朱華中，徐春山，舒?zhèn)鼾?，郭曉鈞

(1.中國(guó)鐵路南昌局集團(tuán)公司九江橋工段，江西 九江 332005；2.上海先科橋梁隧道檢測(cè)加固工程技術(shù)有限公司，上海 200040；3.南昌航空大學(xué) 土木建筑學(xué)院，江西 南昌 330063)

1 引言

當(dāng)今，鋼筋混凝土材料在建筑、交通、水利等工程中廣泛應(yīng)用，在使用環(huán)境中的不利因素長(zhǎng)期作用下，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的耐久性逐漸衰減。京九線K1312+562 十里河特大橋，全長(zhǎng)538m，上下行間步行板(兼做擋砟板)粉化露筋，承載力降低，存在安全隱患，根據(jù)《普速鐵路橋隧建筑物修理規(guī)則-鐵路橋隧建筑物狀態(tài)評(píng)定標(biāo)準(zhǔn)》（TG/GW 103-2018）[1]，劣化等級(jí)評(píng)定為A1級(jí)，須進(jìn)行修復(fù)整治。

2 修復(fù)方法

2.1 修復(fù)清理工藝

在采取修復(fù)處理前，需要清理老化的混凝土，保證修復(fù)材料與構(gòu)件主體有良好的粘結(jié)性。由于施工過(guò)程中，步行板底面的老化混凝土清理困難，且要求將混凝土表面浮漿、碎塊、雜質(zhì)等清除干凈，裸露出正常、健康的混凝土基面。傳統(tǒng)的清除方法為機(jī)械捶打、人工鑿除、液壓破碎或者切割[2]，但這些方法不僅會(huì)造成較大的振動(dòng)，還會(huì)對(duì)結(jié)構(gòu)基體產(chǎn)生人為損傷，修復(fù)質(zhì)量不易保障。本文介紹的高壓水槍清除劣化混凝土工藝[3-4]，其產(chǎn)生的高壓水射流能夠把表面劣化的低強(qiáng)度混凝土面層鑿除，同時(shí)起到清洗混凝土主體表面的效果。這種工藝不僅可以實(shí)現(xiàn)基面松散混凝土的理想清理效果，還能減少清除工作對(duì)結(jié)構(gòu)基體的損傷，確保后期修補(bǔ)后的新老混凝土界面實(shí)現(xiàn)更優(yōu)粘結(jié)。還可通過(guò)調(diào)整高壓水槍壓力、沖蝕角度和距離，快速有效地對(duì)鋼筋進(jìn)行除銹，最大限度避免對(duì)鋼筋造成破壞。

2.2 修復(fù)材料選用

常規(guī)的劣化混凝土修補(bǔ)方法中使用的材料為普通混凝土或水泥砂漿[5]，修復(fù)材料凝固后易脫落，耐久性差，而聚合物改性水泥砂漿是一類(lèi)新型修復(fù)材料，該材料力學(xué)性能優(yōu)異、抗裂性好且與既有的舊混凝土基體粘結(jié)性強(qiáng)[6-7]，目前被廣泛應(yīng)用于鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的修補(bǔ)和抗?jié)B工程領(lǐng)域。榮輝等[8]采用環(huán)氧樹(shù)脂、純微生物修復(fù)液、一次性灌砂加微生物修復(fù)液和三次均段灌砂加微生物修復(fù)液四種修復(fù)方式對(duì)混凝土裂縫進(jìn)行修復(fù)效果研究，通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究表明，環(huán)氧聚合物修復(fù)效率最高，且面積修復(fù)率能達(dá)到100%。唐傳輝[9]通過(guò)實(shí)驗(yàn)也表明，環(huán)氧樹(shù)脂混凝土具有早強(qiáng)、收縮變形小、粘結(jié)力高、極限變形能力大以及凝固快速等優(yōu)點(diǎn)，十分適合用于開(kāi)裂混凝土的破碎修補(bǔ)工作。

