建筑结构胶在桥梁上的应用

来源：结构工程师发布时间：2013-04-05 结构工程师辅导视频评论

    建筑结构胶1979年在我国出现应用并开始进行研发，经历了30个年头。因适逢与我国改革开放的大好时机同步，适应于建筑行业的科技进步和市场需求，得到了飞速发展，获得举世瞩目的进步。
　　建筑结构胶从无到有、由小到大。初期只是一两个胶种的科研成果，现已成为重要的化学建材。她促进上游原材料的发展，带动下游施工工艺的变革，自身成为一种行业；其胶种已成系列，应用不断拓展。尤其近几年来，已从单纯应用于一般建筑物的加固、补强，发展到为建筑物改造，新建建筑物现场施工等多种应用中，并且还在交通　（公路、铁路）、水利、市政、隧道、应急抢修、抗震救灾等各个领域中应用[1]；且应用于桥梁加固，新桥建设更是这些领域中发展最为迅速的热点、亮点。
    其原因，一方面是建筑结构胶在建筑物加固与改造施工中应用的几十年里，积累了丰富的经验，建筑结构胶在胶种、质量等自身水平有了很大提高。另一方面是我国这些年来交通事业的大发展：老、旧桥梁需要加固、维修；新建桥的需求，更激活了此类胶种的应用。
　　1  桥梁用建筑结构胶类型
　　桥梁用建筑结构胶现今已发展成为系列胶种，虽无统一的分类，为了方便，可按用途不同而分成两大类：
　　其一，加固补强用结构胶包括：
　　桥梁加固用粘钢结构胶、桥梁加固用碳纤维结构胶、桥梁加固用植筋锚固胶、桥梁加固用裂缝灌浆胶等。
　　其二，新建桥梁用结构胶包括：
　　节段拼装用结构胶、钢桥桥面用铺装胶、特殊环境下施工用胶等。
　　目前研发与市场上的胶种，均为改性环氧树脂常温固化型。举例说明。
　　2  桥梁用加固补强结构胶
　　2.1 桥梁用加固补强结构胶
　　桥梁结构胶是属于建筑结构胶的一类，她有建筑用胶的共同性能要求。如自身强度好，粘接性能高，耐候性能优等优点，其作用亦是在使用不同方式进行粘接后，提高桥梁的负载能力，更安全运行，延长使用寿命等等。最基本的要求是应通过桥梁结构胶的粘接作用，使粘贴于被加固桥梁处的补强材料（钢板、纤维等）与桥梁共同工作。
主要不同点有：所受载荷为动载。因而所用加固的胶粘剂必须具有能承受长期的疲劳荷载能力和耐久性，这十分重要。因此桥梁结构胶应具有更好的强韧性和耐疲劳、耐久性；这必然增加胶粘剂开发、生产的难度。另一特点是施工工艺性能要求更高。其中包括有合适的使用期，因为每次用胶量较大，施工粘接面积大，必须满足这种特殊要求。胶种的固化条件更苛刻，因为施工均为野外露天作业，所以桥梁结构胶固化特性应满足恶劣环境及温度变化巨大的要求。而耐老化要求更高。因为桥梁全是野外，尤其是海边桥梁，或跨海大桥，还要求增加抗盐雾、海水的浸蚀性能。因此桥梁用胶的要求比一般建筑用胶的要求更高、更严、更苛刻。

