混凝土病害修補加固新材料和新技術 隨著我國建筑交通運輸事業(yè)的飛速發(fā)展，既有混凝土構件的疲勞損傷也在加速?；炷敛『Πɑ炷亮褤p、混凝土構件漏水、腐蝕松動、結構不穩(wěn)定等等。針對上述問題，鐵道科學研究院鐵道建筑研究所的技術人員，在部有關領導的指導下，經(jīng)過十幾年的努力，取得了一系列科研成果，并在實際應用中得到了很好的效果。
一、 修補加固用新材料簡介1.ZV型混凝土修補膠
2.TK型注縫膠及配套產(chǎn)品
3.CNL型特快硬混凝土促硬劑
4.ZM型早強錨固包
5.TD型道釘錨固劑
6.TJ型混凝土快速修補劑
二、修補加固方法簡介1、混 凝 土 裂 縫 修 補 技 術 混凝土裂縫是最常見的工程病害，但大部分裂縫都可以通過修補使混凝土結構物恢復原有功能。壓力注漿法、開槽填補法和涂膜封閉法雖然都是常用的修補混凝土裂縫的方法，但是，鐵道科學研究院研制成的修補新材料如ZV型混凝土修補膠、TK型注縫膠、TJ型混凝土快速修補劑等，使裂縫修補的效果更好，工藝更簡單，費用更省。這些新材料、新機具和修補方法已于1994年通過技術鑒定。1992年以來對數(shù)千孔各類混凝土裂損梁（墩）和大量縱裂接觸網(wǎng)支柱進行了修補，效果非常好。經(jīng)過近10年的現(xiàn)場考驗，證明耐久性令人滿意，目前這幾種方法已經(jīng)在數(shù)百個鐵路工務維修部門和建筑部門得到提廣應用。
三種修補方法可以單獨使用，也可以同時使用。例如裂損橋梁的修補，先將大于0.2mm的裂縫用注漿法修補，然后將全部混凝土外表面涂膜處理，復蓋所有的細小裂縫。而對于路面和墩臺的粗大裂縫用開槽填補法為宜；濱海的混凝土橋梁，為了防止鋼筋銹蝕，防止混凝土受到有害離子的腐蝕，可以單獨采用涂膜防水處理。
1 低壓注漿法 1.1 適用范圍 適用于寬度為0.2～3mm的混凝土裂縫修補。
1.2 材料和機具 TK型注縫膠；
TZ型封縫膠和封縫粉：按一定比例可配制粘咀用漿和封縫用漿用于粘貼注漿咀和封閉裂縫。表1為粘咀用漿和封縫用漿參考配比：
粘咀用漿和封縫用漿參考配比 （重量比） 表1粘咀用漿封縫膠:封縫粉1:1.5～2.5封縫用漿封縫膠:封縫粉1:1～1.5 T型彈力補縫器：低壓注漿修補裂縫的專用器具。
TQ型注漿咀。
1.3 修補工藝 低壓注漿法修補混凝土裂縫的工序如下：裂縫清理→粘貼注漿咀和封閉裂縫→試漏→配制注漿液→壓力注漿→二次注漿→清理表面。
1.3.1 裂縫清理：縫中如被泥土粉塵堵塞，可用小型工業(yè)吸塵器吸出。沿裂縫兩邊約5cm的混凝土表面要用濕布擦去塵土，但要注意縫中不得進水。
1.3.2 粘貼注漿咀和封閉裂縫：TQ型注漿咀宜用粘咀用漿騎縫粘貼，注漿咀的間距與裂縫寬度有關，其間距參考表2。當裂縫數(shù)量較多時，具體作法如下。首先，在預計要貼咀的裂縫位置貼上醫(yī)用白膠布，再用窄毛制將封縫用漿沿裂縫來回涂刷，使裂縫封閉。大約10分鐘后，揭去膠布條，露出小縫。然后，用粘咀用漿將注漿咀在預留的小縫處騎縫粘上，整個底座都要用粘咀用漿包嚴，固化后周邊可能有裂口，必須反復用封縫用漿補上，以免注漿時漏漿。
注 漿 咀 間 距 參 考 表 表2裂縫寬度(mm)0.2～0.30.3～0.50.5～11～3注漿咀間距(cm)10～20 20～3030～4040 1.3.3 試漏：試漏要逐條裂縫進行。每條連通的裂縫，先將注漿咀用鋁鉚釘堵上，留一個咀用補縫器壓氣，在封閉的裂縫上涂肥皂水進行試漏。對于有經(jīng)驗的操作者，也可不必試漏。
