聚合物砂浆在桥梁预防性养护中的应用

通过在G312线三座桥梁的预防性养护及在S308线部分路段的桥梁水毁修复工程中，应用聚合物砂浆。从认识聚合物砂浆并能有针对性的运用聚合物砂浆的优良性能，维修和处治了桥梁的病害。利用聚合物砂浆具有的特殊性能，完成对桥梁的预防性养护任务，维修效果明显。现对聚合物砂浆的机理及应用情况，在施工中细节问题，现做一个的介绍。
英美对聚合物材料运于路面工程上个世纪三十年代，并及时的审报专利。我国在这一方面的研究较晚，是在这十年间才有所发展的。第六届国际聚合物混凝土会议于1990年在上海召开，是国际聚合物混凝土领域学者的一次大聚会。聚合物砂浆具有高强、耐腐蚀、耐磨损等优越力学性能及其不可替代物理性能，品种多。西方发达国家都已将其作为大宗的化学建材，普遍应用。
1 聚合物砂浆优良的改性机理
聚合物胶液加入特殊的水泥砂浆中后，随着水泥水化吸收水分，失水后的聚合物颗粒逐渐聚集，形成了一种三维连续的网状聚合物膜。这种膜粘附于骨料表面，水泥石也穿过聚合物网孔形成了空间连续的网状结构，两种网状结构互相穿透交结在一起，形成连续致密的基体。这种结构提高了构造物的致密程度，所以提高了强度。
2 聚合物水泥砂浆中最主要的原材料
（1）聚合物。用于砂浆改性的聚合物材料，在性能方面要求高。首先在发挥自身优点时，对砂浆整体不会带来不利影响。现常用改性砂浆的聚合物材料的种类有丁苯乳液、聚丙烯酸脂、聚乙烯醋酸脂等。乳液用于改良砂浆时会明显不足。利用聚合物乳液的共混性，设计出不同性能要求、适应不同用途的共混物用于改性砂浆。（2）矿物掺合料。矿物掺合料（硅灰、粉煤灰、矿渣等）是水泥砂浆的改性材料。将矿物掺合料和聚合物按比例掺到砂浆中，优势互补，改善了砂浆的性能。（3）水泥。聚合物改性砂浆的水泥为普通硅酸盐水泥，也可用高铝酸盐水泥。是按比例将三氧化二铝和氧化钙经熔化或煅烧，将熟料研磨后制成。（4）砂。采用天然砂或石英砂，其强度要比普通砂浆高。
3 聚合物砂浆的力学性能
根据掺聚醋酸乙烯水泥砂浆的轴拉和轴压应力-应变关系及抗弯性能。结果表面，随着聚醋酸乙烯的掺入，砂浆的轴压强度和弹性模量显著下降，但极限应变却明显增大：砂浆的轴拉强度和抗弯强度均略有提高，而极限应变、拉压强度比和弯压强度比则显著增加。因此，掺入聚醋酸乙烯能有效改善砂浆的变形力学性能，根据试验结果，聚醋酸乙烯不但具有优良的粘结性能，还具有良好的耐久性，可广泛用于新老混凝土的粘结、修补及结构加固中的钢板粘贴和表面粉刷等。
4 聚合物砂浆的应用
4.1 利用聚合物砂浆砂浆良好的粘结性与抗折、抗拉、抗冲击能力，用于构造物破损部位及小面积桥面铺装层的混凝土修补材料
在S308线关爷庙三桥，防震挡块破损，是由于结构性的剪切力破坏，近两年我们通过养护维修的方式，利用高强水泥混凝土，还采用了环氧树脂混凝土进行了维修，但是都没有达到维修效果。分析原因是虽然高强水泥混凝土与环氧树脂混凝土强度、刚度都能达到设计目标强度，但在最初成形阶段，边通车边施工，车辆通过时的振动会有所影响，在原来破坏部位，没有成形就已经破坏了，今年，我们利用上海奥茨公司提供的聚合物砂浆，进行了维修，到目前为止，达到了维修的目的，效果明显。
聚合物砂浆施工工艺及注意事项：（1）表面清理：基面的泥土、浮尘、老化及病害、破损部分及水泥浆、油污需清除干净，最好采用桥梁清洗机进行冲洗，低凹破损处先补平，基层表面要求平整、干燥、干净，含水率≤9%；（2）配料：按照质量比用电子秤称取聚合物砂浆和水（质量比FH-CR比水为100比25至30），掺拌均匀，最少要连续搅拌3～4分钟，搅拌均匀后即可施工。请按涂刷面积配料，避免过多浪费。特别是在环境温度很高时更要注意施工的适用时间；（3）涂刷：一般采用2-4遍涂刷（可以适量加水稀释，便于涂刷）。涂膜总厚度根据要求涂刷，一般2.0±0.1mm厚。每遍涂抹需待上次表干之后方可进行下道操作，结束后经自然养护2天即可。注意事项：雨雪天气、四级以上强风天气严禁施工；运输与贮存时，不同类型、规格的产品应分别堆放，不应混杂。避免日晒雨淋，贮存温度为常温贮存，保质期一年。
4.2 用于结构构件的防水
针对G312线长岭沟桥桥梁安全带部位渗水，使边板侧面及安全带部位混凝土出现了较严重的冻涨及水损坏，混凝土出现掉皮，剥落现象。我们通过材料的性能比较，择优选择了FH-CR无机聚合物砂浆，而对于状况较好的部位，则可以进行局部修复。聚合物水泥砂浆作为柔性放水材料应用时，主要是以防水涂料形式使用。我们对安全带及边板进行了局部修复与防水处治。现将施工过程介绍。
