高速铁路客运专线箱梁外观缺陷分析及修补技术

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高速铁路客运专线箱梁外观缺陷分析及修补技术

陆炳志 贾 烁
摘 要： 根据哈大铁路客运专线双城制梁场在箱梁预制中出现的外观质量缺陷，对缺陷进行分类、分析，有针对性制订修饰、修补方案，结合对方案的实施情况，不断对方案进行优化、总结，从而，归纳形成切实可行、的外观修补技术。
关键词： 客运专线、箱梁外观、修补技术、修补方案

1 哈大铁路客运专线双城制梁场的概况
中交一公局第六工程有限公司双城制梁场位于黑龙江省双城市兰陵镇金城乡,占地266亩，共计划预制后张法预应力简支箱梁630榀，工期紧，任务重，质量要求高。
2 客运专线箱梁外观质量缺陷分类及产生的原因
2.1、箱梁外观缺陷分类
缺陷分类 缺陷症状
保护层、裂缝缺陷 保护层厚度 厚度检测后，超出允许偏差范围
裂缝缺陷 表面有不同程度的裂缝
其 他缺陷 轻 微 ①孔径≥3mm、深度≥3mm的气孔；②面积≥0.1m2的麻面；
③油污；
④外表混凝土接缝大于5mm的错面；
⑤、深度小于1cm。
中 等 ①长度≥10cm、厚度≥2cm的边角缺损；
②混凝土表面不平整，有凹坑；
③深度介于1cm到3cm之间。
严 重 ①由于振捣不密实或欠振、漏振等引起的面积大于0.1m2或钢筋外露的孔洞蜂窝；
②、深度大于3cm。
2.2 箱梁外观缺陷产生的原因分析
2.2.1 混凝土表面裂纹产生的原因
混凝土表面产生裂纹的原因复杂而繁多。在施工过程中，混凝土因收缩所形成的裂纹是经常出现的。主要有两种原因：一是因为刚浇筑完成的混凝土表面水份蒸发过快表面产生裂纹；二是因为混凝土在硬化时，由混凝土内部温度与外界的温差过多而产生裂纹。三是混凝土拌合过程中，用水量过高，增大了水灰比，混凝土凝结后，容易产生裂纹。
刚浇筑完成的水泥混凝土往往因为外界气温较高，相对温度过小，表面蒸发过快使表面变干，而其内部仍是塑性体，因塑性收缩过快而使表面产生裂纹。这种原因出现的裂纹不规则细小，不连续，且很少，在边缘产生一般呈对角斜线状，这种原因产生裂缝的预防7b"法是在混凝土浇筑时采取措施遮掩浇筑面，使其避免风吹日晒，混凝土浇筑完毕后立即将表面覆盖并及时洒水养生。
对于客运专线箱梁这种大体积混凝土，采用分层浇筑。在上层混凝土浇筑的过程中，会在混凝土在自重作用下产生沉降。当混凝土初凝到未终凝前这段时间内，如果遇到钢筋或模板的连接螺栓等物体时，这种沉降现象就会受到阻挠产生裂缝。特别是当模板存在不平整或粉刷脱模剂不均匀时，模板的摩擦力也会阻止沉降，以至在混凝土的垂直表面产生裂纹。水泥混凝土在硬化过程中会产生并释放大量的水化热，使混凝土内部温度不断升高，在大体积混凝土内，水化热使温度升高的现象更加明显，致使在混凝土表面与内部形成很高的温差，现场实测箱梁内外温差有时会达到50℃ 以上。当表层混凝土收缩时受到阻碍，混凝土的受拉一旦超过混凝土的应变力将产生裂纹。为尽量减少收缩约束以使混凝土能有足够强度抵抗所引起的应力反应，就必须采取措施控制混凝土内部温度升温的速率。在混凝土中掺加适量的矿粉及粉煤灰，能使水化热释放速度减缓；控制原材料的温度，即使在采用蒸汽养护也应采取控制增温速率的方法，防止因箱内、外过大产生裂纹。
2.2.2 混凝土表面产生破损的原因
混凝土表面破损包括：表面产生蜂窝，麻面、表面产生气孔、缺棱掉角等。对于表面蜂窝，主要原因是振捣不到位，在施工中工人责任心不强，振捣不到到位等。针对表面麻面，气孔冲蚀的表面现象产生的原因，脱模后的混凝土表面产生麻面，主要是混凝土表面出现缓凝现象所至。这是由于使用了不合格的脱模剂或脱模剂使用不当造成的。当脱膜剂用量过大或涂刷不均匀时，不但会引起混凝土表面缓凝，还会污染已经浇筑好的混凝土表面。
