混凝土橋面鋪裝層裂縫成因與防治措施

【摘 要】本文結合寧波地區瀝青混凝土復合橋面鋪裝使用較多的情況，對橋面鋪裝展開系統的研究，明確橋面鋪裝的受力變形特點以及對鋪裝層材料的性能要求，對于使用中的橋梁橋面鋪裝出現的裂縫形式進行系統分析，找出裂縫形成的主要原因，選用相應的橋面鋪裝材料，結合實際工程開展試驗研究，制定相應的養護維修措施，提高橋面鋪裝的路用性能及使用壽命。

【關鍵詞】橋面；裂縫；分析；防治

橋面鋪裝層既是橋面板的保護層又是橋梁結構的受力層，它的破壞將直接影響橋梁使用功能的發揮。目前，寧波地區瀝青混凝土復合橋面鋪裝使用較多，復合式橋面鋪裝層水泥混凝土橋面板屬剛性材料，板體剛度大，模量高，其上鋪筑的瀝青混合料鋪裝層屬柔性材料，剛度小，模量相對較低。加之橋梁結構自身存在的振動、伸縮及受彎變形，由于橋梁結構特性的要求，在瀝青鋪裝層施工時一般禁止開強震，導致橋面鋪裝局部壓實度不足，空隙率偏大，這些因素都對橋面鋪裝的質量和后期使用性能造成不同程度的影響。

1 橋面鋪裝裂縫的產生的原因

1、溫度變化引起的裂縫。由于水泥混凝土的力學參數和瀝青混凝土的不同，且瀝青混凝土對溫度變化較敏感，他們之間通過粘結層連為一體，在溫度降低時，鋪裝層頂部容易產生拉應力，鋪裝層底部容易產生壓應力，當拉應力大于其抗拉強度時，裂縫就產生。當氣溫驟降時由于瀝青混合料的應力松弛趕不上溫度應力的增長，超過混合料的極限拉伸應變，便會產生裂縫；另一種開裂是溫度疲勞裂縫，由于氣溫的反復升降導致瀝青混合料疲勞開裂，以及混合料的極限拉伸應變減小，應力松弛性能降低，最后導致在不高的溫度應力下即會開裂。

2、負彎矩引起的裂縫。由于相當一部分橋梁并不是簡支梁，而是連續梁，在汽車荷載及自重的作用下，支座附近產生負彎矩，使得橋面鋪裝層受到拉應力，最終導致鋪裝層裂縫產生。

3、干縮裂縫。部分中小橋采用的是預制梁板結構，上面加鋪水泥混凝土剛性防水層，再鋪一層瀝青混凝土，當剛性防水層水泥混凝土中的水在混凝土硬化過程中失去時，受預制梁板限制，容易出現干縮裂縫。

4、疲勞裂縫。橋面鋪裝層在反復荷載作用下，逐漸產生微裂縫，且裂縫隨荷載作用次數的增加逐步擴展，最終形成疲勞裂縫。

5、龜裂、不規則裂縫。龜裂是相互交錯的疲勞裂縫，它的初始形態是沿輪跡帶出現單條或多條平行的縱向裂縫，后在縱向裂縫間出現橫向和斜向連接縫，進而形成網狀裂縫。龜裂是瀝青混凝土中瀝青老化，松弛性能降低，車輛超載，行車荷載反復作用的結果。

6、滑移裂縫。滑移裂縫是指車輛剎車、轉彎或加速時，產生突然增大的水平力作用下，在鋪裝表面上沿行車方向形成的一種月牙形狀的裂縫，當滑移裂縫由剎車引起時，滑移裂縫的末端指向行車方向，如果滑移裂縫是由車輛加速引起，裂縫的末端將指向車的后方。滑移裂縫通常是由于瀝青路面表面層與底面層或面層與基層的粘接性不好，同時面層又受到較大的水平外力時無法有效地傳遞給底層，而使表面層單獨承受，造成鋪裝表面層被拉裂或滑移。

7、梁體撓度引起的裂縫。在行車荷載的作用下，梁體會產生撓度。梁體的撓度、震動等形變的耦合作用，對鋪裝層的力學特性有影響。橋面容易發生應力集中現象，出現疲勞裂縫。

2 橋面鋪裝層裂縫修補方法

橋面鋪裝層裂縫修復工藝按其結構功能可分為膠縫和封縫二大類，膠縫是指對裂縫灌注高強粘合劑，以恢復路面的整體結構為目的；封縫則為采用高粘性的柔性有機防水材料對路面裂縫進行封閉，以防止雨水沿裂縫下滲，減緩和避免裂縫擴展等嚴重影響路面使用性能的病害出現和發展。具體的裂縫修補工藝可歸納為四個步驟：裂縫的開槽，裂縫的清理和干燥，填封材料的準備和填裝，封邊修整。

