新材料加固既有铁路病害桥梁应用与前景
一、工程概况
我局是百年大局，钢筋混凝土桥梁常常由于结构耐久性、化学腐蚀、使用荷载的增加以及设计施工上缺陷等原因，需要对结构进行补强加固，目前混凝土结构补强加固常用的方法主要有：粘钢加固、预应力加固、钢筋混凝土外套加固和外包钢加固等，然而这些补强加固方法不同程度地存在一些缺陷，除了常见的化学腐蚀问题外，象粘钢加固还具有增加构件自重，节点不易处理、施工困难等不足。为此针对牙林线42.849Km及牙林线66.544Km桥构造特点及其裂缝产生的原因和可能出现的后果，我们对病害的整治方案进行了认真的分析、比较、筛选，最后认定为科技含量较高的芳纶纤维加固技术及梁体防水层修复技术。
主要解决病害技术为：
1、新型防水层更换，主要是更换老化防水层，避免雨水渗漏到梁体内部，造成钢筋锈蚀及混凝土碱化。
2、梁体进行芳纶纤维抗弯剪加固，主要是提高梁体抗弯抗剪承载力及耐久性加固；
3、对混凝土表面干缩龟裂、膨胀龟裂及受力引起裂缝用高强修补树脂进行修补，；
4、裂缝修补，包括涂刷封闭和灌缝封闭处理；
二、工程施工区段划分与任务分解
为了保证施工的质量以及工期的要求，并考虑各项工作的施工位置及施工特点，特将本工程划分为两个施工区段：防水层更换区段、裂缝修补区段、梁端芳纶纤维加固区段。
1、防水层更换区段
主要工程任务有：
a. 架设轨排。
b. 清理道砸。
c. 烘干作业面。
d. 铺刷新型防水层。
e. 回复砸石及拆除轨排。
2、裂缝修补区段
主要工程任务有：
a. 混凝土梁端表面处理，包括混凝土表面清理、钢筋防锈阻锈处理、混凝土缺陷修补。
b. 埋放高压注胶嘴。
c. 裂缝清理。
d. 灌注高强树脂。
e. 修补微细裂缝。
3、梁体芳纶纤维加固区段
主要工程任务有：
a. 混凝土梁体表面处理，包括混凝土表面清理、钢筋防锈阻锈处理、混凝土缺陷修补和涂刷保护涂料。
b. 按设计梁体粘贴芳纶纤维布。
c. 搭设脚手架平台。
c. 除去原失效裂缝修补。
d. 用刚边树脂修补开裂混凝土裂缝
e. 刚边修补破损混凝土。
f. 涂刷外层防紫外线涂层
三、新型材料芳纶纤维加固特长
① 材料的运输无需重型机械
即使材料运输信道受限或施工场地条件恶劣也无妨，在狭小的作业空间（10cm左右）内也可施工。
② 作业工种少
不必多任务种，无需专业技术人员，只需少数人，可以高效施工。
③ 与混凝土结构的表面贴合性好
更适合形状和断面不规则的结构补强。
④ 完工后结构增加荷载少
不会对补强建筑或基础产生附加荷载。
⑤ 补强后截面形状几乎不变
可以最大限度的利用空间。
⑥物理性能稳定，耐腐蚀性好
无需特别防腐处理，容易维护管理。
芳纶加固梁体试验
梁体加固设计立体效果图
四、施工工艺
（一）裂缝修补
对结构上、下部存在的所有可见裂缝进行封闭处理，裂缝宽度fw≥0. 5㎜的裂缝进行
灌缝封闭处理，裂缝宽度fw<0. 5mm的裂缝采用涂刷封闭处理。
裂缝化学灌浆维修采用低粘度、高抗拉强度环氧基灌浆材料，通过压力灌浆（0.2-0.4MPa）注入混凝土构件的裂缝、空洞中，扩散、胶凝、固化，达到粘结、键合、恢复构件整体性的目的。
（1）、裂缝灌缝封闭