對(duì)步行板進(jìn)行清理，露出完好的混凝土基體后，方可開(kāi)展修復(fù)工作。為了更好地完成本次修復(fù)工作，分別配置了環(huán)氧聚合物改性水泥砂漿和丙乳纖維聚合物水泥砂漿這兩種修復(fù)材料，為比較這兩種材料的修復(fù)效果，將這兩種材料分別用于步行板的修復(fù)，對(duì)其開(kāi)展對(duì)比實(shí)驗(yàn)研究。

3 實(shí)驗(yàn)研究

3.1 試件參數(shù)

鋼筋混凝土步行板幾何尺寸為1480mm×190mm×70mm[10-11]，板內(nèi)沿縱向配有6 根光圓受力筋，板頂面和底面各布置3 根，鋼筋直徑為10mm，由于步行板屬單向板，因此沿短邊方向僅按構(gòu)造要求配置了箍筋。未經(jīng)修復(fù)的步行板如圖1所示。

圖1 未經(jīng)修復(fù)的步行板

由于步行板的底部保護(hù)層混凝土劣化程度較嚴(yán)重，首先采用高壓水槍工藝對(duì)底部的劣化混凝土層進(jìn)行了清理，然后采用了環(huán)氧聚合物改性水泥砂漿和丙乳纖維聚合物水泥砂漿這兩種材料對(duì)保護(hù)層進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)后的效果如圖2 和圖3所示。

圖2 環(huán)氧聚合物改性水泥砂漿修復(fù)

圖3 丙乳纖維聚合物水泥砂漿修復(fù)

采用環(huán)氧聚合物改性水泥砂漿和丙乳纖維聚合物水泥砂漿這兩種材料開(kāi)展修復(fù)效果對(duì)比研究，其目的是為了從中優(yōu)選出更好的修復(fù)材料，供后期橋梁上下行車(chē)間步行板的修復(fù)工作使用。筆者準(zhǔn)備了8塊步行板作為實(shí)驗(yàn)試件，其中2塊不做任何修復(fù)處理(記為N-1 和N-2)，3塊采用環(huán)氧聚合物改性水泥砂漿進(jìn)行修復(fù)(記為H-1、H-2 和H-3)，3 塊采用丙乳纖維聚合物水泥砂漿進(jìn)行修復(fù)(記為B-1、B-2 和B-3)，具體如表1 所示。

3.2 實(shí)驗(yàn)裝置

加載設(shè)備采用雙立柱自平衡液壓加載系統(tǒng)，通過(guò)液壓千斤頂端部的壓力傳感器能實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)加載荷載數(shù)值，兩端為鉸支座，支座間距1.4m，通過(guò)分配橫梁將一個(gè)集中荷載平均分成兩個(gè)集中荷載作用在試件上，兩個(gè)集中荷載的間距為600mm，詳情如圖4 所示。在梁底部跨長(zhǎng)1/2 處放置位移計(jì)，用于監(jiān)測(cè)撓度，并采用混凝土裂紋寬度測(cè)試儀HCCK102，測(cè)定加載過(guò)程中梁底部的裂紋寬度，儀器如圖5所示。

圖4 加載裝置布置示意圖

圖5 混凝土裂紋寬度測(cè)試儀HC-CK102

3.3 步行板極限承載力估算

根據(jù)圖4 的加載方式，步行板的最大承載彎矩估算公式如下[12]：

式(1)中，α1取為1.0；混凝土抗壓強(qiáng)度f(wàn)c取為18MPa(200 號(hào)混凝土，步行板試件為1993 年制作)；板寬b為190mm；板有效高度h0為50mm(步行板保護(hù)層厚度20mm)；界限相對(duì)受壓區(qū)高度ξb取0.62(縱筋為HPB235)。

