建筑結(jié)構(gòu)膠在橋梁上的應(yīng)用

　　建筑結(jié)構(gòu)膠1979年在我國出現(xiàn)應(yīng)用并開始進(jìn)行研發(fā)，經(jīng)歷了30個(gè)年頭。因適逢與我國改革開放的大好時(shí)機(jī)同步，適應(yīng)于建筑行業(yè)的科技進(jìn)步和市場需求，得到了飛速發(fā)展，獲得舉世矚目的進(jìn)步。

　　建筑結(jié)構(gòu)膠從無到有、由小到大。初期只是一兩個(gè)膠種的科研成果，現(xiàn)已成為重要的化學(xué)建材。她促進(jìn)上游原材料的發(fā)展，帶動(dòng)下游施工工藝的變革，自身成為一種行業(yè)；其膠種已成系列，應(yīng)用不斷拓展。尤其近幾年來，已從單純應(yīng)用于一般建筑物的加固、補(bǔ)強(qiáng)，發(fā)展到為建筑物改造，新建建筑物現(xiàn)場施工等多種應(yīng)用中，并且還在交通�。ü�路、鐵路）、水利、市政、隧道、應(yīng)急搶修、抗震救災(zāi)等各個(gè)領(lǐng)域中應(yīng)用[1]；且應(yīng)用于橋梁加固，新橋建設(shè)更是這些領(lǐng)域中發(fā)展最為迅速的熱點(diǎn)、亮點(diǎn)。

    其原因，一方面是建筑結(jié)構(gòu)膠在建筑物加固與改造施工中應(yīng)用的幾十年里，積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，建筑結(jié)構(gòu)膠在膠種、質(zhì)量等自身水平有了很大提高。另一方面是我國這些年來交通事業(yè)的大發(fā)展：老、舊橋梁需要加固、維修；新建橋的需求，更激活了此類膠種的應(yīng)用。

　　1  橋梁用建筑結(jié)構(gòu)膠類型
　　橋梁用建筑結(jié)構(gòu)膠現(xiàn)今已發(fā)展成為系列膠種，雖無統(tǒng)一的分類，為了方便，可按用途不同而分成兩大類：

　　其一，加固補(bǔ)強(qiáng)用結(jié)構(gòu)膠包括：

　　橋梁加固用粘鋼結(jié)構(gòu)膠、橋梁加固用碳纖維結(jié)構(gòu)膠、橋梁加固用植筋錨固膠、橋梁加固用裂縫灌漿膠等。

　　其二，新建橋梁用結(jié)構(gòu)膠包括：

　　節(jié)段拼裝用結(jié)構(gòu)膠、鋼橋橋面用鋪裝膠、特殊環(huán)境下施工用膠等。

　　目前研發(fā)與市場上的膠種，均為改性環(huán)氧樹脂常溫固化型。舉例說明。

　　2  橋梁用加固補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)膠
　　2.1 橋梁用加固補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)膠
　　橋梁結(jié)構(gòu)膠是屬于建筑結(jié)構(gòu)膠的一類，她有建筑用膠的共同性能要求。如自身強(qiáng)度好，粘接性能高，耐候性能優(yōu)等優(yōu)點(diǎn)，其作用亦是在使用不同方式進(jìn)行粘接后，提高橋梁的負(fù)載能力，更安全運(yùn)行，延長使用壽命等等。最基本的要求是應(yīng)通過橋梁結(jié)構(gòu)膠的粘接作用，使粘貼于被加固橋梁處的補(bǔ)強(qiáng)材料（鋼板、纖維等）與橋梁共同工作。