施工流程：裂缝清理→粘贴注胶底座 → 封缝 → 配胶 → 灌胶
a. 用钢丝刷等工具，清除裂缝表面的灰尘、浮渣等污物，然后用压缩空气将裂缝内的灰尘吹出，再用棉丝沾丙酮擦拭裂缝表面。
b. 粘贴注胶底座时，对于有裂穿通缝的部位，需两面分别粘贴注胶底座。无贯通缝的部位，只需在一面粘贴底座。将底座底部周边均匀涂抹一层封缝胶，注意不要将底座的胶孔堵住，将底座出胶孔对准裂缝，粘贴安装，底座安装间距200～300mm。
c. 封缝用小铲刀将封缝胶刮抹到裂缝上，厚度1mm左右，宽度20～30mm，抹胶时应防止产生小孔和气泡，要刮平整，保证封闭严密可靠。
d. 配胶按灌缝胶说明书提供配比和所需用量提取A料和B料分别搅拌，以消除任何沉淀物，把A料和B料倒进混合容器，混合搅拌至颜色均匀，然后使用。一次配胶量不宜过多，以40～50分钟用完为宜。
e. 灌胶将配制好的灌缝胶装入注射器，竖向裂缝按从下向上顺序，水平裂缝按从一端向另一端顺序，灌胶时从第一个底座开始注入，待第二个注胶底座流出胶后为止，用后将第一个底座进胶嘴堵死，再从第二个注胶底座注入，如此顺序进行。最后一个注胶底座为排气用，可不注胶。
f. 成品保护 灌胶结束后，在24小时内不得扰动注胶底座，3～5天后可拆除底座。
g. 当施工温度较低时，密封胶及注入胶选用冬季适用的型号；当施工温度低于材料施工要求时，应停止施工，以确保裂缝修补的质量。
（2）、裂缝涂刷封闭
a. 混凝土表面清理，与前一节要求相同。
b. 配胶，与前一节要求相同。
c. 用毛刷蘸上封闭胶，在裂缝表面来回涂刷，确保裂缝区域均能被胶液覆盖。
d. 其他要求及注意事项与前一节相同。
（二）粘贴芳纶纤维
芳纶纤维布加固施工程序如下：
施工准备→ 构件表面处理→涂抹底胶→ 粘贴芳纶纤维布 → 后期工作
（1）、施工准备
a. 对进场的芳纶纤维布进行严格的质量把关，按规定进行抽检，质量合格方可使用；
b. 施工前应对粘贴部位混凝土的表面含水率及所处环境温度进行测量，若混凝土表层含水率＞4％或环境温度＜5℃，则应采取措施，在达到要求后方可进行施工；
（2）、对混凝土构件表面清理
a. 用钢丝轮角磨机清除混凝土表面的劣化层（剥离、蜂窝、浮浆、由于腐蚀或风化产生的水泥翻沫、脱模胶层、松散的混凝土碎屑、沥青等），并用空压机吹净，露出干净、结构坚实的表面；
b.对基面经过剔凿、处理锈蚀露筋可能有出现急剧凹陷或构件缺损的部位，用高强树脂修复平整或圆滑顺畅过渡,以确保结构件表面平整美观；
c. 对基面尖锐凸起的部位（混凝土构件交接部位、模板段差等）用混凝土磨片角磨机磨平凸起的转角和可能存在的混凝土模板接头处的阶梯状错位，用混凝土磨片角磨机进行倒角处理，打磨至圆滑（R≥10mm）；清理掉打磨后基面上的粉尘、浮渣后，用空压机吹净，确保粘贴基面上干净、无油污并充分干燥;
d. 混凝土表面经找平处理之后，在涂底胶前进行彻底清扫，必要时用丙酮清洗混凝土构件表面。
（3）、涂抹底胶
a. 在构件表面放样，确定粘贴部位；
b. 涂底胶时，要注意构件表面干燥，以指触干燥为准，否则用空压机进行干燥处理；