1.3.4 配制注漿液：注漿操作一般在粘咀的第二天進行，氣溫在30℃以上時，半天時間就可注漿。注漿前先配注漿液，在塑料杯中分別倒入TK型注縫膠甲液和乙液，按重量比甲液:乙液＝2:1混合均勻備用。
1.3.5 注漿：用補縫器吸取注漿液，插入注漿咀，用手推動補縫器活塞，使?jié){液通過注漿咀壓入裂縫，當相鄰的咀中流出漿液時，就可以拔出補縫器，堵上鋁鉚釘，將補縫器移到相鄰注漿咀重復注漿。垂直縫，一般由下往上注漿，水平縫，從一端向另一端逐個注漿。如果裂縫較細時，可以使用補縫器上的彈力裝置對注漿液自動加壓，此時，一個人可以同時照看若干個補縫器。
1.3.6 二次注漿：為了保證漿液充滿，在注漿后約半小時，可以對每個注漿咀再次補漿。
1.3.7 檢查：注縫膠的強度發(fā)展與環(huán)境溫度有很大關系，一般情況（20～25℃）1天后開始固化，1個月后達到要求強度。檢查注縫質(zhì)量可以用小型空心鉆機，跨縫鉆取芯樣，進行檢查。
2 涂膜封閉法
2.1 適用范圍
在混凝土表面涂刷防水涂膜以封閉微細裂縫的修補方法稱涂膜封閉法，適用于寬度小于0.2mm的微細裂縫的修補，也可用于混凝土外表面的裝飾和防水處理，以及防止混凝土保護層的碳化和有害離子對混凝土的腐蝕。
2.2 材料和機具
材料：ZV型混凝土修補膠，ZB型罩面膠，修補粉料或水泥。
ZV型混凝土修補膠：是以高分子共聚物為基本原料，摻加適量改性劑、有機助劑配制成的水乳狀產(chǎn)品，用ZV型混凝土修補膠涂膜的混凝土面層不但防水好，能更有效的保護鋼筋混凝土不受侵蝕，而且能更好的美化混凝土橋梁的外表面，產(chǎn)生很好的視覺效果。
ZB型罩面膠：由高分子共聚物乳液和混合助劑配制而成的水乳液，涂刷在涂膜表面，可提高涂膜的硬度、光澤性、耐久性和耐水性。
機具：鋼絲刷、羊毛輥具、油漆刷等手工工具，也可用噴漿機。
2.3 操作方法
2.3.1 清掃：混凝土表層的浮漿和起砂層要用砂輪打磨機磨去，并清掃或沖洗干凈。
2.3.2 刮膩子：混凝土表面裂縫、氣孔和缺陷應用膩子填充補平，待干后用砂布磨平。膩子配方如下：
ZV型混凝土修補膠:粉料＝1:1.8～2.0。
2.3.3 涂刷底層涂料：配方如下：
ZV型混凝土修補膠:粉料=1:0.7～0.8
可用羊毛輥子輥涂，也可用刷涂，或者邊輥邊刷，涂刷1遍。涂料在使用前要通過鐵窗紗過濾，除去雜質(zhì)和團塊。
2.3.4 涂刷主層涂料：主層涂料配方如下：
ZV型混凝土修補膠:粉料=1:0.8～1
采用刷涂和輥涂方法涂刷3遍，每遍涂刷都要等上遍涂料指干后再涂，另外，兩次涂刷方向最好是互相垂直。
2.3.5 涂罩面層：在主層涂料干后，在外罩涂1～2層ZB型罩面膠。
2.4 聚合物水泥涂膜性能（見表3）
聚 合 物 水 泥 涂 膜 性 能 表3序號 檢 驗 項 目GB9779－88規(guī)定1涂料低溫穩(wěn)定性不結塊、無分離、不凝聚2初期干燥抗裂性不出現(xiàn)裂紋3與混凝土抗拉粘結強度（MPa）標準狀態(tài)>0.49浸水后>0.494透 水 性小于2.0ml5耐 堿 性飽和Ca(OH)2溶液6耐 候 性日光型碳弧燈250h無變化7耐冷熱循環(huán)性不剝落、不起泡、無裂紋
3 開槽填補法 3.1 適用范圍 沿混凝土裂縫開鑿成槽，用聚合物水泥砂漿將其填補封閉的方法稱為開槽填補法，適用于結構允許開槽而寬度較大但數(shù)量不多的裂縫，如墩臺或路面混凝土的裂縫。采取摻ZV型混凝土修補配制的聚合物修補砂漿修補混凝土裂縫，具有粘結力高，耐久性好等特點。
3.2 材料和機具 ZV型混凝土修補膠：以高分子共聚物為基本原料，摻加適量改性劑和有機助劑配制成的水乳產(chǎn)品，無毒、不燃、無腐蝕性。