主要不同點(diǎn)有：所受載荷為動(dòng)載。因而所用加固的膠粘劑必須具有能承受長期的疲勞荷載能力和耐久性，這十分重要。因此橋梁結(jié)構(gòu)膠應(yīng)具有更好的強(qiáng)韌性和耐疲勞、耐久性；這必然增加膠粘劑開發(fā)、生產(chǎn)的難度。另一特點(diǎn)是施工工藝性能要求更高。其中包括有合適的使用期，因?yàn)槊看斡媚z量較大，施工粘接面積大，必須滿足這種特殊要求。膠種的固化條件更苛刻，因?yàn)槭┕ぞ鶠橐巴饴短熳鳂I(yè)，所以橋梁結(jié)構(gòu)膠固化特性應(yīng)滿足惡劣環(huán)境及溫度變化巨大的要求。而耐老化要求更高。因?yàn)闃蛄喝�是野外，尤其是海邊橋梁，或跨海大橋，還要求增加抗鹽霧、海水的浸蝕性能。因此橋梁用膠的要求比一般建筑用膠的要求更高、更嚴(yán)、更苛刻。

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　　2.2 橋梁加固粘鋼用膠
　　中科院大連化物所近年來，將原來用于動(dòng)荷載耐疲勞用膠加以完善，開發(fā)了橋梁加用固膠。其主要組分是韌性更好的改性環(huán)氧樹脂，耐老化的固化劑，再配以各種助劑，以改進(jìn)其施工工藝要求。該膠在耐疲勞上優(yōu)良，曾經(jīng)在中國建科院和上海建科院進(jìn)行過耐動(dòng)載荷疲勞試驗(yàn)（超過200萬次），均有良好結(jié)果，已用于多項(xiàng)工程中。其具體性能指標(biāo)見表1.
　　該膠的應(yīng)用實(shí)例不少，現(xiàn)舉幾例：

　　其一：山西陽泉姚河大橋加固
　　姚河大橋位于山西省陽泉市內(nèi)姚河之上，l995年建成通車，是307國道車輛和市內(nèi)車輛通過姚河的主要通道。10多年的超負(fù)荷運(yùn)行，使大橋承載能力大大降低，且近幾年，大型車輛和超載車輛的增多，使得原設(shè)計(jì)的承載能力已達(dá)不到現(xiàn)在實(shí)際公路運(yùn)行要求。為保證大橋的安全正常運(yùn)行，縮短施工周期，降低工程造價(jià)，須對大橋進(jìn)行加固處理。建設(shè)單位：山西省陽泉市建設(shè)局。設(shè)計(jì)單位：太原市政工程設(shè)計(jì)院。施工單位：河北華路特種工程有限公司。大橋加固施工主要應(yīng)用了中國科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所、大連凱華新技術(shù)工程有限公司發(fā)明的粘鋼加固新技術(shù)，使用JGN-I (A)橋梁粘鋼加固專用膠粘劑，粘鋼面積3000平方米，用膠量達(dá)24噸，2006年4月10日開工，6月30日完工。

　　其二：武漢長江二橋加固
　　武漢長江二橋概況：武漢長江二橋是l995年6月通車。全橋長4678m，正橋l877 m，主跨400 m，橋面寬度26.5～33.5 m，日通車能力為5萬輛機(jī)動(dòng)車。橋下通航凈空為24 m，系雙塔雙索面預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土斜拉橋。其主跨橋面寬度在亞洲及國內(nèi)已建成的同類型橋中位居第一；作為斜拉橋的主跨跨度，在世界已建成的同類型橋中也名列前茅，是一座具有20世紀(jì)90年代水平和風(fēng)格的橋梁。武漢長江二橋的建成，使武漢三鎮(zhèn)交通內(nèi)環(huán)線貫通，促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展。

　　武漢市從2000年起跟蹤監(jiān)測長江二橋正橋、引橋箱梁，發(fā)現(xiàn)橋梁的下彎變形和梁體裂縫呈發(fā)展趨勢。2006年7月原設(shè)計(jì)單位．中鐵大橋局設(shè)計(jì)院接受委托對該橋進(jìn)行了全面檢測，同年8月該院提交報(bào)告稱，二橋已發(fā)現(xiàn)的問題主要有三種：