（1）開槽。開槽修補裂縫的目的是為正在開裂和即將合攏的裂縫提供一個充足的空間，使填入裂縫中的填封材料免于受到過分的拉、壓應力的作用及交通荷載對其的破壞。因此，對于那些預計由于氣溫變化而產生較大水平位移的裂縫必須進行開槽填封修補，以適應因水平位移而使填封材料受到的應力。對于較細的微縫和未成熟的裂縫（縫寬<6mm），隨著氣溫的改變，這類裂縫還有合攏的可能，采用開槽修補的措施則不太合理，也不經濟。

（2）清理與干燥。裂縫不論開過槽還是未開過槽，裂縫中或多或少都有一些水分、灰塵、碎屑和雜物。未清潔和干燥的裂縫壁面會導致其與填封材料的粘附性能下降，易造成填封材料脫出而使填封裂縫失效。因此，為保證填封裂縫的有效性和耐久性，提供一個徹底清潔、完全干燥的裂縫（或凹槽）是關鍵。清潔和干燥的方法有用壓縮空氣吹、噴砂處理、鋼絲刷掃、用高壓水噴等。其中較為有效、簡單的方法是高壓空氣吹掃和熱空氣吹掃。

（3）裂縫填封。在對裂縫進行填封修補前，必須事先了解選用填封材料的使用方法。通常填封材料都是先裝在儲料罐中。對于未改性瀝青（如熱瀝青）一般可不對材料進行攪拌，但對于聚合物改性瀝青和纖維改性瀝青，則必須進行攪拌、加熱，使改性瀝青填封材料保持均勻和溫度一致。對填封材料的加熱、升溫，都是用丙烷或柴油先加熱導熱油，再通過導熱油循環間接對填封材料加熱，直至加熱升溫到填封材料推薦的使用溫度，使填封材料具有一定的流動性，并確保不能過熱。不同填封材料推薦的使用溫度是不同的，一般熱瀝青為140~160℃，改性瀝青為180-200’C，而乳化瀝青則為50-65℃左右。

（4）封邊修整。為了確保填封裂縫具有較好的防水效果，應使填封頂部型式為帖封式，即緊帖裂縫的上方攤成約3mm厚的帶形，需借助于一種專用的“U”形或“V”形橡膠輥沿填封材料滾動作最后的成型，裂縫的滾動成型還可以將部分溢出裂縫的填封材料壓迫入裂縫中，并可擦去表面多余材料。

3 橋面鋪裝層裂縫修補工程實踐

（1）試驗路概況。寧波的裂縫修補試驗在位于鄞州區的橫鄞線和北侖區的329國道進行。橫鄞線為連接寧波市鄞州區中心城區與橫街鎮的縣鄉道路，路幅約9m，不分車道雙向混行；329國道北侖段為連接寧波主城區和北侖港區的交通干道，雙向四車道，設置機非分隔帶。試驗分兩次進行，橫鄞線共修補裂縫3條，329國道修補裂縫11條。

（2）試驗過程。試驗段選擇了三種不同的材料進行裂縫修補試驗：聚氨酯預聚體改性環氧樹脂、硅酮路面專用密封膠（產地：美國）、H164型道路密封膠（產地：美國）。按修補裂縫的機理來說，前面兩種裂縫修補兩種新材料屬膠縫類材料，后兩種屬于封縫類材料；按施工溫度來分，則前二種是常溫材料，H164型道路密封膠為橡膠瀝青類材料，屬加熱材料。

（3）試驗結果。外觀及滲水性：裂縫修復完成后第二天，用水倒在裂縫上觀察，路表水沿橫坡流走，沒見滲入裂縫的現象，裂縫外觀平整完好。修補效果觀察：修補施工后約一年對試驗段進行仔細復查，結果表明，聚氨酯預聚體改性環氧樹脂與舊瀝青混凝土之間的粘結強度良好，可其修補的二條裂縫的狀況良好，其中，一條修補裂縫旁（相距0.3m左右）出現了新裂縫，而修復的裂縫卻未見繼續延展。采用硅酮和H164型道路密封膠封閉的九條裂縫的密水性良好，未見封縫料脫落和失粘等現象。

4 結語

通過調查寧波地區橋面鋪裝層損壞的主要形式，對橋面鋪裝層破壞程度進行了評價。并結合當前常用的橋面鋪裝結構形式系統分析了其產生裂縫的主要原因：溫變、負彎矩引起、干縮、疲勞、不規則、滑移、梁體撓度引起。具體闡述了裂縫修補的方法，并依托具體工程進行了裂縫修復試驗，從修復材料選擇、修復工藝選用和施工控制等幾個環節進行了研究。