水泥：可用硅鹽水泥或普通硅酸鹽水泥，也可采用具有快硬和微膨脹特點的修補粉料。
砂子：應選用潔凈的中砂，含泥量小于２%。
機具：一般的手工工具，包括鋼鑿子、鐵錘、扁鏟，有條件時可用電動鑿石機具。還有鐵鍋、拌和鏟、小盤稱、油漆刷、抹刀及盛器。
3.3 聚合物砂漿性能齡期（天）抗壓強度（MPa）抗折強度（MPa）粘結強度（MPa）抗?jié)B性彈性模量（MPa）硅酸鹽水泥2827.57.92.8＞S108.9×10(立方)修補粉料326.18.83.1＞S109.3×10(立方) 上表試驗采用425號水泥，砂漿配比為水泥:中砂:ZV型混凝土修補膠:水=1:2.5:0.4:0.2，如果提高水泥標號，增加水泥用量，摻加減水劑及降低水灰比，聚合物砂漿各項性能還可提高。
3.4 操作方法 開槽填補法修補裂縫的具體作法如下：開槽→涂刷界面處理漿→壓抹聚合物砂漿→養(yǎng)護。
3.4.1 開槽：用鋼鑿子和扁鏟沿裂縫開槽，槽寬和深約３～５cm，呈U型，路面的裂縫可用切縫機開槽。槽內(nèi)的碎屑和粉塵要清除干凈。
3.4.2 涂刷界面處理漿：用刷子在槽的底部和兩壁均勻涂刷一層界面處理漿，配方如下：
水泥（修補粉料）:ZV型混凝土修補膠=１:１
3.4.3 壓抹聚合物砂漿：聚合物水泥砂漿參考配合比（重量比）如下
水泥（修補粉料）:中砂:ZV型混凝土修補膠:水＝1:2.5:0.3～0.4:適量
在界面處理漿尚未硬化前，將拌制好的聚合物水泥砂漿用抹刀壓入槽中，壓實抹平。
3.4.4 養(yǎng)護：聚合物水泥砂漿不需澆水養(yǎng)護，在濕空氣中養(yǎng)護即可。養(yǎng)護期間不得淋雨、日曬或風吹，最好復蓋一層塑料薄膜。2、混 凝 土 破 損 露 筋 快 速 修 補 技 術 隨著時間的推移，混凝土結構物，特別是混凝土橋梁、墩臺等由于受到荷載環(huán)境等諸多因素的影響，不但出現(xiàn)裂縫，也會出現(xiàn)混凝土剝落露筋現(xiàn)象，這些破損如果及時加以修補，可以基本上恢復混凝土橋梁的原有功能，防止混凝土病害的進一步擴展。我們研制的聚合物快硬修補砂漿具有很高的強度和很好的粘結性，能夠在不影響及盡可能少影響行車的情況下對混凝土橋梁進行修補，起到很好的效果。
1 材料和機具 材料有：ZV型混凝土修補膠，TJ型混凝土快速修補劑。
機具有：一般的手工工具，包括鋼鑿子、鐵棰、扁鏟，有條件時可用電動鑿石機具；還有鐵鍋、拌和鏟、小盤稱、油漆刷、抹刀及盛器等。
2 操作方法 聚合物快硬修補砂漿修補破損混凝土的的具體方法如下：清理破損混凝土→涂刷界面處理漿→壓抹聚合物快硬修補砂漿→養(yǎng)護。
2.1 清理破損混凝土：清理混凝土破損面，松動的混凝土應剔除，做到要修補的混凝土表面無粉塵、無污物。
2.2 涂刷界面處理漿：用刷子在要修補的混凝土表面或槽的底部和四周均勻涂刷一層界面處理漿，界面處理漿按ZV型混凝土修補膠與TJ型混凝土快速修補劑為1：1的重量比調(diào)勻即可。
2.3 壓抹聚合物快硬修補砂漿：在界面處理漿尚未硬化前，將拌制好的聚合物快硬修補砂漿用抹刀壓入槽中，壓實抹平。
聚合物快硬修補砂漿按如下方式配制：把TJ型混凝土快速修補劑倒入攪拌鍋，加入其重量10％的ZV型混凝土修補膠及8％左右的水，拌合均勻后，將其壓抹在要修補的混凝土處。每次壓抹1～2公分，直至到要修補的厚度，然后抹平表面。
2.4 養(yǎng)護：在修補完后，應及時加以養(yǎng)護。一般在修補半小時后就要灑水或在修補面上加一層塑料薄膜進行養(yǎng)護，橋面快速搶修時一般3小時左右就可以開放交通。
