李 丽 郭春明 李 钧

(黑龙江建筑职业技术学院，黑龙江 哈尔滨 150025)

公路和桥梁在竣工开设运转过程中，随着承受的行人、汽车等重力不断增强，再加上使用的原材料本身会受到消耗，会导致公路桥体受损，使桥梁公路的承重能力逐渐下降，降低了公路桥梁的可靠性与安全性。如何选择合适的原材料建造出可靠性高、安全性强、经济成本低的公路桥梁，已成为现阶段企业及国家所关注的重点。现如今，增大截面法、粘贴钢板法等成为我国常用的加固方式。然而这些加固方法从材料本身出发来看都存在一些不足，所以，为了适应加固公路旧桥材料要求越来越高的发展趋势，聚氨酯硅粉复合材料(PUSC)在加固工程中的运用已经成为了国家非常重视的一部分。因为用其加固完成后，公路或旧桥的强度更高、重量更低、粘合性会更好。同时，该材料的运用可以省去部分其他材料的使用，降低加固工程的成本。

1 聚氨酯介绍

1.1 聚氨酯是什么

聚氨酯是一种合成树脂，具有优良的综合性能。由于其合成单体种类繁多、反应条件温和、配方专业、可控性和调节空间大，目前，聚氨酯广泛应用于家具行业、建筑行业、制鞋业、航天飞行器制造、液化天然气汽车制造等领域。

1.2 PUSC分析

聚氨酯是目前企业发展速度最快的高分子材料技术之一。它是由氰酸盐和多元醇两部分聚合而成氨酯的结构，以块状、接枝或互穿网络的形式由软段和硬段组成，是一种多功能聚合材料。但由于分子结构中含有NHH-CO，所以聚氨酯具有温度变化敏感、耐水性差、热性能较差的特点，长期使用后会产生严重的内热，极大限制了其在工程中的应用。由于硅树脂(聚硅氧烷)独特的化学结构组成和具有一系列优异的性能，如，耐高温、良好的动态性，可以恰到好处地弥补了聚氨酯弹性体的缺陷，兼有聚氨酯弹性体的优点。实验通过引入羟基，以聚氨酯为主体，加入了少量的硅粉，研究发现，在加入少量的硅粉的条件下，这种改良性聚氨酯硅粉复合材料的强度、刚度、重量、粘合性等确实会有很大的提升。

2 依托工程概要

2.1 工程情况

玉泉营立交桥是北京高速公路上非常重要的一座桥梁。其中间是京开高速发展公路以及北京段，穿过大兴区黄村丰台花巷，桥面总长80m，跨桥结构简单，钢筋混凝土12m×10m实板桥，下桥面宽125m，中央隔离带宽度30m，桥台采用重力型桥，地基采用孔膨胀填桩，支撑为橡胶支撑。

2.2 损坏情况

(1)钢筋进行混凝土实心板跨中区域可以均匀程度分布8～10条裂缝，裂缝间距20m～30cm。

(2)12号主梁底部中跨附近有裂缝，距右侧5cm，裂缝长度约99m，宽度约1.5mm。

(3)12号梁右侧距底部5cm处出现纵向裂缝。距1号桥台23m，裂缝的长度约为9m。

(4)主梁法兰两侧有水渍。

(5)主梁湿缝性能好，无裂缝、平台进行交错、漏水、脱色等典型结构病害。

(6)桥梁铺路、桥体栏杆异常，有缝隙。

据损坏程度分析，桥梁主体受到了很大的损害，需要进行加固修补。

2.3 桥梁加固设计

这座桥梁的配筋设计与施工的基本原则是可以确保京开高速24h安全运行，辅助道路于零时封闭，早上5点开放。鉴于此，在桥梁加固设计中应综合考虑桥面防水和搅拌甲板铺装处未发现垂直或水平裂缝。在实际施工中，梁底部的改性聚合物是现浇的。PUSC的增强厚度t=25mm，主要机械技术指标如下。

(1)弯曲抗拉强度为36 MPa;(2)抗剪的强度为19 MPa;(3)弹性比例系数为122 GPa;(4)PUSC与混凝土界面的粘结度不能低于28MPa、且确保PUSC与钢筋混凝土表面不发生掉落的现象。

根据数据计算可以得出，加固旧桥的计算数据符合现在国家规定的技术要求标准。

2.4 加固前后承受重力分析

为进一步试验PUSC在加固旧桥时的具体效果，对使用该材料加固后的材料进行了动静荷载的分析。其中，静荷载的观察内容：(1)跨度偏转大小。(2)裂缝宽度大小的变化。动荷载计算观察内容：(1)冲击电流值对于交流电流幅值的倍数。(2)固有频率。(3)阻尼系数与临界阻尼系数之比等。

不同水平荷载条件下进行加固前后各梁跨中挠度的横向分布特征曲线, 水平坐标表示每个主梁的序列号，当坐标是每个主“梁跨”中的偏转观测(mm)时，特征曲线的虚线表示加固前的桥梁测试节点，反映了钢筋桥的测试结果。

加固前后的不同加载情况下主梁跨中挠度横向分布曲线分析与比较。如果加固桥梁的荷载为横向荷载，预加固桥梁的荷载为横向荷载，分布曲线面积为平面,得到各梁的受力情况明显改善。加固后各梁的最大跨中挠度减小16%、33%、27%、20%和23%。

2.5 经济性分析比较

在桥梁支护工程加固试验的基础上，分别研究了不间断交通运行的条件，新型加固方法和常规加固方法。比较得出，本研究提出的新材料、新技术、新工艺的直接工程造价约为25.4万元人民币，而传统的加固方法的直接工程造价约为32万人民币。

与传统的桥梁加固技术方法可以相比，本研究主要采用PUSC加固空心板梁桥，可节省20%左右的投资，具有一个良好的社会发展效益和经济环境效益。

2.6 试验结论

通过对PUSC支撑的钢筋混凝土板“梁桥”的加固设计与施工工程实践、负荷试验和经济分析的比较，得出以下结果：(1)新材料可以改变钢筋混凝土的结构状态，改变整个桥体的受力分布。(2)新材料能充分抑制旧桥主体缝隙宽度的扩展，也不会使其再出现侧边缝隙，提高整个桥体承受重力的能力。(3)新材料可以降低旧桥冲击电流值对于交流电流幅值的倍数，延长桥体使用年限。(4)与以往的方法相比，成本降低了22%，降低了经济损耗。

3 结 语

聚氨酯硅粉复合材料(PUSC)已经应用到我国的公路旧桥加固工程中，身为一种新型复合材料，传统的公路旧桥加固材料在效率、强度、外观等许多方面都是无法与之相比较的。PUSC不仅可以使旧桥加固后的强度增大，保证粘合性很强，而且在减轻桥体重量，保证公路桥的可靠性方面有着很重要的作用。近年来，聚氨酯复合结构材料得到了进一步的发展和成熟，使用方法也日益完善。PUSC的运用，使成本降低和材料本身的诸多优势逐步显现，促使越来越多的公路旧桥加固企业积极使用和推广。