壁可法在混凝土裂缝修补技术中的应用

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  中铁十四局集团四公司 四川成都 610066
  【摘要】阐述了混凝土裂缝类型及成因,介绍了常用的裂缝修补方法。重点叙述了“壁可法”修补混凝土裂缝技术,介绍了“壁可法”裂缝修补的施工工艺、操作过程等有关施工技术,该修补技术实用性强、效果好,可广泛应用于混凝土裂缝的处理。
  【关键词】混凝土裂缝壁可法修补
  中图分类号:TV331文献标识码: A
  1引言
  混凝土裂缝是混凝土结构的主要病害之一,有害裂缝会对混凝土结构产生以下主要影响: 钢筋锈蚀、降低结构的耐久性; 降低结构的抗渗性、造成结构渗漏;加快混凝土结构碳化剥落、降低结构抗疲劳能力。裂缝的显现发展严重会危害结构的正常使用,必须采取有效的措施进行修补处理。
  2裂缝类型
  2.1按成因分类
  混凝土结构的裂缝,按其成因可分为结构性裂缝和非结构性裂缝。结构性裂缝是由外荷载引起的裂缝,其分布及宽度与外荷载有关,这种裂缝出现预示着结构承载力可能不足或者存在其它严重问题。非结构性裂缝是由变形引起的裂缝,如温度变化、混凝土收缩等因素引起的裂缝,这种裂缝对桥梁的承载能力影响较小。
  2.1.1结构性裂缝
  在正常荷载条件下,由于结构承载力不够,混凝土结构出现结构性裂缝,这种裂缝方向一般都与结构的最大拉应力方向垂直。产生的原因主要有以下幾个方面:
  (1)混凝土强度不够
  由于设计、施工等原因,或者结构荷载增加,混凝土结构强度不能满足使用要求,造成混凝土结构出现裂缝。
  (2)混凝土结构刚度不够
  混凝土结构刚度低,变形量大,结构的过大变形,必然产生相对应的裂缝。影响混凝土结构刚度的因素很多, 其中混凝土结构的截面尺寸对结构刚度影响最大。
  (3)混凝土配筋率低
  一般的受拉钢筋混凝土结构,在拉应力作用下混凝土首先开裂退出工作,钢筋承担全部拉力,当混凝土结构配筋率低时,因抗拉力不够,结构变形增大,加剧混凝土结构开裂。
  (4)钢筋锚固长度不够
  受拉钢筋必须有足够的锚固长度, 否则粘接力不够,产生钢筋滑移裂缝。
  (5)预应力张拉破坏
  在混凝土结构施工完后,进行张拉施工,由于施工顺序不对,在混凝土结构内部产生附加弯矩,造成结构出现裂缝。
  2.1.2非结构性裂缝
  非结构性裂缝是混凝土结构的主要裂缝, 产生的原因主要有以下几个方面:
  (1)塑性收缩裂缝
  塑性收缩是指混凝土在凝结之前,表面因失水较快而产生的收缩。塑性收缩裂缝多在新浇筑并暴露于空气中在结构物表面出现,形状很不规则多呈中间宽,两端细且长短不一,互不连贯状态,类似干燥的泥浆面。其主要是由混凝土水泥用量过多、水灰比过大、浇筑后覆盖保湿不及时等原因造成。
  (2)干缩裂缝
  干缩裂缝是由于混凝土内外水分蒸发程度不同而导致变形不同的结果,多出现在混凝土养护结束后的一段时间或是混凝土浇筑完毕后的一周左右。裂缝为表面性的平行线状或网状浅细裂缝,宽度多在0.05~0.2mm之间,其走向纵横交错,没有规律。其主要是由混凝土水灰比、过度振捣、早期养护不规范、长期露天存放等原因造成。
  (3)温度裂缝