3 技術性能：（20℃） 可操作時間：15分鐘左右；
抗壓強度：1小時大于10MPa
3小時大于20 MPa
3天大于40 MPa；
下表為不同情況下的用聚合物快硬修補砂漿修補后的新舊界面粘結強度。
聚合物快硬修補砂漿與舊混凝土的界面粘結強度編號試 件 情 況界 面 抗 折 粘 結 強 度 （MPa）舊界面界面處理接打TJ劑情況4h6h8h1d2d3d1光面不涂TJ劑0.350.951.452斷面 不涂TJ劑0.300.551.652.603斷面 涂TJ劑1.552.953.755.156.256.554斷面涂摻ZV劑的TJ劑2.053.15 4.055.506.656.95
實踐證明：用聚合物快硬修補砂漿修補的混凝土破損面不但有很高的抗壓強度，而且有很好的粘結強度。在有正常汽車行駛的橋梁上也能完成修補作業(yè)。如果是橋面維修，也只要幾個小時的單幅斷道維修。另外，在沒有特別快速修補要求時，可以采用ZV型混凝土修補膠與普通水泥（或者修補粉料）及中砂配制成聚合物修補砂漿來修補破損的混凝土，也能達到不錯的效果。其操作方法同聚合物快硬修補砂漿類似。
3、混 凝 土 路 橋 面 的 快 速 搶 修 技 術
隨著我國鐵路和公路交通的飛速發(fā)展，混凝土橋面的破損也越來越嚴重，為了修補工作盡量少影響交通，修補材料必須早強快硬和使用方便。我院研制的摻加CNL型特快硬混凝土促硬劑的特快硬混凝土，4小時抗壓強度可達20MPa以上，可操作時間達30分鐘。完全滿足快速搶修的要求，在搶修過程中做到盡量少的減少斷道對行車的影響，如北京二、三環(huán)混凝土路橋面的搶修，采用該種方法后，可以做到在夜間施工白天照常行車（晚上十二點左右斷單幅道路，早上六點之前開放交通，把交通損失和社會影響降低到最?。盏椒浅：玫男Ч?。該技術1992年通過技術鑒定，目前已在鐵路、公路、市政等多方面得到應用，如北京市二、三環(huán)混凝土路橋面的搶修改造，廣佛高速公路搶修，哈阿高等級公路搶修，均收到很好的效果，受到廣泛好評。
1 快速修補用新材料
CNL型特快硬混凝土促硬劑、快硬硫鋁酸鹽水泥或快硬鐵鋁酸鹽水泥、ZV型混凝土修補膠等。
2 修補方法 2.1 開槽：采用切槽機在破損的混凝土橋面外圍切出方塊，切縫深度不少于10cm，然后用鑿巖機將方塊內(nèi)混凝土擊碎，清理干凈。在伸縮縫位置修補時，須重新做好伸縮縫，施工時可用1.5～2.0cm苯板預留伸縮縫。
2.2 涂刷界面處理漿：在灌混凝土前，用ZV型混凝土修補膠配制的界面處理漿涂刷在槽的底部和四周。界面處理漿的配方按下式重量比配制：
ZV型混凝土修補膠：快硬硫鋁酸鹽水泥＝1：1
2.3 按不同的強度等級配制特快硬混凝土。其方法與配制普通混凝土配合比方法一樣。但要注意，粉狀促硬劑要先溶化在拌合水中加入，液狀促硬劑可直接加入拌合水中。為了避免操作時間不夠，最好在砂、石和水泥預拌均勻后再加入摻有CNL型特快硬混凝土促硬劑的拌合水。
2.4 灌注混凝土：修補用特快硬混凝土宜用人工拌合，平板振搗器搗實，必須及時抹面。由于硬化很快，1小時后就要澆水養(yǎng)護。
2.5 由于橋面受震動較大，當需要增加混凝土的抗裂性時，特快硬混凝土應該摻入適量鋼纖維，鋼纖維混凝土中鋼纖維摻量為每立方混凝土80～100公斤，混凝土含砂率要提高到0.40～0.45，同時必須摻加減水劑。
3. 特快硬混凝土性能
下表為特快硬混凝土的性能，試驗采用525快硬硫鋁酸鹽水泥，水灰比為0.45，摻入水泥重6％的CNL－2型促硬劑（水劑），試驗溫度為20℃。
特快硬混凝土的性能 表5抗壓強度（MPa）坍落度及損失（cm）3h4h8h1d3d初始30分鐘后12.423.536.043.146.42.51.6
