桥墩水位变动区混凝土结构快速修复装置及方法与流程

1.本发明涉及混凝土结构修复技术领域。更具体地说，本发明涉及一种桥墩水位变动区混凝土结构快速修复装置及方法。


背景技术：

2.海洋环境水位变动区的混凝土结构为遭受氯盐侵蚀最严重区域，该区域结构的修复有着其独有特点：该区域经受潮水涨落(一次潮汐约为12小时)，不具备长时间无水施工条件；施加的修复材料会受到潮水冲刷和干湿循环的影响，当氯离子浓度达到临界浓度后即会造成钢筋快速腐蚀，造成结构劣化，严重影响结构的耐久寿命和安全性能。若采用常规围堰方法，即通过围堰将水体和工作空间隔开，制造无水环境进而采取陆地上混凝土结构修复方法进行修复，则需制作安装造价高昂的围堰，海洋深水围堰造价会更高，并且安装围堰工作量大、工期长，在加固结束后还需拆除，围堰隔水措施相较实质结构修复成本投入过大，不具有经济性和便捷性。
3.如何克服潮水干湿循环的影响对水位变动区混凝土结构快速修复是亟待解决的技术问题。


技术实现要素：

4.本发明的一个目的是解决至少上述问题，并提供至少后面将说明的优点。
5.本发明还有一个目的是提供一种桥墩水位变动区混凝土结构快速修复装置及方法，其满足在低水位短时间约3h内快速施工的要求，能够强化原混凝土结构，增强结构抗氯盐侵蚀的能力，提升结构耐久性，形成长久防护。
6.为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种桥墩水位变动区混凝土结构快速修复装置，包括：
7.修复增强层，其由修复增强材料拌和后形成于桥墩水位变动区混凝土结构表面；
8.潮汐防护层，其由潮汐防护材料拌和后形成于所述修复增强层表面；
9.防护隔水结构，其设置于所述潮汐防护层表面。
10.优选的是，
11.所述修复增强材料主要由以下原料按重量份数配制而成：快硬硫铝酸盐水泥30～40份，硅酸盐水泥20～30份，石英砂30～40份，渗透结晶母料5份，甲基纤维素0.5份，硅酸钠5～10份，氧化钙5～10份；
12.所述潮汐防护材料主要由以下原料按重量份数配制而成：快硬硫铝酸盐水泥10份，硅酸盐水泥30～40份，0～2.36mm细河砂40～50份，uea混凝土膨胀剂0.25份，9mm聚丙烯纤维0.04～0.05份。
13.优选的是，所述渗透结晶母料为硅酮锆。
14.优选的是，所述修复增强层由所述修复增强材料与水按质量比5:2～3混合搅拌形成浆体涂覆于桥墩水位变动区混凝土结构表面，所述修复增强材料的控制用量为1～
1.5kg/m2；
15.所述潮汐防护层由所述修复增强材料与水、聚羧酸减水剂、有机硅消泡剂混合搅拌形成浆体喷涂于所述修复增强层表面，所述潮汐防护材料中的水泥总量与水、聚羧酸减水剂、有机硅消泡剂的质量比1:0.35
‑
0.4:0.0035～0.005:0.001～0.003，所述潮汐防护层的厚度为25～40mm。
16.优选的是，所述防护隔水结构包括：
17.保湿土工布，其缠绕于桥墩混凝土结构的修补区域；
18.密封橡胶条，其缠绕于桥墩混凝土结构且位于所述保湿土工布的上下方；
19.阻水塑料板，其包裹于所述保湿土工布的外周，且上下边缘安装在所述密封橡胶条上；
20.密封胶带，其封接所述阻水塑料板的竖向接合处；
21.环形紧箍件，其紧箍于所述阻水塑料板的上下边缘外周，以形成围绕桥墩混凝土结构的相对密闭的空间。
22.桥墩水位变动区混凝土结构快速修复方法，应用所述的桥墩水位变动区混凝土结构快速修复装置，桥墩水位变动区在潮水落下的低水位期间进行修复施工，所述修复增强层的涂覆及硬化时间不超过1h，所述潮汐防护层的喷涂及硬化时间不超过1h，包括搭设所述防护隔水结构在内的整个修复施工在3h内完成。
