橋梁伸縮縫水泥混凝土破損分析及修補技術

桑海軍 遼寧省交通高等專科學校 110122

橋梁伸縮縫水泥混凝土破損分析及修補技術

桑海軍 遼寧省交通高等專科學校 110122

通過對橋梁伸縮縫水泥混凝土破損情況的大量調研，總結分析了破損的原因，通過采用摻加超早強劑水泥混凝土的試驗及效果、成本分析，提出快速修補橋梁伸縮縫水泥混凝土破損的方案，應用快速修補技術進行橋梁伸縮縫水泥混凝土的維修養護是一項經濟可行的辦法。

橋梁伸縮縫水泥混凝土面；病害原因；快速修補工藝；效果和成本分析

在橋梁結構中，橋梁伸縮縫裝置所需的費用占工程造價的5%以下，故而一般不易引起重視，并且限于橋梁伸縮縫水泥混凝土的材料施工水平及工作條件，往往較早出現破損。伸縮縫裝置的損壞，不僅造成行車顛簸、噪聲擾人，而且危及橋梁安全。

一、橋梁伸縮縫水泥混凝土表面病害類型及原因

橋梁伸縮縫水泥混凝土面破壞的原因很多，新建或者使用一定年限的都可能發生。一般來說，引起破壞的原因是原材料、混凝土配合比不合理，混凝土施工方法、工藝不當，混凝土材料耐候性不良以及過載沖擊、變形等因素造成橋梁伸縮縫水泥混凝土面不同程度的破壞。根據橋梁伸縮縫水泥混凝土面破壞形式，一般可將病害分為五大類型：

1裂縫類：橫向裂縫、縱向裂縫、斜向裂縫、交叉裂縫、板角斷裂、網裂等;

2表面損壞類：紋裂、網裂、起皮、磨損、露骨、活性集料反應、坑槽、孔洞、磨光等。

3接縫損壞類：接縫碎裂、填縫料損壞、接縫張開、唧泥、拱起等;

4變形類：錯臺等。

5荷載沖擊類：主要指行車荷載反復不斷沖擊引起的破壞。

橋梁伸縮縫水泥混凝土表面裂縫的原因：

1橫向裂縫

產生的原因主要有水泥混凝土失水干縮、冷縮等。

冷縮裂縫是指由于水泥混凝土冷縮產生拉應力而引起的開裂。

2縱向裂縫

對橋梁伸縮縫部位的支撐，很可能產生不均勻沉降，從而使橋梁伸縮縫水泥混凝土面在自重和行車壓力作用下產生縱向裂縫。

3交叉裂縫

產生交叉裂縫的主要原因有：

⑴橋梁伸縮縫水泥混凝土自身強度不足，在輪載荷、溫度作用下會出現交叉裂縫；

⑵使用了安定性不良的水泥，澆筑的水泥混凝土就會產生大面積的龜裂。

橋梁伸縮縫水泥混凝土表面損壞的原因

1起皮和剝落

起皮是施工中水灰比過大或因混凝土施工中有灑水提漿所致；剝落則主要是因為混凝土強度不足縫內有雜物引起的。

2麻面、露骨

麻面一般是由于水泥混凝土面施工時，在混凝土初凝前遇雨所致。

3磨光

磨光的主要原因是水泥混凝土表面水泥砂漿層強度低，水泥及集料等原材料耐磨性差，或使用時間較長等。

4坑槽、孔洞

原因主要是由于集料含泥量過大，混凝土內有泥土或其他雜物。

橋梁伸縮縫水泥混凝土面接縫損壞的原因：

指橫縫方面，主要是橋梁伸縮縫水泥混凝土與鋪筑路面的瀝青混凝土和伸縮縫的鋼板方面。接縫設置不當或接縫損壞會降低橋梁伸縮縫的整體使用性能，甚至使橋梁伸縮縫水泥混凝土面更快地遭到破壞。

橋梁伸縮縫水泥混凝土接縫損壞主要是接縫碎裂。接縫碎裂主要是指由于接縫處不同材料的力學性能的較大差異，致使強度、變形、穩定性等不同，而產生的瀝青混凝土與水泥混凝土的損壞，泥、砂等雜物再次侵入破損處，或雨水滲入，從而導致橋梁伸縮縫水泥混凝土面接縫處的變形和破損。

