早期微振動對橋梁修補混凝土性能的影響

(重慶交通大學 重慶 400074)

在橋梁加固維修時，重型車輛高速通過橋梁過程中會引起橋梁產生結構振動，且由于橋面不平整等因素更加劇了車輛與橋梁之間的相互影響，這種相互影響稱為車橋耦合振動[1]。混凝土作為一種敏感性材料，在橋梁加固維修時，汽車與橋梁產生的耦合振動會給新澆筑的混凝土帶來一定影響，包括產生擾動裂縫，導致新老混凝土粘結面薄弱等等。

一、微振動對混凝土產生影響機理

許多工程實例表明，新老混凝土粘結面確實是混凝土最容易發生破壞的部位。在修補缺陷的過程中，由于老混凝土的親水性，修補是會在舊混凝土界面處形成水膜，是界面處新混凝土局部水灰比高于體系水灰比，導致界面處鈣礬石和氫氧化鈣晶體數量增多，體型變大，降低了界面強度[2]。由于老混凝土的阻礙，新混凝土中的泌水和氣泡大量聚集在老混凝土的表面進行物理化學變化。由于老混凝土界面有水，是的新混凝土局部水灰比高，氣孔和裂縫在該區富集，因此使得界面強度降低[3]。

二、微振動對混凝土強度的影響

魏建軍[4]等人通過對混凝土初、終凝前后選取了六個時間點作為振動的起振點，分別施加四種不同的頻率和振幅，研究發現，早期振動對混凝土的有輕微的影響，但是影響不大，劈裂拉伸強度下降范圍都在10%以內，其中76%的強度降低在7%以內。

蔣正武[5]指出隨著振幅增大，振動后抗折強度保持率呈下降趨勢。振幅對混凝土密實度有一定影響，小振幅的振動可以提高混凝土密實度，但隨著振幅的繼續增大，混凝土的密實程度有所下降。隨著振幅增大，混凝土離析傾向明顯增大，均勻性明顯降低。

肖鑫等人不同振動模式對混凝土損傷情況不同，每分鐘內持續振動時間越長，混凝土7d抗折強度和28d抗壓強度逐漸降低。在不中斷交通通行情況下，適當控制交通流量，有利于降低車橋耦合振動對混凝土的損傷，保證施工質量。混凝土凝結硬化前期(0～6h)和后期(>15h)，車橋耦合振動對混凝土影響較小，在中期(6h～15h)，車橋耦合振動對混凝土影響顯著，混凝土抗折強度和抗壓強度均有所降低。

黃維蓉[6]老師經過實驗研究發現混凝土在凝結過程中，初凝前的振動會在一定程度加速水泥水化，振動作用對不同凝期混凝土強度均有所提升，但在凝結中后期施加振動會降低混凝土強度，但隨著凝期增長，強度損失逐漸減小。

Michael R[7]等人在頻率為60Hz，振動速度峰值范圍為50-100mm/s，200-300mm/s的振動條件下分別選取澆筑后2h，3.5h，4.5h、5h、6h是持續振動2min，并測試不同齡期試件的劈裂抗拉強度及抗壓強度，實驗結果表明振動沒有對混凝土強度產生明顯影響。

此外，Furr HL[8]、Hulshizer等人開展了振動荷載對混凝土性能的影響研究，研究結果在不同角度闡述了振動對混凝土后期強度產生影響不顯著的結論。

三、修補混凝土粘結面的影響因素

新老混凝土界面粘結性能還有一個非常重要的因素就是界面劑和界面粗糙程度。

粗超度處理并涂刷適宜界面劑之后，新老混凝土粘結軸拉強度可達整體新混凝土軸拉強度的67%～84%，粘結劈拉強度可達整體新混凝土劈拉強度的62%～75%，粘結抗折強度可達整體新混凝土抗折強度的47%～53%。采用高壓水沖粘結面時，適當提高沖水壓力、鑿去松動的混凝土塊，使老混凝土牯結面粗骨科出露一定比例(如出露50%)、在新混凝土中摻入一定量的鋼纖維(如摻人量為l5%)能有效方法提高粘結強度。

Fu Xuli[9]研究表明在新澆筑的混凝土中摻入碳纖維可以改善新老混凝土之間的粘結性，主要應用新混凝土的干縮較小。而將老混凝土看做是混凝土原材料中的粗骨料，在老混凝土上澆筑新混凝土時，新混凝土與老混凝土接觸的部分就可以簡化的看做是我們成型普通混凝土時水泥與集料的接觸一樣。界面以物理作用粘結在一起，比如我們所了解的機械咬合力、范德華力、表面張力等。Fiebrich M.H與Bijen的觀點類似，也認為是熱力學行為，但他研究分析提出，由于物質的表面張力引起了界面粘結作用，這一觀點與分子作用的觀點相似。

袁群[10]認為新老混凝土粘結層是疊合層面,其內部存在著許多不利于粘結的因素。新混凝土澆注之前,老混凝土粘結面除了鑿毛外還必須泅水。泅水飽和度對粘結強度有一定影響。

王新友[11]研究表明隨著聚合物摻量增加，粘結試件的強度性能逐漸增加，但幅度極小，而斷裂性能則顯著獲得明顯改善

從新老混凝土粘結機理上分析，一般認為粗糙度越大粘結性能越好，但是管大慶[12]研究表明，粗超度對粘結性能的影響有一定的限度，超過這一限度其影響將會顯著減弱，相反甚至會降低粘結性能；而界面劑的合理選擇能不同程度的提高新老混凝土的界面粘結強度。

四、結語與展望

目前的研究并未對車橋耦合振動下，不同的交通量與工況對鋼纖維與水泥石的界面粘結性能影響，其修補混凝土的性能是否滿足，這對鋼纖維混凝土的修補性能有很大的影響。因此，系統全面的研究微振動下鋼纖維-水泥石界面粘結性能有著重要的意義。