淺談橋面鋪裝層裂縫產生的原因與修補措施

【摘要】對橋面鋪裝層過早出現的坑槽、裂縫、松散等病害進行了分析，并對設計、施工中應注意的幾個關鍵問題進行了論述。文章從分析橋面鋪裝層破損機理出發，提出橋面鋪裝層修補及防治的方法。

【關鍵詞】橋面鋪裝；裂縫；影響因素；修補

我國公路橋梁建設快速發展，橋梁結構不斷創新，大跨橋梁已很普遍，但橋面鋪裝的設計與施工仍沿用傳統的習慣做法，在進行橋梁結構設計時，對橋面鋪裝層一般不作專門的計算分析。隨著交通量和重型車輛的增加，橋面鋪裝問題普遍。這不僅妨礙了正常交通，影響了橋面的美觀，更易造成交通事故，也給維修工作帶來了很大困難。近年來，人們對于因橋面鋪裝問題造成的直接和間接的經濟損失給予了足夠的重視。橋面鋪裝的早期損壞已成為影響高速公路使用功能的發揮和誘發交通事故的一大病害。

一、橋面鋪裝層裂縫產生的原因

剛性路面是根據彈性半無限地基上的小撓度薄板理論進行設計的。橋面鋪裝層設計與普通混凝土路面設計基本一樣，但由于其是剛性預制板上澆筑的混凝土，受力情況發生了很大的變化，使得橋面鋪裝層的裂縫原因較為復雜。裂縫產生原因分為干縮裂縫、溫度裂縫和疲勞裂縫。

1.干縮裂縫

在砼中，水在水泥石中以化學結合水、層間水、物理吸附水和毛細水等狀態存在，當這些水在混凝土硬化過程狀態變動時，水泥漿體就會收縮，如果自由收縮，一般不會導致裂縫產生，唯有收縮受到限制產生收縮應力時，才會產生裂縫。橋面鋪裝層產生收縮應力主要是由于受到兩方面的限制：水泥漿干縮的內部限制及鋪裝層干縮的外部限制，主要是受預制板和側面路面的約束。

2.溫度裂縫

砼具有熱脹冷縮的性能，橋面鋪裝層的熱脹冷縮是在相鄰的部分成整體性限制條件下發生的，砼材料的抗折強度較抗壓強度小，因而當鋪裝層中產生拉伸變形時，很容易引起開裂。溫度裂縫的產生一般是在溫度降低過程中產生的，溫度降低時，鋪裝層發生翹曲，其應力的大小取決于板的溫度梯度和結構約束情況。

3.疲勞裂縫

橋面板經常處于振動變形中，由于在砼材料內部存在局部缺陷或不均勻性，在荷載作用下會發生應力集中而出現微裂紋。重復荷載反復作用一定次數后導致破壞，使砼出現疲勞裂縫。

二、 影響裂縫的因素

1.養護制度對裂縫的產生有重要影響，對防止早裂有重要意義，砼干縮裂縫屬于早期裂縫，它的產生在很大程度上是由于養護不當造成的， 其中溫度與濕度對養護的影響最大。砼干縮隨環境相對濕度的增加而減少， 較高的濕度對防止混凝土干縮有利。

如果養護不良，環境濕度低于相應溫度下臨界濕度就會在砼表面產生大量的干縮裂縫。因此，在夏季施工時，最好采取圍堰養護，派專人管理，可以避免干縮裂縫的出現。

2.外摻料 ① 粉煤灰 它不僅可以改善砼的工作性，還可以利用石灰吸收減少砼中的氫氧化鈣的含量，提高鹼的耐久性。② 鋼纖維 鋼纖維能有效阻止干縮的發展，在砼中加入體積摻量為1.2%～2%的鋼纖維， 可以在混凝土中形成亂向分布的三維網狀結構，從而阻止干縮，實驗表明，在砼脆性材料中加入1.5%的冷板切削鋼纖維，其抗折強度可以提高30%，其彎曲韌性指數可以提高22倍， 砼抗折強度疲勞性能也可以大幅度提高，能有效防止重復荷載產生裂縫。③適當的膨脹劑和引氣劑對于提高砼抗干縮和抗折強度有十分明顯的作用。