23.优选的是，所述修复增强材料的拌和料通过涂刷的方式涂覆在桥墩水位变动区混凝土结构表面形成所述修复增强层，所述潮汐防护材料通过砂浆喷射机喷涂的方式喷施在所述修复增强层表面形成所述潮汐防护层，在喷嘴处将所述潮汐防护材料与速凝剂混合然后由喷射机压缩空气喷出，所述速凝剂控制用量为所述潮汐防护材料中的水泥总重量的3～5％。
24.本发明至少包括以下有益效果：
25.第一、本发明的修复增强层具有强化原混凝土结构，潮汐防护层可保护内部修复增强层在水位涨高时不受海水的直接冲刷、软化，防止活性成分在海水冲刷下流失，防护隔水结构可保护潮汐防护层在形成有效强度前免受海水直接冲刷破坏，又可为潮汐防护层提供具有较大湿度、适宜强度生长的养生环境；
26.第二、修复增强材料具有强化原混凝土结构，增强原结构表层致密性，提高抗渗性，增强结构抗氯盐侵蚀的能力，修复增强层具有催化剂功能，能够渗入到混凝土内部并激发水泥中未水化颗粒再次水化，生成枝蔓状结晶堵塞原结构中的细微观孔隙，使原混凝土结构的表层致密化，大大降低氯离子在其中的渗透，提升结构耐久性；
27.第三、本发明的潮汐防护材料能够在水位涨高时保护内部修复增强材料的不受海水的直接冲刷、软化，防止修复增强材料在海水冲刷下流失，同时具有保护内部修复增强材料不受潮汐影响的能力，减小水位变动区干湿循环对流的影响。
28.本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的研究和实践而为本领域的技术人员所理解。
附图说明
29.图1为本发明的一种技术方案的结构示意图。
具体实施方式
30.下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
31.应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
32.需要说明的是，下述实施方案中所述实验方法，如无特殊说明，均为常规方法，所述试剂和材料，如无特殊说明，均可从商业途径获得。
33.桥墩水位变动区混凝土结构快速修复装置，包括：
34.修复增强层1，其由修复增强材料拌和后形成于桥墩水位变动区混凝土结构6表面；修复增强层1可使用现有的水泥基渗透结晶材料、水性渗透结晶材料、混凝土自修复材料等，渗入混凝土表层内部，降低氯离子的渗透性；
35.潮汐防护层2，其由潮汐防护材料拌和后形成于所述修复增强层1表面；潮汐防护材料可使用现有的防水砂浆、聚合物砂浆、环氧树脂等，覆盖于修复增强层1表面，防止修复增强材料被海水冲刷；
36.防护隔水结构，其设置于所述潮汐防护层2表面。防护隔水结构可以选择常规的隔水薄膜、隔水板，使潮汐防护层2与海水通过机械构件分隔；
37.在上述技术方案中，修复增强层1、潮汐防护层2、防护隔水结构逐层设置于桥墩水位变动区混凝土结构6表面，限制桥墩水位变动区混凝土结构6与海水接触，进行快速修复，提升结构耐久性，形成长久防护。
38.在另一种技术方案中，
39.所述修复增强材料主要由以下原料按重量份数配制而成：快硬硫铝酸盐水泥30～40份，硅酸盐水泥20～30份，石英砂30～40份，渗透结晶母料5份，甲基纤维素0.5份，硅酸钠5～10份，氧化钙5～10份；
40.所述潮汐防护材料主要由以下原料按重量份数配制而成：快硬硫铝酸盐水泥10份，硅酸盐水泥30～40份，0～2.36mm细河砂40～50份，uea混凝土膨胀剂0.25份，9mm聚丙烯纤维0.04～0.05份。
