橋梁伸縮縫水泥混凝土破損分析及修補(bǔ)技術(shù)

桑海軍 遼寧省交通高等?？茖W(xué)校 110122

橋梁伸縮縫水泥混凝土破損分析及修補(bǔ)技術(shù)

桑海軍 遼寧省交通高等?？茖W(xué)校 110122

通過對橋梁伸縮縫水泥混凝土破損情況的大量調(diào)研，總結(jié)分析了破損的原因，通過采用摻加超早強(qiáng)劑水泥混凝土的試驗及效果、成本分析，提出快速修補(bǔ)橋梁伸縮縫水泥混凝土破損的方案，應(yīng)用快速修補(bǔ)技術(shù)進(jìn)行橋梁伸縮縫水泥混凝土的維修養(yǎng)護(hù)是一項經(jīng)濟(jì)可行的辦法。

橋梁伸縮縫水泥混凝土面；病害原因；快速修補(bǔ)工藝；效果和成本分析

在橋梁結(jié)構(gòu)中，橋梁伸縮縫裝置所需的費(fèi)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(xiàn)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(fā)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(dāng)，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(jù)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(wǎng)裂等;

2表面損壞類：紋裂、網(wǎng)裂、起皮、磨損、露骨、活性集料反應(yīng)、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(fù)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(chǎn)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(chǎn)生拉應(yīng)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(chǎn)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(chǎn)生縱向裂縫。

3交叉裂縫

產(chǎn)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(qiáng)度不足，在輪載荷、溫度作用下會出現(xiàn)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(chǎn)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(qiáng)度不足縫內(nèi)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(qiáng)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(nèi)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(shè)置不當(dāng)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(xué)性能的較大差異，致使強(qiáng)度、變形、穩(wěn)定性等不同，而產(chǎn)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(dǎo)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(chǎn)生的垂直高差。產(chǎn)生的原因是兩種材料的力學(xué)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(jīng)過此處產(chǎn)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(chǎn)生變形，尤其是豎向變形，產(chǎn)生高差，車輛在此處又產(chǎn)生跳車，更增加了沖擊能量，對此處產(chǎn)生的破壞作用就更大了，進(jìn)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(diào)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(jié)果。根據(jù)對遼寧省內(nèi)部分地區(qū)橋梁伸縮縫水泥混凝土面調(diào)查及分析，橋梁伸縮縫水泥混凝土產(chǎn)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(yǎng)護(hù)等。

1荷載方面的原因

隨著遼寧省經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速增長，交通運(yùn)輸量激增；同時，人們的消費(fèi)理念也發(fā)生了很大的變化，私家車的數(shù)量增長也非常的迅速，設(shè)計時對交通量的急速增長估計不足。再者，現(xiàn)行水泥混凝土路面設(shè)計規(guī)范是以重100KN的單軸荷載作為標(biāo)準(zhǔn)軸載，遼寧地區(qū)近些年經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，振興東北老工業(yè)基地的契機(jī)，所以有許多大型的特重的運(yùn)輸車輛通行。并且車輛超載現(xiàn)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(yán)重，因設(shè)計時采用規(guī)范和軸載參數(shù)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(jié)構(gòu)不能滿足需要，從而產(chǎn)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(dá)不到要求，使其在新建后就很快出現(xiàn)裂縫，不達(dá)標(biāo)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(qū)終年氣候較為干燥，水泥混凝土在這種環(huán)境中更容易產(chǎn)生翹曲變形和翹曲應(yīng)力，據(jù)有關(guān)研究表明，在這種年溫差和晝夜溫差大的地區(qū)，翹曲應(yīng)力的數(shù)值有時幾乎與靜荷載相當(dāng)。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(chǎn)生開裂、斷板或斷角破壞。

4養(yǎng)護(hù)原因

由于遼寧的氣候及環(huán)境因素的影響，造成水泥混凝土使用初期由于氣候干燥產(chǎn)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(yǎng)護(hù)技術(shù)相對較為薄弱，使用的修補(bǔ)材料和修補(bǔ)方法也就是普通的水泥混凝土施工工藝，修補(bǔ)后的破損率相對很高。