  混凝土受温度变化产生热胀冷缩,在混凝土结构内部产生温度应力,当温度应力超过混凝土的抗拉强度时,混凝土就会产生裂缝,这种裂缝为温度裂缝。温度裂缝具有裂缝在板上时,多为贯穿裂缝, 方向平行于结构板的短边的特点。温度裂缝又可分为表面温度裂缝和贯穿温度裂缝。表面温度裂缝多由于温差较大引起,由于这种温差仅在表面处较大,离开表面就很快减弱,故通常在混凝土表面较浅的范围内产生。贯穿温度裂缝多由于结构降温差较大,受到外界的约束而引起,这类裂缝较深,将破坏结构的整体性。
  2.2按表现形式分类
  混凝土结构的裂缝按其表现形式可划分为静止裂缝、活动裂缝和尚在发展的裂缝。
  (1)静止裂缝是指形态、尺寸和数量已稳定不再发展的裂缝。
  (2)活动裂缝是指宽度在现有环境和工作条件下始终不能稳定、易随着结构构件的受力、变形或环境温度、湿度变化而时张、时闭的裂缝。
  (3)尚在发展的裂缝是指长度、宽度和数量尚在发展,但经历一段时间后发展将会终止的裂缝。
  3裂缝修补技术
  3.1裂缝修补目的
  (1)抵御诱发钢筋锈蚀的介质侵入,延长结构使用寿命;
  (2)通过对混凝土补强保持结构、构件的完整性;
  (3)恢复结构的使用功能,提高其防水、防渗能力;
  (4)消除裂缝对人们形成的心理压力;
  (5)改善结构外观。
  3.2裂缝修补原则
  (1)静止裂缝:可即时进行修补;依据裂缝粗细和干湿环境选择修补材料和修补方法。
  (2)活动裂缝:修补时应先消除其成因,并观察一段时间确认已稳定后,再按静止裂缝的处理方法进行修补;对于不能完全消除成因的裂缝,但确认对结构、构件的安全性不构成危害时,可使用具有弹性和柔韧性的材料进行修补。
  (3)尚在发展的裂缝:不可即时进行修补;应待裂缝停止发展后再进行适应方法的修补或加固。
  3.3裂缝修补方法
  常用的混凝土裂缝修补方法详见表1。
  表1常用混凝土裂缝修补方法
  方法 方法特点和功能 适用条件
  表面封闭修补法 利用混凝土表层微细独立裂缝或网状裂纹的毛细作用吸收低粘度且具有良好渗透性的裂缝封闭修补胶液封闭裂缝通道,提高结构的耐久性。对有防渗要求的结构部位,还应在裂缝表面粘贴纤维复合材料以增强封护作用。包括表面涂抹法和表面贴补法。表面涂抹适用范围是浆材难以灌入的细而浅的裂缝,深度未达到钢筋表面的发丝裂缝,不漏水的缝,不伸缩的裂缝以及不再活动的裂缝。表面贴补法适用于大面积漏水(蜂窝麻面等或不易确定具体漏水位置、变形缝)的防渗堵漏。 裂缝宽度小于0.2mm
  灌缝胶注射修补法(低压注入法) 以一定的压力将低粘度、高强度的高分子聚合物裂缝灌缝胶注射入裂缝内,胶液固化后将开裂两侧的混凝土连接成结构整体;胶液还能进一步渗透到裂缝周围的混凝土毛细缝隙中,形成较宽的加固带,并能沿着钢筋走向渗透,保护钢筋和增加钢筋与混凝土的粘合力,起到对裂缝修复并对结构局部增强提高耐久性的作用。
  目前较为先进的工艺为壁可低压注入法。 裂缝宽度为0.2mm~1.5mm的静止独立裂缝、贯穿性裂缝以及蜂窝状混凝土局部缺陷的补强和封闭
  压力注浆修补法(高压注入法) 在一定的时间内,以较高的压力将修补裂缝的超细无收缩水泥注浆料、改性聚合物水泥注浆料及不回缩微膨胀水泥注浆料压入裂缝腔内,填实混凝土结构裂缝空间形成结构整体。按其灌浆材料可分为水泥灌浆修补法、化学材料灌浆修补法、沥青灌浆修补法。 裂缝宽度大于0.2mm的静止裂缝、大型结构的贯穿性裂缝、大体积混凝土的蜂窝状严重缺陷以及深而蜿蜒的裂缝