　　一是預(yù)應(yīng)力混凝土裂紋較多，共3812條。

　　二是兩岸連續(xù)鋼構(gòu)l25 m邊跨跨中下?lián)蠂?yán)重。從2000年至今的連續(xù)5年觀測結(jié)果顯示，連續(xù)鋼構(gòu)梁年均下?lián)?cm。

　　三是部分裂紋情況嚴(yán)重的梁段結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及剛度有所下降。

　　病因：長期超負(fù)荷運(yùn)行造成。 采用的主要維修加固方法：粘鋼、粘貼碳纖維、植筋、預(yù)應(yīng)力等。

　　維修加固工期：2006年10月～2007年8月.
　　粘鋼加固情況：加固面積約70002，混凝土箱梁腹板(內(nèi)外)粘貼鋼板，兩層鋼板(水平粘貼／45°粘貼)，鋼板規(guī)格長7 m／12 m／2l m，寬l50 mm／200 mm／300 mm，厚6 mm。

　　加固用膠：大連凱華橋梁動(dòng)荷載粘鋼膠，用量：約50噸。

　　2.3 碳纖維加固橋梁用結(jié)構(gòu)膠
　　自上世紀(jì)末，碳纖維加固在建筑物中應(yīng)用以來，近年亦向橋梁領(lǐng)域發(fā)展。與粘鋼加固一樣，目前均為改性環(huán)氧樹脂及固化劑所組成。其性能指標(biāo)要求如下[2,3].
中科院大連化物所開發(fā)的專供橋梁用碳纖維膠，其性能列見表2。

　　用碳纖維膠粘貼碳纖維加固橋梁的實(shí)例很多，以下是實(shí)例：

　　其一：湖北巴東譚家梁子大橋碳纖維加固工程（2004）
　　巴東譚家梁子大橋?yàn)?a href='../../zsk/ct.asp?id=8610' target='_blank' style='font-size:1em; border-bottom:1px dotted blue;'>懸臂梁結(jié)構(gòu)，全長160m，完工于l997年，系三峽移民資金投建，工程造價(jià)約1500萬元人民幣。大橋設(shè)計(jì)：武漢市政設(shè)計(jì)研究院；施工：中鐵十三局(大連)；監(jiān)理：武漢市政監(jiān)理公司；業(yè)主：巴東縣建設(shè)局。大橋自建成后，由于工程質(zhì)量問題(橋面中間下?lián)?00～200mm，腹板開裂等)，未通過驗(yàn)收。經(jīng)專家委員會鑒定、論證，擬采用粘貼碳纖維布加固等方法予以修復(fù)。譚家粱子大橋加固工程總包方是中鐵十三局，其余各方仍不變。在粘貼碳纖維布加固工程招標(biāo)中，業(yè)主指定此次加固工程材料為大連覬華公司的凱華牌碳纖維結(jié)構(gòu)膠和英國產(chǎn)碳纖維布。

　　其二：天津某公路橋加固工程[4]
　　該公路橋的主橋系一座五跨(48＋3×64＋48) m 連續(xù)的預(yù)應(yīng)力混凝土連續(xù)箱梁，引橋?yàn)榭缍?2m的預(yù)應(yīng)力混凝土簡支T 梁。主跨的箱梁采用三向預(yù)應(yīng)力體系�？v向預(yù)應(yīng)力采用7Ф5mm的鋼絞線，腹板豎向預(yù)應(yīng)力采用Ф25mm冷拉Ⅳ級粗鋼筋，頂板和橫隔板的橫向預(yù)應(yīng)力為24Ф5mm高強(qiáng)平行鋼絲束。

