行車振動對混凝土性能的影響研究進展綜述

胡邦勝，肖成明，劉貞鵬，劉振華

(廣西交通職業技術學院，廣西 南寧 530023)

0 引言

隨著社會經濟和科學技術的不斷進步，混凝土在各個工程領域得到了廣泛應用?，F澆混凝土會遭受周圍環境不同擾動的影響，如行車振動等擾動會造成現澆混凝土內部結構破壞，導致混凝土性能劣化[1]。目前對橋梁進行加固和維修施工采取的是封閉或者中斷交通的形式，但現階段我國大部分城市的交通量繁重，封閉交通會給當地居民帶來極大的不便，造成經濟損失。保持開放交通進行施工，勢必會對新澆筑的混凝土的力學性能和耐久性能帶來一定影響。近年來，國內外學者針對于行車振動對新澆筑混凝土所帶來的影響，通過模擬一些特定的情況進行研究，取得了一定的成果。但是行車振動對混凝土的影響較為復雜，尚未形成清晰的機理。因此，本文基于國內外學者的相關成果進行綜述，總結今后的研究熱點方向，為解決開放交通施工目前仍然存在的問題提供一定的借鑒和參考。

1 行車振動對混凝土的力學性能影響

目前國內外的學者通過室內模擬試驗和現場檢測的方式研究了不同振動作用對混凝土的力學性能影響。蔣正武等[2-3]研究表明，車橋耦合振動頻率提高會加劇混凝土早期離析程度，降低混凝土的均勻性和密實度，在混凝土凝結硬化早期和后期，行車振動對混凝土性能影響較?。恍熊囌駝影l生在凝結硬化中期時，對混凝土力學性能和耐久性影響較大。魏建軍等[4]研究了不同的振動頻率、振幅組合情況下的力學性能，發現低頻較小振幅(<3 mm)的振動對修復混凝土的抗拉性能影響不明顯，在混凝土凝結硬化中期受到較大振幅(>5 mm)的振動時，修復混凝土的抗拉強度會有所下降。張煜等[5]研究了振動時間、頻率、幅度以及約束條件對混凝土抗壓強度與彈性模量的影響，結果顯示：約束條件能夠有效控制橋梁混凝土的振動效應；橋梁建造過程的振動對混凝土抗壓強度影響不顯著，而開放交通加固過程中的振動對混凝土抗壓強度影響較為明顯；兩種工況下振動效應對混凝土彈性模量影響均不明顯。潘慧敏等[6-8]研究了不同的粗骨料最大粒徑對受擾混凝土強度的影響，發現粗骨料最大粒徑為16 mm時，早期受擾的混凝土力學性能顯著降低；粗骨料最大粒徑為20 mm時，對早期受擾的混凝土力學性能影響較小；臨近初凝和終凝時的振動對混凝土影響較小；振動時間對抗壓強度影響不大，對抗折強度影響比較顯著；另外，受擾混凝土試件存在一定的尺寸效應，試件尺寸越大，混凝土受擾后的密實性越差，開口孔隙越多，擾動對飽和面干吸水率、劈裂抗拉強度的影響存在顯著的尺寸效應，其中在壓密階段尺寸效應最為顯著。國外學者S Harsh等[9-10]研究了行車振動對新澆筑的修補橋梁混凝土抗壓強度、鋼筋與混凝土粘結力的影響，結果表明：澆筑開始的持續振動使塑性混凝土抗壓強度降低了10%，粘結強度降低了5.9%，對混凝土的力學性能產生了不利影響；在開放交通的情況下，坍落度<75 mm的修補混凝土在行車振動的影響下質量沒有明顯下降。Issa M A等[11]模擬了行車荷載的振動作用下混凝土橋梁的變形情況，得到以下結論：行車荷載下的振動作用對混凝土的早期強度影響較為顯著，混凝土澆筑7～8 h時受行車振動作用，會使其產生裂縫。Dunham M R等[12]研究了兩種振動峰值速度和五種起振時間情況下的混凝土力學性能，發現振動對抗壓強度影響不顯著，而對抗折強度卻產生了不利的影響，抗折強度最大損失約為8%。

上述國內外的學者從宏觀的角度分析了不同行車振動條件對混凝土的力學性能影響，對行車振動后混凝土內部結構的變化以及影響機理的分析較少。黃維蓉等[13-15]通過孔結構圖像分析了行車振動對混凝土力學性能影響機理，表明混凝土凝結硬化中期的車橋耦合振動會破壞已經形成的水化凝膠物結構，使混凝土產生一定的微小孔隙與裂紋，導致混凝土的力學性能降低，且隨著振動時間延長，其強度下降越明顯。在初凝前受到低頻、低振幅的振動作用，能夠在一定程度上改善混凝土的孔結構，提高其后期強度，但在初凝前受到較強的(頻率為9 Hz，振幅為8 mm)振動作用，會對混凝土結構產生不利影響。張長江等[16]基于聲發射技術，從初始微裂紋角度解釋了早齡期擾動對混凝土力學性能的損傷機理；根據不同的聲發射參數進行關聯分析，發現混凝土在凝結初期受振動的頻率越大，產生剪切裂縫的比率有所減少，試件所受損傷越??；振動幅度越大，產生剪切裂縫的比率有所增加，試件所受損傷越大；混凝土在凝結中期受振動作用影響，頻率和振幅越大，產生剪切裂縫的比率不斷增大，試件所受損傷越大。