3.集料 ① 粗集料的最大粒徑砼材料的抗折強度是設計和施工控制的第一力學指標， 它對提高砼材料的質量是極其重要的， 高的抗折強度是保證砼材料具有抗疲勞裂縫出現的先決條件。試驗采用粗集料的最大粒徑為10mm、20mm、30mm 和30mm以上的4種級配的碎石，水灰比為0.4O，鋼纖維體積摻量為1.2%，砂率為0.45，配合比為水泥：砂：碎石1：2.43：2.63的情況下測定3d和28d抗折強度， 結果可知，粒徑在10～20mm 之問時，隨粒徑增大，抗折強度增大。

② 集料的含量 集料的含量對混凝土干縮影響的關系式為

sc=sp+（1-a）n式中：sc為混凝土及水泥漿的收縮量；a為集料含量；n為與集料彈性性質有關的常數， 一般為1.2～1.7；Sp為集料含量。

從中可以看出，砼中集料體積含量高，能使混凝士的收縮減少。

③ 集料彈性模量、熱脹系數集料彈性模量不同，致使同樣的變形引起應力各異。

4.層間粘結狀況根據理論分析可知，路面結構層間接觸條件對其底部受力影響極大， 提高層間接觸程度可以顯著提高路面結構的疲勞壽命。層間滑動時的最大主拉應力較層間連續時大4～5倍，因此，在施工[}]應盡可能采取措施保證各層粘結良好，避免滑動，當車輛對鋪裝層產生>中擊作用時，會在鋪裝層間粘結強度小于剪切強度， 將破壞預制層與鋪裝層的粘結， 由于荷載重復作用在鋪裝層底面而形成裂縫。

三、修補措施

1.摻加鋼纖維、聚合物和膨脹劑

試驗和計算機模擬在混凝土基體中摻加一定數量的膨脹劑、早強劑、聚合物和鋼纖維對混凝土進行改性，從而提高了初裂強度、韌性指數及界面黏結強度，可較好阻止裂縫的產生。試驗采用的配合比為水泥：砂：碎石=1：1.81：2.71，水泥用量為400k～m 。實驗表明，摻和20%、體積摻量1.5%鋼纖維，早強微膨脹劑R一24為8%的混凝土彎曲韌性是普通混凝土的45倍，界面黏結強度提高了l倍，有效阻止干縮，抗彎初裂強度達到9.1OMpa。

2.引入引氣劑

對于砼這種剛性路面而言，降低材料的剛性，增加其柔韌性，但不降低抗折強度，是科研部門追求的路用砼品質之一。引氣劑的加入，可顯著改善道路混凝土的工作性，抗折強度、變形性能及耐久性等多項指標提高。引入2%～5%的含氣量，抗折強度可提高10% ～15%，適量的含氣量可獲得高抗折強度和抗折彈性模量。因此，在對橋面鋪裝層進行修補時，引入適量引氣劑，含氣量控制在3%，可以顯著減少砼的干縮變形和溫度變形，提高鋪裝層的使用壽命。

3.對預制板進行預處理

為了提高鋪裝層與預制板的界面黏結力，主要采用預制鋼筋網和添加連接筋的辦法，但是，由于橋面鋪裝層一般較薄，有的厚度僅為4cm，因此不能采用添加連結筋的辦法。研究發現，采用預制板上涂刷聚合物與水泥按1：1比例配置的界面黏結的方法，新舊混凝土層間黏結強度增加了近1.5倍，此法對橋面鋪裝層的修補可產生十分理想的效果。

四、結語

1.鋪裝層裂縫產生的原因分為干縮裂縫、溫度裂縫和疲勞裂縫。鋪裝層處于四周及預制板的限制作用下而自由收縮，以及鋪裝層存在溫度梯度是鋪裝層產生裂縫的主要原因。

2.高溫條件下，根據不同的溫度梯度保持一定的溫度可防止干縮裂縫的出現。

3.橋面鋪裝層與預制板的粘結，影響重復荷載作用下的裂縫產生，粘結越牢，鋪裝層使用壽命越長。加鋪裝層在預制板上涂抹聚合物與水泥漿的粘結劑，可以預防裂縫的產生，并可以提高鋪裝層的使用壽命。

參考文獻

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