　　2.3.1  主梁裂縫情況
　　該橋在運(yùn)行若干年后，在對橋梁現(xiàn)狀進(jìn)行檢查時(shí)發(fā)現(xiàn)，主梁腹板、頂板、橫隔板、底板均有不少裂縫。腹板的內(nèi)外側(cè)均有裂縫，裂縫大多呈斜向和水平向，長度從幾米到幾十米，寬度在0.3mm以下。頂板的裂縫發(fā)生在其底面，有縱向裂縫，也有橫向裂縫。但數(shù)量較少，裂縫寬度為0.2mm以下。箱梁庶板裂縫均發(fā)生在其外側(cè)，主要為縱向裂縫，裂縫寬度為0.1～0.2mm以下。

　　2.3.2  裂縫處治方法
　　腹板裂縫處治：考慮到腹板上的裂縫較多，且寬度較大。采用了加厚腹板和粘貼碳纖維片材相結(jié)合的方法。即腹板內(nèi)側(cè)，采用在箱梁腹板內(nèi)側(cè)加澆一層20cm厚腹板，并施加豎向預(yù)應(yīng)力，以改善箱梁腹板受力狀態(tài)；對于腹板外側(cè)，先對裂縫進(jìn)行壓力灌漿，然后在表面粘貼碳纖維片材。

頂板、底板裂縫處治：頂板、底板上的裂縫，根據(jù)每跨梁內(nèi)裂縫實(shí)際情況，先進(jìn)行封閉或壓漿，對有裂縫的區(qū)段(主要集中在跨中10～30m 范圍內(nèi))全部粘貼碳纖維片材進(jìn)行補(bǔ)強(qiáng)。

　　2.3.3  加固處治效果
　　為檢驗(yàn)加固效果及經(jīng)過加固處治后能否滿足設(shè)計(jì)要求和運(yùn)營條件，對該橋進(jìn)行了靜動(dòng)載試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果表明：經(jīng)過加固處治后．梁體受力狀態(tài)良好，可以恢復(fù)按原設(shè)計(jì)荷載汽—超20通車，且通車后至今粱體受力完全正常。關(guān)于橋梁用植筋膠、灌漿膠，它們與建筑物加固相似，不再贅述。

　　3  新建橋梁用結(jié)構(gòu)膠
　　3.1 節(jié)段拼裝用結(jié)構(gòu)膠
　　近幾年我國公路網(wǎng)的建設(shè)飛速發(fā)展，與此同時(shí)大、中城市快速軌道建設(shè)也越來越多，市政建設(shè)中各類立交橋也不斷涌現(xiàn)，因此在橋梁建設(shè)中，為適應(yīng)新的發(fā)展要求，已經(jīng)向國際先進(jìn)水平邁進(jìn)，新建橋梁向預(yù)制化、工廠化、大型化方向發(fā)展，即采用預(yù)制構(gòu)件在建橋現(xiàn)場進(jìn)行節(jié)段拼裝。此種施工新工藝，具有施工速度快、質(zhì)量控制好、占地面積小、混凝土收縮徐變小，竣工后橋梁線型變化較小等優(yōu)點(diǎn)。它的應(yīng)用對城市、對環(huán)境影響小，施工架設(shè)較簡單，機(jī)械化程度高，外形美觀等而廣受青睞，得到廣泛應(yīng)用。我國一些大型橋梁均采用此工藝。如江蘇蘇通大橋、福建廈門集美大橋等。

　　建設(shè)此類大橋就是要使用一種拼接用結(jié)構(gòu)膠。它的性能要全面，特別是工藝性能要求很高，國內(nèi)已有少數(shù)單位開發(fā)了此類膠種。表3列出其性能。

　　表中兩膠性能指標(biāo)均能達(dá)到使用要求，并且與同類進(jìn)口產(chǎn)品相當(dāng)，滿足施工需要，經(jīng)在建橋中試用，反映與進(jìn)口膠無異，而用國產(chǎn)膠其成本則大大下降。

　　3.2 橋梁鋼橋面鋪裝用結(jié)構(gòu)膠
　　近年來我國大跨度、長橋面的鋼橋面的采用是很普遍的，因?yàn)榇朔N橋面具有節(jié)約投資、減輕靜載、施工方便等諸多優(yōu)點(diǎn)。如南京長江二橋、上海滬浦大橋、廈門海昌大橋等，均采用鋼橋橋面。