混凝土表面的气泡主要是模板表面携带的水、气泡， 是因为振捣不充分所致。即使振捣充分，有时混凝表面也会产生气孔。特别是在混凝土上层表面或模板上、下倒角处，由于振捣不到位，气泡很难避免。
水在模板与混凝土浇筑面之间渗流时，水泥浆随水一同流走，会使混凝土结构的垂直面产生网状图形。其主要原因是混凝土坍落度过大或和易性较差，或使用外渗剂不当有泌水现象，大多是属于混凝土配合比设计上没有充分考虑所致，这种现象对混凝土本身强度不会产生影响，但是极大的影响了混凝土的表现质量，特别是当冲蚀破损较深或钢筋保护层较簿时，必须进行过细、过好的修补。
混凝土表面产生的鱼鳞斑现象也是由于表面的冲蚀破坏所引起，这同模板的刚度有直接关系，浇筑过程中，由于投放混凝土不均匀，造成混凝土在相同位置凝结时间不一致，也是造成拆模后，梁体混凝土表面出现斑痕的原因。
拆模时野蛮施工，人为造成缺棱掉角也是导致梁体表面破损的重要因素。
2.2.3 混凝土表面颜色不均匀产生的原因
在混凝土施工中，混凝土表面颜色完全一致几乎是不可能，许多因素都会引起混凝土颜色发生变化。比如原材料的种类，施工时混凝土配合比，混凝土的养护条件及混凝土的振捣情况，混凝土脱模剂使用情况，模板的表面结构性能等，不有折模时人为的造成混凝土颜色变化，都是使混凝土表面颜色产生不一致的原因。
混凝土表面的锈迹也是常见的影响混凝土表面颜色的一个因素。锈迹产生应有四种可能：一是由于含有黄铁矿(硫化铁)的骨料引起的，骨料中的黄铁矿(硫化铁)与空气接触会产生氧化反应产生铁锈。二是可能从混凝土结构中伸长的钢筋(比如模板拉杆钢筋，混凝土表面漏筋)以及绑扎钢筋用的铁丝，暴露在外面一段时间后也会产生锈迹；三是由于模板表面本身产生了锈迹；四是由于混凝土结构表面露出的钢筋长时间暴露在空气中产生铁锈随雨水或养护水顺混凝土表面，流下时污染了混凝土表面而产生锈迹。
2.2.4混凝土表面产生露筋的原因
混凝土表面露筋主要是因为钢筋绑扎不牢，或保护层垫块安置不规范，在混凝土浇筑过程中钢筋移位，有时是在混凝土浇筑完成后才发现钢筋位置放得不对，导致混凝土表面至少一个面钢筋保护层厚度不够，有时甚至完全没有保护层。
表面露筋另一个原因是因为混凝土漏振引起严重蜂窝，钢筋暴露在表面。
2.3修补报验程序
2.3.1 修补程序：
（1）箱梁在修补前上报监理工程师见证检查，同意修补方案后，进行修补。
（2）对修补材料进行检验，合格后方可使用。
（3）在监理工程师的旁站下进行缺陷修补。
（4）修补后监理工程师进行见证检验。
2.3.2 细则：
箱梁脱模且进行预初张后吊移至存梁台座，在终张拉之前邀请现场监理对梁体外观进行检查及认定，如为一般表面缺陷，则在监理工程师同意下按照本修补方案进行修补。修补前报监理工程师见证检查，修补过程以及修补后的检验均需监理工程师见证。未经监理工程师检验确认之前的预应力箱梁，不得进行任何修补与涂抹。如存在较为严重的缺陷如蜂窝面积大于0.1m2、深度大于3cm或钢筋外露的缺陷需专题报方案，审定后进行。
修补时间按照“初张拉之后、终张拉之前”的规定严格执行，初张拉后，马上对所有的缺陷检查全部完成，缺陷检查完成后，立即在监理工程师见证下进行修补；对于保护层厚度和裂缝缺陷，必须制定有针对性的专题修补方案，经监理工程师审批后，方可进行修补。
3 梁体外观修补措施
3.1蜂窝修补措施：
依据蜂窝修补要求：混凝土表面的蜂窝无论大小均需上报报专题方案，经审定后进行，蜂窝修补的具体方法如下：
3.1.1修补材料及配比
采用PM-R-60聚合物砂浆进行修补，由 PM-R-60聚合物乳剂和PM-R-60粉剂混合而成的聚合物砂浆，具有优异的粘结性能，PM-R-60聚合物乳液作为混凝土界面剂，该砂浆具有高粘结强度的修补砂浆，在客专线有过成功的施工经验。
聚合物砂浆配比
PM-R-60乳液：PM-R-60砂浆＝0.15，即15份乳液，100份粉剂。（重量比）