橋梁伸縮縫水泥混凝土面變形損壞的原因：

主要是錯臺，指相鄰水泥混凝土與路面鋪筑瀝青混凝土在接縫處產生的垂直高差。產生的原因是兩種材料的力學性能，溫度變形等的較大差異。這種變形都將對車輛行駛的舒適性和安全性造成很大的影響。

橋梁伸縮縫水泥混凝土荷載沖擊損壞的原因：

首先，由于伸縮縫本身的缺口，車輛在經過此處產生的沖擊、震動，對鋼板處混凝土具有一定的破壞作用；其次，由于伸縮縫與瀝青路面接縫處，本身就容易產生變形，尤其是豎向變形，產生高差，車輛在此處又產生跳車，更增加了沖擊能量，對此處產生的破壞作用就更大了，進而使破壞加大，引起橋梁伸縮縫整體破壞。

橋梁伸縮縫水泥混凝土破壞原因分析

從上面調查的橋梁伸縮縫水泥混凝土面的主要病害情況可以看出，引起橋梁伸縮縫水泥混凝土破壞的原因是多個方面的，有時候某種病害是由多種因素共同作用的結果。根據對遼寧省內部分地區橋梁伸縮縫水泥混凝土面調查及分析，橋梁伸縮縫水泥混凝土產生病害有荷載方面的原因、非荷載方面的原因，非荷載方面的原因有氣候、材料、施工及養護等。

1荷載方面的原因

隨著遼寧省經濟建設的快速增長，交通運輸量激增；同時，人們的消費理念也發生了很大的變化，私家車的數量增長也非常的迅速，設計時對交通量的急速增長估計不足。再者，現行水泥混凝土路面設計規范是以重100KN的單軸荷載作為標準軸載，遼寧地區近些年經濟的快速發展，振興東北老工業基地的契機，所以有許多大型的特重的運輸車輛通行。并且車輛超載現象十分普遍，橋梁伸縮縫水泥混凝土剛度高、變形能力小，對荷載及變形非常的敏感。因此，這部分超載車輛的軸載對橋梁伸縮縫水泥混凝土的損壞極為嚴重，因設計時采用規范和軸載參數并未考慮超載車輛的實際情況。使橋梁伸縮縫水泥混凝土結構不能滿足需要，從而產生橋梁伸縮縫水泥混凝土早期損壞、快速老化、使用壽命縮短、使用性能衰減加快等。

2施工方面的原因

由于種種原因，致使施工的混凝土達不到要求，使其在新建后就很快出現裂縫，不達標等問題，使用性能下降。

3氣候原因

由于遼寧屬溫帶大陸性氣候，寒暑變化劇烈，日夜溫差也較大，大部分地區終年氣候較為干燥，水泥混凝土在這種環境中更容易產生翹曲變形和翹曲應力，據有關研究表明，在這種年溫差和晝夜溫差大的地區，翹曲應力的數值有時幾乎與靜荷載相當。此時，重荷載加上這種不利的組合就很容易使伸縮縫水泥混凝土產生開裂、斷板或斷角破壞。

4養護原因

由于遼寧的氣候及環境因素的影響，造成水泥混凝土使用初期由于氣候干燥產生較多的干縮裂縫。加之，橋梁伸縮縫本身就沒有得到高度的重視，對其水泥混凝土面的養護技術相對較為薄弱，使用的修補材料和修補方法也就是普通的水泥混凝土施工工藝，修補后的破損率相對很高。