而荷載值F與步行板的最大承載彎矩Mu之間的關(guān)系如下：

式（2）中，Ld為支座距加載點(diǎn)的距離，根據(jù)圖4可以看出Ld=0.4m。

根據(jù)式（1）容易得出Mu=3.66kN·m，根據(jù)式（2）可計(jì)算出F=2×Mu/0.4=18.3kN。由此初步得出步行板達(dá)到極限承載力時(shí)，需要施加的集中力F為18.3kN，根據(jù)估算的所需的荷載值，實(shí)驗(yàn)中選用了最大加載能力為100kN 的液壓加載系統(tǒng)。

3.4 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

當(dāng)試件的承載力不能繼續(xù)明顯增加時(shí)，停止加載。將8 個(gè)試件分別加載完成后，獲得的撓度和板底出現(xiàn)的最大裂紋寬度數(shù)據(jù)，如表2所示。

表2 撓度和最大裂紋寬度實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

4 分析

根據(jù)文獻(xiàn)[13-14]的建議，取步行板的撓度限值為 L/300=1400/300=4.66mm，通過(guò)外延或插值得出各試件在撓度達(dá)到4.66mm 時(shí)所對(duì)應(yīng)的最大裂紋寬度(記為w4.66)，如表3所示。

表3 最大裂紋寬度值(w4.66)

從表3 中可以看出，未做修復(fù)處理的步行板，當(dāng)加載致使撓度達(dá)到4.66mm 時(shí)，對(duì)應(yīng)的最大裂紋寬度為0.163～0.174mm。采用環(huán)氧聚合物改性水泥砂漿進(jìn)行保護(hù)層修復(fù)處理的步行板，當(dāng)加載致使撓度達(dá)到4.66mm 時(shí)，對(duì)應(yīng)的最大裂紋寬度為0.046～0.163mm。采用丙乳纖維聚合物水泥砂漿進(jìn)行保護(hù)層修復(fù)處理的步行板，當(dāng)加載致使撓度達(dá)到4.66mm 時(shí)，對(duì)應(yīng)的最大裂紋寬度為0.121～0.412mm，試件B-1板產(chǎn)生的裂紋寬度較大是由于修復(fù)材料與試件主體發(fā)生了分層開(kāi)裂，如圖6 所示。由此可以看出，采用丙乳纖維聚合物水泥砂漿進(jìn)行步行板保護(hù)層修復(fù)，抗裂效果不顯著，而采用環(huán)氧聚合物改性水泥砂漿材料對(duì)步行板保護(hù)層進(jìn)行修復(fù)處理，效果較優(yōu)。

圖6 試件B-1的分層開(kāi)裂圖

5 結(jié)論

鋼筋混凝土構(gòu)件在長(zhǎng)期使用過(guò)程中，保護(hù)層容易產(chǎn)生嚴(yán)重劣化現(xiàn)象，致使鋼筋發(fā)生銹蝕。本文對(duì)2 塊未經(jīng)修復(fù)處理的鋼筋混凝土步行板、3 塊采用采用環(huán)氧聚合物改性水泥砂漿進(jìn)行保護(hù)層修復(fù)處理的步行板和3 塊采用丙乳纖維聚合物水泥砂漿進(jìn)行保護(hù)層修復(fù)處理的步行板，進(jìn)行了四點(diǎn)彎曲加載實(shí)驗(yàn)研究，通過(guò)在加載過(guò)程中觀測(cè)構(gòu)件的撓度、裂紋的產(chǎn)生過(guò)程和裂紋的寬度發(fā)展過(guò)程，得出如下結(jié)論。

①環(huán)氧聚合物改性水泥砂漿材料與步行板主體混凝土的粘結(jié)效果非常理想，在加載至試件失去承載能力的整個(gè)測(cè)試過(guò)程中，環(huán)氧聚合物改性水泥砂漿與步行板主體混凝土之間未見(jiàn)發(fā)生分層開(kāi)裂和剝落現(xiàn)象。

②相比采用丙乳纖維聚合物水泥砂漿材料，采用環(huán)氧聚合物改性水泥砂漿材料修復(fù)步行板保護(hù)層的效果更好，其能夠有效改善板底受拉區(qū)混凝土的開(kāi)裂狀態(tài)，抑制了裂紋的擴(kuò)展。