　　眾所周知在鋼橋橋面上直接鋪設(shè)混凝土或?yàn)r青路面是不行的：這樣會在車輛行駛中因鋼橋橋面的形變以及輪胎的沖擊等，將使其瀝青路面剝落、開裂、變形；其原因是瀝青路面與鋼板粘接不牢。為解決這一難題不少專家曾采用過一些辦法，如在瀝青層與鋼板間增加一粘接層，如用溶劑型膠（福建某橋）或者熱熔膠（江蘇某橋），有效果但不很理想。

　　南京長江二橋采用環(huán)氧類橋面結(jié)構(gòu)膠（進(jìn)口）較好的解決了此難題。此類膠種自身強(qiáng)度好、粘接力高；綜合考慮使用效果、鋪裝成本、鋪裝工藝、鋼板處理等諸多因素，環(huán)氧類結(jié)構(gòu)膠比較適合我國國情。此類膠種是近年發(fā)展迅速的一類橋梁橋面使用的結(jié)構(gòu)膠。表4列出一種鋼板橋面結(jié)構(gòu)膠的主要技術(shù)指標(biāo)。

　　該類膠種已經(jīng)在上海滬浦大橋橋面大修、海滄大橋維修中應(yīng)用，效果良好。另一成功應(yīng)用實(shí)例是重慶市內(nèi)的某立交橋（用四川省的膠）,經(jīng)過多年使用，亦有良好效果。

　　3.3  發(fā)展橋梁用結(jié)構(gòu)膠滿足市場需求
　　橋梁用建筑結(jié)構(gòu)膠的廣泛應(yīng)用，促進(jìn)了老、舊、病橋加固技術(shù)的革新；新橋建設(shè)用各類膠種的推廣，推動(dòng)了橋梁建設(shè)的技術(shù)進(jìn)步；這些又促使橋梁用膠市場的拓展。

　　據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國現(xiàn)有公路橋梁約72萬余座。這些橋梁在使用中的老化病害及災(zāi)害事件造成的損壞等，每年都有數(shù)萬座之多，橋梁加固及正常維修的任務(wù)十分繁重（不包括市政建設(shè)中的眾多橋梁，不包括鄉(xiāng)鎮(zhèn)小的公路橋梁等）。另一方面是新建公路每年數(shù)量巨大，橋梁不少；也在采用更多的新技術(shù)，使用新材料（如結(jié)構(gòu)膠），其市場亦廣。這些均使結(jié)構(gòu)膠用量大增。由于我國建橋技術(shù)的進(jìn)步，已逐步向海外發(fā)展。今年湖北某公司在馬來西亞和印尼援建兩座新橋，采用節(jié)段拼裝法�？深A(yù)見海外市場也會不斷擴(kuò)大。這些都會使橋梁用結(jié)構(gòu)膠在今后有飛速發(fā)展。表5列出近期我國拼裝法施工的部分新建橋

　　在其滿足市場需求的同時(shí)，進(jìn)一步研發(fā)各類高水平的專用結(jié)構(gòu)膠也是一個(gè)重要的課題。我國結(jié)構(gòu)膠從整體水平上看與國外先進(jìn)的距離雖在縮小，但仍有差距，主要反映在其優(yōu)質(zhì)原料的供應(yīng)，工藝性能的要求，施工機(jī)械化、現(xiàn)場質(zhì)量檢測上等，因此開發(fā)高性能結(jié)構(gòu)膠、水下施工結(jié)構(gòu)膠、綠色環(huán)保用膠、快速修補(bǔ)用膠及應(yīng)用技術(shù)均是應(yīng)關(guān)心的課題。

　　綜合前述，橋梁用膠已有了很好的開端，市場需要又提供了廣闊前景，可以相信，經(jīng)大家努力會更上一層樓，取得更大的成就！

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