、

　　2.2 桥梁加固粘钢用胶
　　中科院大连化物所近年来，将原来用于动荷载耐疲劳用胶加以完善，开发了桥梁加用固胶。其主要组分是韧性更好的改性环氧树脂，耐老化的固化剂，再配以各种助剂，以改进其施工工艺要求。该胶在耐疲劳上优良，曾经在中国建科院和上海建科院进行过耐动载荷疲劳试验（超过200万次），均有良好结果，已用于多项工程中。其具体性能指标见表1.
　　该胶的应用实例不少，现举几例：
　　其一：山西阳泉姚河大桥加固
　　姚河大桥位于山西省阳泉市内姚河之上，l995年建成通车，是307国道车辆和市内车辆通过姚河的主要通道。10多年的超负荷运行，使大桥承载能力大大降低，且近几年，大型车辆和超载车辆的增多，使得原设计的承载能力已达不到现在实际公路运行要求。为保证大桥的安全正常运行，缩短施工周期，降低工程造价，须对大桥进行加固处理。建设单位：山西省阳泉市建设局。设计单位：太原市政工程设计院。施工单位：河北华路特种工程有限公司。大桥加固施工主要应用了中国科学院大连化学物理研究所、大连凯华新技术工程有限公司发明的粘钢加固新技术，使用JGN-I (A)桥梁粘钢加固专用胶粘剂，粘钢面积3000平方米，用胶量达24吨，2006年4月10日开工，6月30日完工。
　　其二：武汉长江二桥加固
　　武汉长江二桥概况：武汉长江二桥是l995年6月通车。全桥长4678m，正桥l877 m，主跨400 m，桥面宽度26.5～33.5 m，日通车能力为5万辆机动车。桥下通航净空为24 m，系双塔双索面预应力钢筋混凝土斜拉桥。其主跨桥面宽度在亚洲及国内已建成的同类型桥中位居第一；作为斜拉桥的主跨跨度，在世界已建成的同类型桥中也名列前茅，是一座具有20世纪90年代水平和风格的桥梁。武汉长江二桥的建成，使武汉三镇交通内环线贯通，促进了经济建设的发展。
　　武汉市从2000年起跟踪监测长江二桥正桥、引桥箱梁，发现桥梁的下弯变形和梁体裂缝呈发展趋势。2006年7月原设计单位．中铁大桥局设计院接受委托对该桥进行了全面检测，同年8月该院提交报告称，二桥已发现的问题主要有三种：
　　一是预应力混凝土裂纹较多，共3812条。
　　二是两岸连续钢构l25 m边跨跨中下挠严重。从2000年至今的连续5年观测结果显示，连续钢构梁年均下挠2cm。
　　三是部分裂纹情况严重的梁段结构强度及刚度有所下降。
　　病因：长期超负荷运行造成。采用的主要维修加固方法：粘钢、粘贴碳纤维、植筋、预应力等。
　　维修加固工期：2006年10月～2007年8月.
　　粘钢加固情况：加固面积约70002，混凝土箱梁腹板(内外)粘贴钢板，两层钢板(水平粘贴／45°粘贴)，钢板规格长7 m／12 m／2l m，宽l50 mm／200 mm／300 mm，厚6 mm。
　　加固用胶：大连凯华桥梁动荷载粘钢胶，用量：约50吨。
　　2.3 碳纤维加固桥梁用结构胶
　　自上世纪末，碳纤维加固在建筑物中应用以来，近年亦向桥梁领域发展。与粘钢加固一样，目前均为改性环氧树脂及固化剂所组成。其性能指标要求如下[2,3].
中科院大连化物所开发的专供桥梁用碳纤维胶，其性能列见表2。

　　用碳纤维胶粘贴碳纤维加固桥梁的实例很多，以下是实例：
　　其一：湖北巴东谭家梁子大桥碳纤维加固工程（2004）
　　巴东谭家梁子大桥为悬臂梁结构，全长160m，完工于l997年，系三峡移民资金投建，工程造价约1500万元人民币。大桥设计：武汉市政设计研究院；施工：中铁十三局(大连)；监理：武汉市政监理公司；业主：巴东县建设局。大桥自建成后，由于工程质量问题(桥面中间下挠100～200mm，腹板开裂等)，未通过验收。经专家委员会鉴定、论证，拟采用粘贴碳纤维布加固等方法予以修复。谭家粱子大桥加固工程总包方是中铁十三局，其余各方仍不变。在粘贴碳纤维布加固工程招标中，业主指定此次加固工程材料为大连觊华公司的凯华牌碳纤维结构胶和英国产碳纤维布。
　　其二：天津某公路桥加固工程[4]
　　该公路桥的主桥系一座五跨(48＋3×64＋48) m 连续的预应力混凝土连续箱梁，引桥为跨度32m的预应力混凝土简支T 梁。主跨的箱梁采用三向预应力体系。纵向预应力采用7Ф5mm的钢绞线，腹板竖向预应力采用Ф25mm冷拉Ⅳ级粗钢筋，顶板和横隔板的横向预应力为24Ф5mm高强平行钢丝束。
　　2.3.1  主梁裂缝情况
　　该桥在运行若干年后，在对桥梁现状进行检查时发现，主梁腹板、顶板、横隔板、底板均有不少裂缝。腹板的内外侧均有裂缝，裂缝大多呈斜向和水平向，长度从几米到几十米，宽度在0.3mm以下。顶板的裂缝发生在其底面，有纵向裂缝，也有横向裂缝。但数量较少，裂缝宽度为0.2mm以下。箱梁庶板裂缝均发生在其外侧，主要为纵向裂缝，裂缝宽度为0.1～0.2mm以下。
　　2.3.2  裂缝处治方法
　　腹板裂缝处治：考虑到腹板上的裂缝较多，且宽度较大。采用了加厚腹板和粘贴碳纤维片材相结合的方法。即腹板内侧，采用在箱梁腹板内侧加浇一层20cm厚腹板，并施加竖向预应力，以改善箱梁腹板受力状态；对于腹板外侧，先对裂缝进行压力灌浆，然后在表面粘贴碳纤维片材。
顶板、底板裂缝处治：顶板、底板上的裂缝，根据每跨梁内裂缝实际情况，先进行封闭或压浆，对有裂缝的区段(主要集中在跨中10～30m 范围内)全部粘贴碳纤维片材进行补强。
　　2.3.3  加固处治效果
　　为检验加固效果及经过加固处治后能否满足设计要求和运营条件，对该桥进行了静动载试验，试验结果表明：经过加固处治后．梁体受力状态良好，可以恢复按原设计荷载汽—超20通车，且通车后至今粱体受力完全正常。关于桥梁用植筋胶、灌浆胶，它们与建筑物加固相似，不再赘述。
　　3  新建桥梁用结构胶
　　3.1 节段拼装用结构胶
　　近几年我国公路网的建设飞速发展，与此同时大、中城市快速轨道建设也越来越多，市政建设中各类立交桥也不断涌现，因此在桥梁建设中，为适应新的发展要求，已经向国际先进水平迈进，新建桥梁向预制化、工厂化、大型化方向发展，即采用预制构件在建桥现场进行节段拼装。此种施工新工艺，具有施工速度快、质量控制好、占地面积小、混凝土收缩徐变小，竣工后桥梁线型变化较小等优点。它的应用对城市、对环境影响小，施工架设较简单，机械化程度高，外形美观等而广受青睐，得到广泛应用。我国一些大型桥梁均采用此工艺。如江苏苏通大桥、福建厦门集美大桥等。
　　建设此类大桥就是要使用一种拼接用结构胶。它的性能要全面，特别是工艺性能要求很高，国内已有少数单位开发了此类胶种。表3列出其性能。