41.上述配方的修复增强材料具有强化原混凝土结构，增强原结构表层致密性，提高抗渗性，修复增强层具有催化剂功能，能够渗入到混凝土内部并激发水泥中未水化颗粒再次水化，生成枝蔓状结晶堵塞原结构中的细微观孔隙，使原混凝土结构的表层致密化，应用于海洋环境时，能够增强结构抗氯盐侵蚀的能力，大大降低氯离子在其中的渗透，提升结构耐久性；
42.上述配方的潮汐防护材料能够在水位涨高时保护内部修复增强材料的不受海水的直接冲刷、软化，防止修复增强材料在海水冲刷下流失，同时具有保护内部修复增强材料不受潮汐影响的能力，减小水位变动区干湿循环对流的影响。
43.进一步优选的技术方案，所述渗透结晶母料为硅酮锆。
44.进一步优选的技术方案，修复增强层1由所述修复增强材料与水按质量比5:2～3混合搅拌形成浆体涂覆于桥墩水位变动区混凝土结构6表面，所述修复增强材料的控制用量为1～1.5kg/m2；
45.所述潮汐防护层2由所述修复增强材料与水、聚羧酸减水剂、有机硅消泡剂混合搅
拌形成浆体喷涂于所述修复增强层1表面，所述潮汐防护材料中的水泥总量与水、聚羧酸减水剂、有机硅消泡剂的质量比1:0.35
‑
0.4:0.0035～0.005:0.001～0.003，所述潮汐防护层2的厚度为25～40mm。
46.通过卡斯通管测试吸水率试验来检验涂刷修复增强材料对原混凝土试件的表层致密化效果。设置涂刷上述配方的修复增强材料的拌和料的试验组、常规修补砂浆的试验组和不涂材料的空白组，在标准环境下养护14d后将涂刷的材料层打磨去除，将试验组与空白组试件放在80℃烘箱中烘干6h去除内部水分，之后冷却2h使试件降至室温，粘接安装卡斯通管进行吸水率测试。试验组养护14d后，混凝土试件6h的吸水量相比不涂材料的空白组降低了54％～59％，说明试验组在混凝土表面具有良好的表层致密化效果。
47.通过浸水后湿润前锋扩散深度测试潮汐防护材料对修复增强材料的防护效果。设置上述配方的潮汐防护材料的拌和料的试验组，测试其抗压强度为55～60mpa，可承受1.5mpa的静水压力，干燥状态下的湿度扩散系数为0.91
×
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‑1。国内大部为地区潮汐周期约为12h，干湿循环造成对流区的深度最大值处约在干湿时间比为2:1以上区域，即湿润时间在0～4h对应的区域。潮汐防护材料在浸水0～4h的湿润前锋扩散深度小于22cm，潮汐防护材料形成的厚度为25～40cm满足将对流区包含在内的要求。
48.为验证该修复梯度材料(修复增强材料+潮汐防护材料)在海洋环境桥墩水位变动区的修复效果，采用10％高浓度nacl盐溶液模拟海水干湿循环，设置两组试件：混凝土试件涂覆修复梯度材料2mm，+潮汐防护材料厚度28mm；混凝土试件涂覆修补砂浆，厚度30mm。试件涂覆材料并待24h硬化后开展干湿循环试验，12h为一周期，试验30d。试验结束后对试件逐层(0～60mm)取粉测试氯离子含量，在经历盐溶液干湿循环作用后混凝土涂覆该修复梯度材料组其内部氯离子含量较修补砂浆组大大降低，0～10mm梯度材料层不大于修补砂浆组的50％，0～10mm梯度材料层不大于修补砂浆组的5％，说明该材料对海洋水位变动区混凝土有良好的修复防护效果。
49.在另一个技术方案中，如图1所示，所述防护隔水结构包括：
50.保湿土工布3，其缠绕于桥墩混凝土结构6的修补区域；
51.密封橡胶条7，其缠绕于桥墩混凝土结构6且位于所述保湿土工布3的上下方；
52.阻水塑料板4，其包裹于所述保湿土工布3的外周，且上下边缘安装在所述密封橡胶条7上；