另外，摻CNL型特快硬促硬劑的特快硬混凝土，已經(jīng)得到更加廣泛的應用。如市政改造時各種地下管線開挖后的快速填補，市政井蓋的快速固定等。
4、混凝土結構加固的鋼筋快速錨固（植筋）技術
隨著混凝土建筑結構物病害的增多，為了不影響到這些混凝土結構物的正常應用，對這些混凝土結構物，如混凝土橋梁進行加固改造就成為必然。這其中引用較多的技術就有一項是錨固鋼筋（植筋），鐵科院研制出的ZM型早強錨固包就是針對此而研制的。
1 ZM型早強錨固包簡介 ZM型早強錨固包符合鐵道部行業(yè)標準TB／T2093－2002《吸水式錨固包技術條件》的各項技術要求，該錨固包由快硬膨脹材料加工而成，并用特制紙包裝成圓柱形小包。錨桿工程采用錨固包，可取消注漿泵，施工簡便，錨固快速可靠，一小時左右即可承載。XZM型早強錨固包是在ZM型早強錨固包的基礎上改進的，在包裝和性能上都有所加強。ZM型早強錨固包共有25號、30號、35號三個規(guī)格。其主要用途除在橋梁加固外，還可用在隧道、礦山井巷、水工隧洞等工程的錨桿快速支護；房屋維修、抗震加固、設備安裝、文物保護等工程；要求錨桿在一、二個小時即發(fā)揮支護作用的軟弱圍巖施工，搶修和快速施工等工程。
2 使用方法 2.1 鉆孔：孔徑稍大于錨固包直徑。
2.2 清孔：孔內(nèi)巖屑粉和積水要清除干凈。
2.3 泡水：將錨固包直立浸泡在水中，封口端向上以利排氣，泡水時間以不冒泡為準（約為50～90秒）。
2.4 裝包：用于長錨桿時，將吸水錨固包逐個用炮棍送入錨固孔中，搗碎并搗實錨固包，直至填滿錨固孔。用于短錨桿時，需將吸水錨固包縫線拉起，剝?nèi)グb紙，將膠泥送入錨固孔，并搗實。
2.5 送桿：立即將錨桿體（鋼筋）插入或用手錘打入孔中，然后將孔中擠出的膠泥抹平即可。
2.6 用于隧道、隧洞等地下工程錨桿施工的錨固包，由于錨固長度較大，錨固包吸水后一般不剝?nèi)グb紙，逐個裝入錨固孔中使用。用于結構補強、橋梁加固、建筑安裝、設備固定和文物保護工程中的短錨桿施工，錨固包吸水后應先剝?nèi)グb紙再裝入錨固孔中。
2.7 錨桿的直徑不大于25mm時，錨固長度（L）應大于錨桿直徑（d）的15倍，即L≥15d；錨固孔直徑（D）至少要比錨桿直徑（d）大12mm，即D－d≥12mm。
3 技術性能 ZM型早強錨固包具有操作方便，價格便宜，錨固強度高，錨固速度快，能在不同的環(huán)境濕度（如潮濕或有水的情況下）、不同的環(huán)境溫度（攝氏零下20度至零上50度）、不同的施工角度（如橋梁的頂面等）進行錨固。該產(chǎn)品目前已經(jīng)有二十多年的使用歷史，在路內(nèi)外上千座橋梁加固工程中得到成功應用。其技術性能見表1和表2，其中表1為ZM型早強錨固包的凝結時間和抗壓強度，表2為我所橋梁室技術人員所做的用ZM型早強錨固包錨固不同直徑不同深度的螺紋鋼筋時的3天抗拔力。
ZM型早強錨固包凝結時間和抗壓強度 表6
項 目初凝時間抗壓強度（20℃）含水率4h3d單位minMPaMPa%品質(zhì)指標1022.330.5≤1
ZM型早強錨固包的抗拔力（3天） 表7錨 桿 埋 深 抗 拔 力埋 深抗 拔 力Φ12mm螺紋鋼筋埋深84mm 48.3kN埋深120mm57.8kN埋深180mm60.4kNΦ16mm螺紋鋼筋埋深112mm76.7kN埋深160mm100.1kN埋深210mm105.2kNΦ20mm螺紋鋼筋埋深140mm115.0kN埋深200mm 148.0kN埋深240mm151.6kN