c. 根据标准用量，算出所涂布面积的底层树脂用量，视现场气温等实际情况，确保在适用期内一次用完，按比例把底胶混合搅拌均匀；
d. 用滚筒刷或毛刷均匀、无遗漏地将底胶涂在需补强的混凝土表面，底胶涂布面边界应不小于所粘贴的芳纶纤维布大小；
e.等底胶凝胶至指触干燥（视施工现场气温情况，一般需1小时左右）后，如发现表面有突起毛刺，应用砂布打磨光顺，注意不能将底胶层打磨穿,如有打磨穿的局部应重复操作步骤。
（4）、涂抹底层浸渍树脂
a. 把浸渍树脂的主剂、固化剂按一定比例放入容器，按同一方向匀速搅拌。充分搅拌之后，树脂中含有大量气泡，待气泡减少后再使用;
b. 用滚动毛刷浸渍树脂均匀涂在混凝土表面。树脂用量按标准规定采用;
（5）、粘贴芳纶纤维布
芳纶纤维布按裁剪图进行粘贴，用胶辊在纤维布上沿纤维方向施加压力并反复碾压，使树脂胶液充分浸渍碳纤维布，消除气泡和除去多余树脂，使纤维和底层充分粘接；
（6）、.涂外层浸渍树脂
底层的树脂浸透纤维布后，马上在外层还要再涂一遍树脂。用滚筒沿芳纶布纤维方向均匀地涂抹树脂，并反复滚压以赶除残留气泡，芳纶布里外层都浸饱树脂，芳纶纤维布、树脂和混凝土构件粘结成一体。
（7）、养护
a. 树脂初期硬化时表面若附着水份，会影响树脂硬化过程的效果。为防止水份附着，用PVC膜覆盖养护。硬化过程中，采用防水帆布遮住施工区域，防止雨水对粘贴质量造成影响。
b. .施工完成后，要复原因施工所搬移、拆撤的设施。在复原这些设施时，要认真、小心操作，避免对芳纶纤维布维修层表面造成损坏。
五、未来与展望
此次两座桥梁体加固后进行四年观察,结果表明梁体裂缝没有任何发展,桥梁受力得到很大的改善,从通车近四年的观测来看,也未发现任何异常情况,表明加固是成功的。
芳纶纤维是加固桥梁经济、安全、可靠的新型材料，施工工期短，综合费用低廉。加固后不影响原结构外形美观，不增加附加荷载，对基础结构不会增加额外承重荷载。加固后内实外美，表面平整，线形流畅。芳纶纤维加固对缩短工期，减少投资费用，保证既有线列车运营下桥梁结构加固，进行了有益的探索。
针对此次加固维修以下几点需要完善：
1、防水层更换材料需要采用水性高分子防水材料较为合理，首先清理后桥面板不会是理想化干燥洁净，同时由于施工请示时间（开天窗时间）限制，造成TQF-Ⅰ型防水材料与桥面混凝土基层脱层现象，影响防水效果。BMC-Ⅱ防水材料以成功解决脱层不足现象。
2、纤维加固应加强预施应力，从解决应力方面应该提前施加体外预应力后，铺设芳纶纤维，芳纶粘结强度到达后，拆除体外预应力，以满足芳纶材料抗拉特性。
参考文献
[1] 《混凝土结构加固技术规范》中国工程建设标准化协会标准 (CECS25：90)；
[2] 《粘贴纤维和材料加固混凝土结构施工与验收规定》建设部建筑物鉴定与加固规范管理委员会
[3] 《纤维片材加固修复混凝土结构技术规程》）中国工程建设标准化协会标准；
[3] 《钢筋混凝土结构》（上册）， 范家骥等，中国建筑工业出版社；
[4] 《FRP补强加固混凝土技术资料——材料性能》；
[5] 《FRP补强加固混凝土技术资料——施工工艺》；
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