53.密封胶带，其封接所述阻水塑料板4的竖向接合处；
54.环形紧箍件5，其紧箍于所述阻水塑料板4的上下边缘外周，以形成围绕桥墩混凝土结构6的相对密闭的空间。
55.在上述技术方案中，保湿土工布3、密封橡胶条7、阻水塑料板4、密封胶带围绕桥墩修补区域形成相对密闭的围护空间，达到减少水分蒸发的保湿效果，能够为修补区域新浇混凝土提供适宜的养护条件，解决海洋环境桥墩修复后在潮水上涨前快速隔水与施加保湿防护防止失水收缩开裂问题。
56.防护隔水结构具有便捷快速施工的特点，其作为临时防护，即可保护潮汐防护层2在形成有效强度前免受海水直接冲刷破坏，又可为潮汐防护层2提供具有较大湿度、适宜强度生长的养生环境。
57.桥墩水位变动区混凝土结构快速修复方法，应用所述的桥墩水位变动区混凝土结
构快速修复装置，桥墩水位变动区在潮水落下的低水位期间进行修复施工，所述修复增强层1的涂覆及硬化时间不超过1h，所述潮汐防护层2的喷涂及硬化时间不超过1h，包括搭设所述防护隔水结构(约0.5h)在内的整个修复施工在3h内完成。
58.所述修复增强材料的拌和料通过涂刷的方式涂覆在桥墩水位变动区混凝土结构6表面形成所述修复增强层1，所述潮汐防护材料通过砂浆喷射机喷涂的方式喷施在所述修复增强层1表面形成所述潮汐防护层2，在喷嘴处将所述潮汐防护材料与速凝剂混合然后由喷射机压缩空气喷出，所述速凝剂控制用量为所述潮汐防护材料中的水泥总重量的3～5％。
59.具体包括：
60.1)在进行水位变动区混凝土结构6修复前，需提前在上一个潮水低水位期对待修复区域进行表面清理，去除表面附着物和病害混凝土层，并进行表面打毛，以增强修复材料与原结构的粘接。在对待修复混凝土结构6进行表面处理后，等待下一个潮水低水位期到来，并在低水位的3h时间内进行快速修复操作。
61.2)在低水位期到来后，首先将修复增强材料与水按质量比5：2～3的比例混合搅拌形成浆体，然后用刷子浆材料均匀涂刷在待修复部位，修复增强材料用量约为1～1.5kg/m2。涂刷过程约控制在20min内完成，修复增强材料在施工开始约1h时凝结硬化。
62.3)在修复增强层1凝结硬化后，将外层潮汐防护材料与水按水灰比0.35拌合，并添加水泥质量0.5％的聚羧酸减水剂和水泥质量0.3％有机硅消泡剂来改善拌合物的流动性和密实性，将拌合好的材料放入砂浆喷射机中，通过喷射并加速凝剂的方式将潮汐防护材料迅速涂覆在修复增强层1表面，喷射涂覆厚度为25～40mm，喷射后用磨子将材料抹平。潮汐防护材料在其施工开始后约1h时凝结硬化。修复增强层1与潮汐防护层2结合形成快速修复功能梯度材料。
63.4)待潮汐防护层2凝结硬化后，修复区域施加快速隔水防护措施(见快速隔水防护措施说明)，该过程约在0.5h内完成。快速修复梯度材料施工及防护工作完毕。
64.5)快速修复梯度材料在隔水防护措施的保护下养护生长7d。7d后潮汐防护层2已形成有效强度，即可将隔水防护措施去除，修复施工工作完成。
65.本方法满足在低水位短时间内快速施工的要求。在后续的时间里修复增强层1逐渐渗入到混凝土内部并激发水泥中未水化颗粒再次水化，生成枝蔓状结晶堵塞原结构中的细微观孔隙，使原混凝土结构6致密化，阻碍氯离子渗透，形成长久的防护。
66.这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明的应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
67.尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。