　　表中两胶性能指标均能达到使用要求，并且与同类进口产品相当，满足施工需要，经在建桥中试用，反映与进口胶无异，而用国产胶其成本则大大下降。
　　3.2 桥梁钢桥面铺装用结构胶
　　近年来我国大跨度、长桥面的钢桥面的采用是很普遍的，因为此种桥面具有节约投资、减轻静载、施工方便等诸多优点。如南京长江二桥、上海沪浦大桥、厦门海昌大桥等，均采用钢桥桥面。
　　众所周知在钢桥桥面上直接铺设混凝土或沥青路面是不行的：这样会在车辆行驶中因钢桥桥面的形变以及轮胎的冲击等，将使其沥青路面剥落、开裂、变形；其原因是沥青路面与钢板粘接不牢。为解决这一难题不少专家曾采用过一些办法，如在沥青层与钢板间增加一粘接层，如用溶剂型胶（福建某桥）或者热熔胶（江苏某桥），有效果但不很理想。
　　南京长江二桥采用环氧类桥面结构胶（进口）较好的解决了此难题。此类胶种自身强度好、粘接力高；综合考虑使用效果、铺装成本、铺装工艺、钢板处理等诸多因素，环氧类结构胶比较适合我国国情。此类胶种是近年发展迅速的一类桥梁桥面使用的结构胶。表4列出一种钢板桥面结构胶的主要技术指标。
　　该类胶种已经在上海沪浦大桥桥面大修、海沧大桥维修中应用，效果良好。另一成功应用实例是重庆市内的某立交桥（用四川省的胶）,经过多年使用，亦有良好效果。
　　3.3 发展桥梁用结构胶满足市场需求
　　桥梁用建筑结构胶的广泛应用，促进了老、旧、病桥加固技术的革新；新桥建设用各类胶种的推广，推动了桥梁建设的技术进步；这些又促使桥梁用胶市场的拓展。
　　据统计，我国现有公路桥梁约72万余座。这些桥梁在使用中的老化病害及灾害事件造成的损坏等，每年都有数万座之多，桥梁加固及正常维修的任务十分繁重（不包括市政建设中的众多桥梁，不包括乡镇小的公路桥梁等）。另一方面是新建公路每年数量巨大，桥梁不少；也在采用更多的新技术，使用新材料（如结构胶），其市场亦广。这些均使结构胶用量大增。由于我国建桥技术的进步，已逐步向海外发展。今年湖北某公司在马来西亚和印尼援建两座新桥，采用节段拼装法。可预见海外市场也会不断扩大。这些都会使桥梁用结构胶在今后有飞速发展。表5列出近期我国拼装法施工的部分新建桥

　　在其满足市场需求的同时，进一步研发各类高水平的专用结构胶也是一个重要的课题。我国结构胶从整体水平上看与国外先进的距离虽在缩小，但仍有差距，主要反映在其优质原料的供应，工艺性能的要求，施工机械化、现场质量检测上等，因此开发高性能结构胶、水下施工结构胶、绿色环保用胶、快速修补用胶及应用技术均是应关心的课题。
　　综合前述，桥梁用胶已有了很好的开端，市场需要又提供了广阔前景，可以相信，经大家努力会更上一层楼，取得更大的成就！

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