2 行車振動對混凝土的耐久性能影響

從20世紀50年代開始，混凝土的耐久性能一直都是學者們關注的熱點，因混凝土耐久性不足引起的工程質量問題也層出不窮，給國家和社會帶來了無法估量的損失。潘慧敏等[17-18]研究了不同受振動階段情況下的抗硫酸鹽侵蝕性能：臨近初凝(貫入阻力值為3.5～11.5 MPa)和臨近終凝(貫入阻力值為19.5～28.0 MPa)的振動對混凝土影響較小，硬化中期(貫入阻力值為11.5～19.5 MPa)的振動會加速混凝土在硫酸鹽侵蝕環境下的劣化。劉碩[19]采用風冷電磁試驗振動臺模擬車橋耦合振動，研究了車橋耦合振動對快速修補混凝土耐久性的影響程度，試驗結果表明：行車振動對摻加聚丙烯纖維的修補混凝土抗凍性能影響不顯著。陶健[20]通過正交試驗設計研究了起振時間、振幅、頻率、受振階段對混凝土耐久性能影響，發現對氯離子遷移系數、鋼筋失重率、滲水高度、抗壓強度損失率和抗壓強度耐蝕系數影響最大的是起振時間；車橋耦合振動作用導致混凝土耐久性能降低，對混凝土的抗氯離子滲透性能、抗滲水性能的影響非常顯著。何歡等[21]通過電磁擾動臺模擬不同振幅、頻率組合對硫鋁酸鹽水泥混凝土的性能影響，發現在振幅為1.5 mm、振動頻率為6 Hz以上的情況下，混凝土的多害孔明顯增加，抗氯離子滲透能力發生明顯減弱。謝德擎等[22]研究了7個不同起振時間對混凝土抗氯離子滲透性能(RCM)的影響，發現C30混凝土終凝前1 h受振動，混凝土抗氯離子滲透性能最差；C50混凝土終凝時受振動，混凝土抗氯離子滲透性能最差，RCM值增幅為95%，摻入抗擾動劑能提升普通混凝土的整體抗擾動性能，并提高混凝土抗氯離子滲透性能。

3 改善抗振動混凝土性能的措施

為了改善行車振動對混凝土帶來的不利影響，國內外學者開展了不同種類的抗振動混凝土性能研究。張永娟等[23-24]通過摻入不同外加劑，來改善混凝土的抗振動性能，其研究表明：摻調凝劑可以大幅縮短混凝土受擾期，調凝劑摻量越大，混凝土抗擾動性能提高越明顯；摻加抗裂增韌外加劑可大幅降低受擾混凝土表面裂縫面積，明顯提高混凝土的抗擾抗裂性能，但是混凝土的抗壓強度會隨著抗裂增韌外加劑摻量的增加呈下降趨勢，一般不宜用量過大；摻加膨脹劑可以改善受擾混凝土的自愈合率，明顯提高混凝土的抗擾動性能。李昊欣[25]通過加入聚乙烯醇、硫酸鈉等外加劑減小受振動混凝土的抗壓強度損失率，當抗裂增韌外加劑——聚乙烯醇摻量為0.03%時，受擾混凝土的單面抗鹽凍能力和抗擾動能力最好；摻加0.5%的早強劑——硫酸鈉可以顯著降低受擾混凝土早期抗壓強度損失率，但早強劑的加入會對抗振動混凝土的耐久性產生不利的影響。

另外，部分學者為了改善抗振動混凝土的抗裂性能，在混凝土中摻入不同種類的纖維，習磊[26]在C50抗振動混凝土中加入了鋼纖維和聚丙烯纖維，試驗結果表明：行車振動作用時間越長，對混凝土骨料分布產生的不利影響越明顯，摻入混雜纖維后，混凝土的離析程度減弱，抗折強度和劈裂抗拉強度明顯提升。李利偉等[27]則研究了分別加入PE纖維、摻鋼纖維的混凝土抗振動性能，發現摻PE纖維能夠顯著提高混凝土的延伸率，大大降低裂縫的平均寬度，抗擾動性能良好，其最佳摻量為2%；摻鋼纖維能夠明顯提升混凝土的抗拉強度、抗壓強度和抗折強度，但延伸率極低，抗裂性能差，抗擾動性能差；PVA纖維能夠改善混凝土的延伸率，但裂縫平均寬度大，抗裂性能較差，抗擾動性較差。戴民等[28-29]探討了玄武巖纖維對抗振動混凝土內部損傷的影響，研究表明：加入玄武巖纖維能有效改善行車振動對混凝土抗壓強度的影響，加入0.3%長纖維摻量時，混凝土抗振動性能最好。

4 結語

目前，國內外學者在行車振動對混凝土性能的影響方面的研究取得了一定成果，但是由于試驗條件差異較大，尚存在以下不足：

(1)目前模擬的行車振動參數研究大多較為單一，未能充分體現實際開放交通情況下行車振動作用對混凝土的影響，需要進一步進行試驗驗證。

(2)諸多學者研究表明，行車振動會對凝結硬化過程中的修補混凝土內部造成損傷，形成裂縫，不少學者摻入外加劑和纖維改善混凝土的抗裂性能，但是針對混雜纖維改善混凝土抗振動性能的情況研究較少，需進一步驗證，并深入分析其機理。

(3)現階段大部分研究主要集中在抗振動混凝土的力學性能研究，而混凝土的耐久性和長期性能在實際工程中又至關重要，雖有部分學者對抗振動混凝土的耐久性能有了一定程度的研究，但行車振動作用對混凝土變形性能影響鮮少報道，因此有必要深入探討其影響。