[00111569]公路桥梁伸缩缝快速修补技术应用研究

1、课题来源与背景 本课题为2014年获批立项的甘肃省交通运输厅科技项目,属于道路工程应用领域。 桥梁伸缩缝快速修补技术与传统工艺维修方式相比,能够节约大量养护时间, 节省工程投资,因而具有显著的经济效益和社会。随着人们对经济、社会效益的关注,以及技术的进步,桥梁伸缩缝维修技术越来越受到人们的重视,目前我省尚无先进桥梁伸缩缝快速修补技术研究,而我公司针对快速修补体系已有一定的研究基础。本项目针对我省公路建设中伸缩缝的破坏,调查我省伸缩缝破坏类型,分析病害成因,并研发了一种伸缩缝快速修补材料,其早期强度超过20MPa,并具有优异的耐久性,在我省及周边省份进行了大量的工程应用,效果良好。 2、技术原理及性能指标 伸缩缝修补材料采用快硬水泥-聚合物体系,其中快硬水泥通过调整其熟料矿物组成比例,具有快凝、早强、微膨胀作用,能够形成致密的水化产物;丁苯聚合物乳液的加入能够使其与水泥水化产物中的钙离子、铝离子进行键合,从而使得混凝土更加密实,胶结强度更高,其反应机理如下： 对水化产物中的单价离子： R-COO-+Na+→COO·Na 对水化产物中的两价离子： R-COO-+Ca2+→R-COO·Ca·OOC-R 对水化产物中的三价离子： R-COO-+Al3+→R-COO·Al·（OOC-R）2 扫描电镜对修补材料水化产物分析表明,在丁苯胶乳的键合作用下,水化产物变得更加密实,且胶乳对水化产物微裂纹具有约束作用,吸收部分断裂能,从而提高抗压及抗折强度。形成相关结论如下： （1）通过调研文献以及省内桥梁伸缩缝的类型和现状,总结单缝式型钢伸缩缝、梳齿板伸缩缝以及模数式伸缩缝的结构类型和破坏形式。发现锚固混凝土的破坏是目前我省桥梁伸缩缝破坏的主要形式。 （2）根据伸缩缝修补的特点,提出采用快硬水泥作为主要胶凝材料,辅之以聚合物增加其粘结性能、纤维增加其抗开裂性能,组成伸缩缝快速修补材料体系。 （3）聚合物改性水泥砂浆与其他水泥砂浆相比具有很好的抗干缩性,并且随着聚合物掺量的增加抗干缩性能增强。与其他水泥砂浆相比,聚合物的掺入降低了水泥砂浆的压折比,使水泥砂浆的柔韧性、抗开裂性提高,并且随着聚合物掺量的增加压折比降低。 经SEM、XRD分析聚合物改性水泥砂浆主要水化产物为水化硫铝酸钙、C-S-H凝胶及氢氧化钙晶体,聚合物的存在可以填充空隙,密实结构,起到了一定的增韧作用。 （4）在耐久性方面,通过聚合物砂浆和聚合物混凝土两个层次进行评价：聚合物砂浆抗冻性方面,4%的聚合物的加入使得其抗压强度和抗折强度损失均有明显的改善;盐冻耦合条件下,氯盐的加入加剧了冻融破坏程度。聚合物砂浆抗氯离子侵蚀方面,在氯盐溶液中进行干湿循环的试件均发生了抗折强度、抗压强度以及粘结强度的下降,而4%~6%聚合物的掺入,可以最大程度的降低前度损失率;并且随着聚合物掺量由0%增加至6%,氯离子扩散系数从13.3×10-8m2/s降低至6.6×10-8 m2/s。 在聚合物快硬修补混凝土方面,其含气量和气泡间距系数要低于普通混凝土,具有良好的抗冻性;其与普通混凝土电通量数据均小于1000C,混凝土耐久性水平为好。 3、技术的创造性和先进性 （1）研发了一种桥梁伸缩缝快速修补材料,相比常规维修材料具有前期强度高、强度增长迅速、后期强度稳定及耐久性良好的特点。 （2）建立了甘肃省桥梁伸缩缝快速维修体系,总结提出桥梁伸缩缝施工技术及质量控制方法,从维修材料和施工工艺等一系列影响因素进行分析,完善了施工控制、维修质量及质量检测的要求,并重点强调了施工连续性和养护时间、通车时间的要求。 4、技术的成熟度,适用范围和安全性 综合甘肃省、青海省、山西省和陕西省对桥梁伸缩缝快速修补材料的应用,对桥梁伸缩缝快速修补材料进行分析,结果表明：采用桥梁伸缩缝快修补材料维修桥梁伸缩缝直接经济效益比传统维修工艺高出383元/米,但提高了桥梁伸缩缝的维修效率,提高了车辆的通行能力,迎来了良好的社会效益;以长期性能来看,桥梁伸缩缝快速修补体系比传统维修后的桥梁伸缩缝寿命长3~5倍,后期养护费用较少。 5、应用情况及存在的问题 针对甘肃省伸缩缝病害问题开发的伸缩缝快速修补材料体系可以很好的解决我省伸缩缝破坏问题,并通过工程案例进行了验证。2014年以来产生直接经济效益1000万元以上,具有良好的应用前景。