附在硅酸鹽水泥顆粒表面，而可再分散膠粉分子中羧酸根與Ca2+形成化學(xué)鍵，從而易與鋁酸鹽物相形成界面層；可再分散膠粉既可以和鈦酸酯偶聯(lián)劑通過(guò)氫鍵和色散力產(chǎn)生吸附又可以和鋁酸鹽水泥形成化學(xué)鍵，而鈦酸酯偶聯(lián)劑既可以和可再分散膠粉反應(yīng)，又可以和硅酸鹽羥基發(fā)生縮合反應(yīng)。鈦酸酯偶聯(lián)劑、烷氧基硅烷和可再分散膠粉與水泥水化產(chǎn)物相互交織，把硅酸鹽凝膠和鋁酸鹽凝膠連接一起，使?jié){體結(jié)構(gòu)更密實(shí)，改善了膠凝體系的力學(xué)性能[9-10]。

表2 超高韌性混凝土性能

1.2 新舊混凝土黏結(jié)材料

新舊混凝土界面處的黏結(jié)力關(guān)系到混凝土的服役壽命。新舊界面處黏結(jié)材料首先不能自身收縮，必須對(duì)兩個(gè)界面都有較好的黏結(jié)性能，而且要有防水抗?jié)B的功能。目前使用的界面劑主要有環(huán)氧樹(shù)脂砂漿和水泥凈漿[11-12]、聚合物改性水泥砂漿、膨漿[13]、粉煤灰改性水泥砂漿[14]等。文章采用有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合材料即γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）、可再分散膠粉、辛基三乙氧基硅烷、硅酸鈉和氫氧化鈣改性水泥凈漿作為界面黏結(jié)劑。黏結(jié)劑配合比設(shè)計(jì)見(jiàn)表3，黏結(jié)劑性能見(jiàn)表4。

表3 黏結(jié)劑配合比設(shè)計(jì)/%

表4 黏結(jié)劑物理性能

γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）是兩性界面劑，既親油又親水，很適合做水泥混凝土和瀝青混凝土的界面劑。硅酸鈉和氫氧化鈣既可以促進(jìn)水泥凈漿的快速反應(yīng)，又可以自身生成C-S-H 凝膠。γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）、可再分散膠粉、辛基三乙氧基硅烷與凝膠互穿網(wǎng)絡(luò)形成防水抗?jié)B增韌的界面層，大大提高界面的耐沖擊力和耐久性能。

1.3 伸縮裝置填充物

目前伸縮裝置填充物多為橡膠條，由于其耐久性能差，2～3 年就需要更換，橡膠條一旦損壞既影響到伸縮裝置的服役壽命，也影響到?jīng)_擊力的傳力，極有可能破壞橋梁鋪裝層，而且影響行車(chē)舒適性和安全。因此，文章選擇遇水膨脹聚氨酯作為伸縮裝置填充物，填充物材料性能見(jiàn)表5。

表5 遇水膨脹聚氨酯性能

2 修復(fù)技術(shù)

清理基面后，將舊瀝青混凝土或舊水泥混凝土界面人工鑿毛或者機(jī)械鑿毛，涂刷界面劑，在界面劑終凝之前，澆筑過(guò)渡區(qū)混凝土，然后在伸縮裝置兩邊鋼結(jié)構(gòu)表面涂刷環(huán)氧底涂，然后安裝遇水膨脹聚氨酯（凹面）。結(jié)構(gòu)修復(fù)圖如圖1 所示，伸縮裝置高彈性遇水膨脹聚氨酯施工細(xì)節(jié)示意圖如圖2 所示。

圖1 結(jié)構(gòu)修復(fù)圖

圖2 伸縮裝置填充物

3 結(jié)語(yǔ)

采用普通硅酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥和石膏配置出的高流態(tài)、超早強(qiáng)、高韌性過(guò)渡區(qū)修復(fù)材料2 h抗折、抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到6.5 MPa 和36.3 MPa，28 d抗折、抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到22.4 MPa 和123.5 MPa。

采用γ-氨丙基三乙氧基硅烷（KH550）、可再分散膠粉和辛基三乙氧基硅烷以及硅酸鈉和氫氧化鈣等有機(jī)無(wú)機(jī)復(fù)合材料改性水泥凈漿作為界面黏結(jié)劑，制備出高黏結(jié)強(qiáng)度、防水、抗?jié)B界面黏結(jié)材料，剪切強(qiáng)度和劈拉強(qiáng)度分別為4.31 MPa 和3.24 MPa。

利用高韌性過(guò)渡區(qū)混凝土、高黏結(jié)強(qiáng)度新舊混凝土界面劑和遇水膨脹聚氨酯伸縮裝置填料等三種材料建立了一體化設(shè)計(jì)和施工快速修復(fù)技術(shù)。