  填充密封修补法 在构件表面沿裂缝走向骑缝凿出或切出槽深和槽宽分别不小于20mm和15mm的U型沟槽,然后用改性环氧树脂或弹性填缝材料充填,并粘贴纤维复合材料封闭其表面。 裂缝宽度大于0.5mm的活动裂缝和静止裂缝
  因超荷载产生的裂缝、裂缝长时间不处理导致的混凝土耐久性降低、火灾造成裂缝等影响结构强度可采取结构补强法、锚固补强法、预应力法等。
  4“壁可法“裂缝修补技术
  4.1基本原理
  壁可法是通过注入器橡胶管的自身收缩压力(约300KN/m2),将渗透型高分子混凝土粘接剂,以保持低压持续的灌注方式,自动注浆。缓慢均匀的灌浆压力可将缝隙中的空气压入混凝土毛细管中,并通过混凝土的自然呼吸作用排出,有效避免了气阻现象,从而保证灌浆质量。
  渗透型高分子混凝土粘接剂BL-GROUT具有水一样的流动性。通过BICS法注入后,它可流至水可以到达的任何缝隙处,并同时将缝内空气排出,以达到完全注入的效果。胶液沿裂缝纵深渗入的同时还浸入缝壁的混凝土空隙中,固化后起到锚注作用,使得胶体与周围混凝土牢固结为一体,同时裂缝被完全密封。既恢复了混凝土的结构强度又可防止外部有害物质(雨水、盐、碱、酸等)对混凝土内部结构和钢筋的侵入腐蚀,起到对混凝土结构的保护作用。
  4.2特点
  (1)对裂缝中的任何凹槽和角落都能进行可靠的注入借助注入器的内部压力,注入过程可持续较长时间而无需人力干预。注入材料可以完全地渗入到仅0.02mm的裂缝末端,甚至包括钢筋与混凝土间的空隙。胶液固化后强度超过混凝土母材。
  (2)均匀可靠的压力控制当注入器外径膨胀并充满限制套时,自动注入作业就可以開始。在由管体的均匀收缩作用产生的压力下进行注入,从而实现了简单而可靠的压力控制。特殊的橡胶材质以及严谨的工艺设计是注入器恒定压力的保证,内芯的设计最大限度的避免了浪费。
  (3)大幅度缩短人工注入作业时间,注入作业只是将注入材料灌入注入器的简单短时间操作,对作业人员无技术上的要求。注入材料的凝固确认简单容易只需检查余留在注入器中的注入材料即可知道已经注入到裂缝中材料的硬化状态。施工管理和工艺控制得到了简单而精确的保证。
  (4)两种不同的注入器可满足不同情况的需求。快速密封材料和十几种固化无收缩灌缝材料几乎可以修复各种结构产生的各种裂缝,包括潮湿渗水的裂缝和宽度可能扩大达1倍的活动裂缝均可彻底修复。
  4.3施工工艺及方法
  4.3.1施工工艺流程
  表面处理→粘接注入座→密封裂缝→安装注入器→注入→注入材料固化→表面清理、完成作业。
  4.3.2施工方法
  (1)表面处理
  沿裂纹清理出5cm宽的密封区。首先对裂纹进行处理,先用钢丝刷、角磨机清除裂缝表面的灰尘、浮渣、松散层;然后用空压机将裂缝中混凝土碎屑、粉尘清除干净;再用毛刷蘸丙酮溶液,把沿缝两侧各5cm宽范围擦洗干净,并保持干净。
  (2)粘接注入座
  按规定配合比(#101主剂、硬化剂重量比为7:3)配制封口胶。首先,用两把洁净干燥的抹刀分别取封口胶的两种成分放到托灰板上,用抹刀反复混合搅拌,使其呈现均匀一致的灰色。然后用抹刀取少许胶,刮在注入座底面的四边,每边以8mm宽、5mm厚为宜。抹好之后将注入孔正对裂缝中心,稍用力按压,使胶从底面的4个小孔挤出。注意注入孔不要被胶堵塞,胶不要粘到注入座颈部的小突起和橡胶圈上,粘好后不要再移动注入座。最后,用抹刀取胶将注入座底板各边包覆,包覆部分的内缘至盖住4个小孔,外缘扩至直径8cm~10cm的圆形范围。完成之后,注入座的蓝色底边应完全被遮盖。注入座应根据裂缝的走向布置,每米设置3个,裂缝宽度较大且内部畅通时可按每米2个设置。另外在裂缝交叉处应设注入座。