二、用于橋梁伸縮縫水泥混凝土修補的材料的技術要求

1快硬高早強

2收縮小

3具有一定粘性

4后期性能穩定，強度發展與老混凝土基本同步

5耐磨性高，耐久性好

6施工和易性好

三、橋梁伸縮縫水泥混凝土快速修補的工序

1放樣。根據橋梁伸縮縫水泥混凝土面的損壞類型、程度劃定修補范圍，視情況放線位置至少應距破損處l0cm以上。

2切割。按放樣的標定線用切割機切割成規則的修補區。對于修補區域的面積宜大于40cm×40cm，采用矩形的修補區域，這樣的修補區域在輪載作用下的受力情況更有利。

3沖擊破碎。用風鎬等混凝土破碎機具對切割后的修補區混凝土進行破碎，使其成為碎片，以便于清除。

4碎片清除。經沖擊破碎后，伸縮縫混凝土己成碎片、碎屑，用修補工具將其清除干凈。

5界面處理。開鑿的基坑要避免出現薄邊斷面，周邊宜垂直表面切除，下部呈向內擴展狀。基坑四壁要避免過于平整，宜鑿成粗糙不平的接口，以利于新老混凝土更好地粘結。基坑清理好后，將己拌好的界面劑涂刷在舊混凝土表面上。注意表面不得有積水。

6澆筑混凝土。根據試驗配合比拌制混凝土，當修補層的厚度達到5cm、修補面積大于1.0m2時，可以在混合料中加入40%、最大尺寸為2.0cm的石子作粗骨料。將拌和好的混凝土倒入開挖處理好的基坑內，立即進行后續工作。各工序應做到銜接緊密，振搗、抹平工作必須在初凝前完成，抹面等工作必須在終凝前完成。

7養生。在整個養生期間必須保持修補混凝土表面始終處于濕潤狀態，最好派專人用麻袋或其他吸水性強的材料淋濕覆蓋養護。根據具體預留試件或實際路面混凝土的回彈抗壓強度檢測情況決定通車放行時間。

四、施工注意事項

采用這種快速橋梁伸縮縫水泥混凝土破損修補技術，在施工過程中應加強施工過程管理，應針對不同病害采用相應的修補技術，且施工時應注意以下有關事項以期更好地達到快速修補的目的，充分發揮快速修補帶來的時間效益和社會效益及體現出的經濟效益。

1拌和的混凝土的坍落度應嚴格控制在3～5cm以內。

2混合料拌和好后，應立即使用，不得延誤，且不得再加水或加入其他水泥、外加劑等。

3混凝土在澆注完畢后必須盡快清洗設備。

4當修補時，應摻加水泥重量1.5～2%的鋼纖維和使用粒徑小于2cm的骨料。

5應加強前場施工觀測，及時調整水灰比和坍落度，保證前場有足夠的操作時間，宜控制在1小時左右。

6加強早期養護。快速修補水化熱較集中，需要及時養護。

五、橋梁伸縮縫水泥混凝土面修補成本分析

1橋梁伸縮縫水泥混凝土面快速修補雖然直接成本比使用普通水泥要高一些，但間接成本要低得多。綜合傳統橋梁伸縮縫水泥混凝土面修補的特點(修補工程量少、維護成本高、安全隱患重、修補混凝土與舊混凝土粘結差、二次裂縫明顯、耐久性差)和修補實際效果來看，應用橋梁伸縮縫水泥混凝土面快速修補與傳統的修補綜合成本相近，而且社會效益顯著。

2一般來說，橋梁伸縮縫水泥混凝土面修補所需要的混凝土方量不大，每方混凝土的養護成本比大面積澆筑混凝土高，而養護時間與養護成本成正比。使用橋梁伸縮縫水泥混凝土面快速修補，基本可實現24小時開放交通，確保道路暢通和行車安全。用普通水泥混凝土通常要養護7天才能通車。

3快速修補方法中摻加鋼纖維，用于伸縮縫的水泥混凝土面修補，且用界面劑對舊混凝土進行處理，增加了新舊混凝土的粘結強度，耐磨性、耐久性上具有普通混凝土無法比擬的優勢。

綜上所述，橋梁伸縮縫水泥混凝土面快速修補方法具有早期強度高、后期強度穩定增長、新舊混凝土粘接良好、施工工藝簡單。采用橋梁伸縮縫水泥混凝土面快速修補方法在夜間進行修補，對道路的正常行車影響很小，基本解決了維修與行車的矛盾，社會效益和經濟效益非常顯著。

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10.3969/j.issn.1001-8972.2010.21.025