原材料准备
3.1.2 基层处理
凿除所有的空隙和孔隙，采用人工用钢钎将孔洞蜂窝处表面的松散混凝土清除，直至露出密实混凝土为止，然后用毛刷将残杂混凝土清刷干净，凿除的形状要应满足施工PM-R-60聚合物砂浆的需要，保证浆体能充分地填实空洞和孔洞。
用钢钎清除蜂窝部位松散混凝土 用毛刷清理残杂混凝土

3.1.3 PM-R-60聚合物砂浆配制
将PM-R-60乳剂倒入搅拌容器中，搅拌1分钟；
将粉剂计量好的粉剂倒入容器中，低速或中速搅拌均匀成膏状；
配制好的料必须在初凝前完全使用完毕，不得超过20分钟。

按配合比要求配制PM-R-60聚合物砂浆
3.1.4 PM-R-60聚合物砂浆施工
在需要修补的混凝土表面涂刷1～2遍PM-R-60乳液；
PM-R-60乳液表干后，开始抹压拌和好的砂浆；
由于砂浆硬化较快，必须尽快将砂浆使用完；
修补宜分层多次修补，用镘刀镘平、拍打、抹光；
聚合物砂浆作为修补时最小厚度为1cm；作为罩面时，厚度为1～2mm；
修补面的周围应凿有宽度不低于2cm，深不低于2cm的槽，以保证修补砂浆与原混凝土面的良好粘结；

采用配制好的PM-R-60聚合物砂浆修补梁体蜂窝缺陷
3.1.5 PM-R-60聚合物砂浆表面颜色的调配
在施工完PM-R-60聚合物砂浆后，进行色差修饰，采用乳胶漆加水搅拌均匀，比例3 ：1，搅拌到水剂特征，再加KE多功能建筑胶（用量较乳胶漆大一些）搅拌均匀。再加少量钛白粉、KG-1粉和黑水泥，最后加土黄色色浆和炭黑色浆少许，一边加一边搅拌一边观察，直到颜色与梁体颜色一致。
3.1.6 养护
PM-R-60聚合物砂浆修补施工后，表面指触干燥即应进行喷雾养护并覆盖塑料薄膜养护，养护温度不得低于5℃。
在施工24小时后，先潮湿养护3天，再进行自然养护，潮湿养护时表面不得有积水。
修补好的部位用塑料薄膜覆盖密封养生

3.2 梁体麻面修补措施：
麻面修补采用与上述蜂窝修补相同的方案。另外麻面处理方式采用抹面的方式：属于第一类缺陷，即轻微缺陷，采用涂刷的方法：内墙立邦乳胶漆加水搅拌均匀，比例约3：1，搅拌到水剂特征，用细木棒粘起不刮片。再加KE多功能建筑胶（用量较乳胶漆大一些）搅拌均匀。在加少量钛白粉、KG-1粉和黑水泥。最后加土黄色色浆和碳黑色浆少许，一边加一边搅拌一边观察，直到颜色与梁体颜色一致。
3.3 梁体表面颜色不均匀修补措施
首先，判断颜色不均匀产生的类型及原因。对于浇筑过程中，由于分层投放混凝土不均匀造成的分层颜色差异，应先用细砂纸对颜色不一致的部位打磨，消除表面明显的色差，再用干水泥对打磨部位进行反复擦拭，消除打磨痕迹。如仍存在打磨痕迹，可用细塑料擦拭一遍，既可消除打磨痕迹，更能使表面呈现原有的光泽。由于使用粉煤灰造成的梁体局部发黑现象，也可采用同样的办法进行修饰。
3.4 梁体表面露筋修补措施
露筋的修补一般都是先划定修补范围，用冲击工具对处理范围内的疏松混凝土进行清除，使修补材料能够充分与原有混凝土结合。准备工作完成后，按照修补蜂窝的配料，进行修补，表面再调制颜色相近的配料抹面、抹光，防止修补后色差明显。
3.5 梁体表面气泡的修补措施
首先，用水泥浆对气泡进行封堵，保证气泡封堵饱满，表面平整，然后，用海绵蘸干水泥对封堵后的气泡表面擦拭一遍，消除色差。

4 结语
高速铁路客运专线箱梁对外观质量要求严格，箱梁外观修补技术仍处在学习、探索阶段，尚需施工单位技术人员及管理人员不断总结、不断摸索、积累经验，形成一套完善的外观修补技术，从而，指导以后的施工生产，为一公局全面踏入高速铁路市场打好坚实的基础。

参考文献：
[1] 铁道部工程管理中心，铁道科学研究院. 《高速铁路技术》.2003.
[2] 杨文渊 ，《桥梁施工工程师手册》.北京：人民交通出版社.1995.
[3] 《350km/h客运专线铁路无砟轨道后张法预应力混凝土简支箱梁设计图》通桥（2008）2322A-Ⅱ