  (3)密封裂缝
  在沿裂缝走向5cm宽的范围内用抹刀刮抹封口胶,厚度以2mm为宜,尽量一次完成,避免反复涂抹。缝两侧有较多细微龟裂的部位应抹至8cm~10cm宽,并按压胶的边缘,消除卷边。混凝土剥落处要填充密实,特别注意与注入座衔接处的涂抹。封口胶的用量为每延米裂缝200g左右。
  密封完成后,让密封胶自然固化,注意固化过程中防止其接触水。
  (4)安装注入器
  将注入器的连接端牢固地安装在注入座上。注入器安装见图1。
  
  图1注入器安装示意图
  (5)注入
  按照注入材料要求的混合比,将主剂和硬化剂混合搅拌。将搅拌后的混合物倒入泵中。把供料管的接头接在注入器的注入端,开始注入工作。当注入器的外径增加至要求量时停止注入。
  使用BL注入器灌注时:
  1)将注入器连接端(蓝色)安装在注入座上,把卡口部分的两扣卡紧,用力不要过猛,以免损坏座的颈部,注意使橡胶密封圈处于正常位置。同一条裂缝上的注入器要一起安装好。螺纹配合处用生料带缠绕密封。
  2)将灌注胶的两种材料按配合比混合搅拌均匀后装入黄油枪,盖好盖。再将黄油枪倒置,打开阀门,推动黄油枪活塞,排除系统中的空气。当过滤器中有胶流出时,将它连接到注入器的注入端,卡紧卡口,缓慢推动活塞,开始注入。每次都要推动达到活塞的尽头,一般每3s~5s推动一下。当橡胶管膨胀至充满限制套时停止注入。注入完后应先关闭阀门,再小心地脱开白色端的连接,然后再移动至下一个注入器注入。
  3)水平裂缝由一端向另一端注入,倾斜或垂直裂缝要从较低的一端由下而上注入。灌注时注意观察,如果注入器膨胀后收缩较快,说明该处裂缝较深,缝内空隙较大,遇到此类情况时要补灌,直到注入器能保持膨胀状态。灌注压力保持在0.3MPa左右,保证把灌注胶注入到裂缝的末端,同时缓慢均匀的施压,可将裂缝内的空气压入混凝土的毛细孔中通过混凝土的自然呼吸作用排出。
  使用DD注入器灌注时: 
  注入器灌注首先将配制好的灌注胶装入黄油枪,并排除系统中的空气。然后,把过滤器连接到注入座的端头,注入至充满限制套,关闭阀门,取下注入器。整条裂缝所需的注入器全部注满后,逐个安装到注入座上。灌注过程要连续进行,以免中断时间过长,超过材料的使用时间而影响灌注效果。
  (6)注入材料固化
  注入材料后进行养生直至凝固硬化。可用手捏注入管了解凝固情况。
  (7)表面清理、完成作业
  养生固化完成后,用锤子、凿子敲掉注入器,用砂轮将作业面打磨光洁平整,完成施工。
  5结束语
  (1)“壁可注入法”修补技术实用性强、效果好,可广泛应用于混凝土裂缝的处理。
  (2) 混凝土裂缝虽然可通过修补工艺使其控制在允许范围内,但还需在设计、施工、材料以及养护过程中采取多种预防处理措施来降低或避免裂缝的出现。
  
  
  参阅文献
  [1]白海峰.混凝土非结构性裂缝成因分析与控制措施[J].铁道建筑,2003(8)
  [2]吕宏强.壁可注入法修补大体积混凝土裂缝与效果检测[J].山西建筑,2008(6)
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