FH-CR无机聚合物砂浆施工工艺及注意事项：（1）先进行了划线，对沿安全带50CM的范围施划出开挖线，用电动镐将开挖线内的桥面沥青铺装层挖除。（2）无机聚合物砂浆的掺拌，按照质量比用电子秤称取FH-CR无机聚合物砂浆和水（质量比FH-CR比水为100比15至20），掺拌均匀，最少要连续搅拌3～4分钟。（3）参照脱落及病害部位的厚度，如果厚度在1cm以下，一次性涂抹修复。如果厚度在1cm以上，应当分多次涂抹修补，其时间间隔应当在3小时以上。
应注意以下事项：（1）在进行聚合物砂浆修补前，最好用桥梁清洗机进行清洗，重点清洗病害及脱落部位，使原基面无剥落、松散，接合面洁清，没有污染。（2）表面清理完毕即可进行初次修补，初次修补完毕后当养生3-6个小时，可直接洒水养护，也可表面覆盖塑料薄膜等保湿养生，保持表面湿润。（3）如果厚度在1～3cm，当进行中间层修补，中间层修补同初次一样。（4）最后要求对表面进行平整处理，厚度在0.5～1cm厚，要求表面平整，尽量恢复原有截面原状。（5）对于修复完毕后的结构构件，应当及时组织养护保养施工，对于遭受阳光照射强烈或风干严重的地方，应当考虑使用表面封闭材料如湿布、塑料薄膜等进行养护。对于养护的构件，养护时间不得少于3天。（6）修复梁体的施工根据梁体混凝土脱落厚度选择不同的修复次数。 　　这种FH-CR聚合物水泥砂浆（修补并能防水砂浆）上海法赫桥梁隧道养护工程技术有限公司已经在我段进行了推广，主要应用于混凝土结构及桥梁铺装层等部位的防水维修，并做了桥梁不面积的水损坏修补材料，主要有以下五点理由。
4.3 对该桥墩柱进行了维修
长岭沟桥桥底为园柱式桥墩，扩大基础。桥下常年流水，雨季常伴有流砂，冬季结冰期长。经过多年雨季洪水伴着流砂的冲击，加上冬季冰冻的侵蚀，现柱体表面混凝土出现剥落、破损、水损坏现象。造成柱体露筋。我们充分考虑了该柱体的破坏机理。利用FH聚合物水泥砂浆较好的防腐蚀性，并有很好的防水性能，在该柱体的维修部位使用。同时进行了其他材料的性能对比。因此在许多防腐蚀场合得到应用，现介绍一下该柱体的施工。
（1）表面清理：基面的破损、水损坏及露筋部分，采用桥梁清洗机加砂进行冲洗，并使有病害的部分全部冲洗干净，等表面风干，无明显水痕，用将低凹破损处用FH-CR无机聚合物砂浆先补平，表面要求基本。（2）配料：按照质量比用电子秤称取FH-CTR1聚合物水泥砂浆和水（质量比FH-CTR1比水为100比15至20），掺拌均匀，最少要连续搅拌2～4分钟，搅拌均匀后即可施工。请按涂刷面积配料，避免过多浪费。也要注意环境温度，在温度很高时注意施工的适用时间；（3）涂刷：一般采用1-2遍涂刷，以适量加水稀释，便于涂刷。涂膜总厚度根据要求涂刷，一般1.0±0.1mm厚。每遍涂抹需待上次表干之后方可进行下道操作，结束后经自然养护2-3天即可。
4.4 其它
聚合物水泥砂浆还用于如表面装饰装修和保护层，铺面材料和道路路面等等。这些运用还有等于我们进一步的学习与具体的实践。
5 施工中存在的问题与不足
（1）施工中还有好多工艺不够精细，对先进行的机械设备的掌握和了解不足，如在聚合物砂浆的拌制中，我们还采用的是小型机具配合人工的方法，使拌合不够均匀，也不利于节约人力，节省材料。（2）还有更好的新材料，我们没有去挖掘，去学习掌握，如，运用聚合物砂浆的抗变形能力较强的特点，可以用于修复缝宽较大（0.3-5CM之间）的裂缝，且这种聚合物砂浆还可以渗入到混凝土中的毛细孔中，达到新旧合一的效果。（3）施工作业人员技术层次不齐，有的技术较强，能够达到并保证维修效果。反之，同一种材料，同一种施工工艺，所做出来的效果不一样，这给我们的后续效果评价工作带来许多不利的影响，尤待我们以后逐步解决。
6 今后的打算与发展方向
通过更多的工程实践，综合性的运用新材料，新工艺，制定切实可行的工艺流程及并及时的进行效果评价，为我段现有桥梁养护提供有价值的技术途径和实施手段，达到自己能做，做能做好，达到同行业先进水平，实现并能在全总段推广和应用，高质量的完成总段的桥梁的维修与加固，并及时高质量的完成预防性养护桥梁的创建任务。
7 结语
在桥梁的运营、养护阶段，对病害桥梁进行检测，并及时进行维修评价，保证桥梁的正常使用与耐久性。并能认识到结构及构件在设计寿命期内各个组成部件具有不同的耐久性极限，需要维修、加固，才能保证结构服务功能。桥梁结构的安全性、耐久性并非在设计及建设期全部完成，也不会一劳永逸，需要定期进行检测、评定、鉴定、养护、维修、更换、加固等措施。