二、用于橋梁伸縮縫水泥混凝土修補(bǔ)的材料的技術(shù)要求

1快硬高早強(qiáng)

2收縮小

3具有一定粘性

4后期性能穩(wěn)定，強(qiáng)度發(fā)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(bǔ)的工序

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

2切割。按放樣的標(biāo)定線用切割機(jī)切割成規(guī)則的修補(bǔ)區(qū)。對于修補(bǔ)區(qū)域的面積宜大于40cm×40cm，采用矩形的修補(bǔ)區(qū)域，這樣的修補(bǔ)區(qū)域在輪載作用下的受力情況更有利。

3沖擊破碎。用風(fēng)鎬等混凝土破碎機(jī)具對切割后的修補(bǔ)區(qū)混凝土進(jìn)行破碎，使其成為碎片，以便于清除。

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

5界面處理。開鑿的基坑要避免出現(xiàn)薄邊斷面，周邊宜垂直表面切除，下部呈向內(nèi)擴(kuò)展?fàn)??；铀谋谝苊膺^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(jié)?；忧謇砗煤?，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(jù)試驗配合比拌制混凝土，當(dāng)修補(bǔ)層的厚度達(dá)到5cm、修補(bǔ)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(nèi)，立即進(jìn)行后續(xù)工作。各工序應(yīng)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(yǎng)生。在整個養(yǎng)生期間必須保持修補(bǔ)混凝土表面始終處于濕潤狀態(tài)，最好派專人用麻袋或其他吸水性強(qiáng)的材料淋濕覆蓋養(yǎng)護(hù)。根據(jù)具體預(yù)留試件或?qū)嶋H路面混凝土的回彈抗壓強(qiáng)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(bǔ)技術(shù)，在施工過程中應(yīng)加強(qiáng)施工過程管理，應(yīng)針對不同病害采用相應(yīng)的修補(bǔ)技術(shù)，且施工時應(yīng)注意以下有關(guān)事項以期更好地達(dá)到快速修補(bǔ)的目的，充分發(fā)揮快速修補(bǔ)帶來的時間效益和社會效益及體現(xiàn)出的經(jīng)濟(jì)效益。

1拌和的混凝土的坍落度應(yīng)嚴(yán)格控制在3～5cm以內(nèi)。

2混合料拌和好后，應(yīng)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(shè)備。

4當(dāng)修補(bǔ)時，應(yīng)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(yīng)加強(qiáng)前場施工觀測，及時調(diào)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(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)?？焖傩扪a(bǔ)水化熱較集中，需要及時養(yǎng)護(hù)。

五、橋梁伸縮縫水泥混凝土面修補(bǔ)成本分析

1橋梁伸縮縫水泥混凝土面快速修補(bǔ)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(tǒng)橋梁伸縮縫水泥混凝土面修補(bǔ)的特點(diǎn)(修補(bǔ)工程量少、維護(hù)成本高、安全隱患重、修補(bǔ)混凝土與舊混凝土粘結(jié)差、二次裂縫明顯、耐久性差)和修補(bǔ)實際效果來看，應(yīng)用橋梁伸縮縫水泥混凝土面快速修補(bǔ)與傳統(tǒng)的修補(bǔ)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(bǔ)所需要的混凝土方量不大，每方混凝土的養(yǎng)護(hù)成本比大面積澆筑混凝土高，而養(yǎng)護(hù)時間與養(yǎng)護(hù)成本成正比。使用橋梁伸縮縫水泥混凝土面快速修補(bǔ)，基本可實現(xiàn)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(yǎng)護(hù)7天才能通車。

3快速修補(bǔ)方法中摻加鋼纖維，用于伸縮縫的水泥混凝土面修補(bǔ)，且用界面劑對舊混凝土進(jìn)行處理，增加了新舊混凝土的粘結(jié)強(qiáng)度，耐磨性、耐久性上具有普通混凝土無法比擬的優(yōu)勢。

綜上所述，橋梁伸縮縫水泥混凝土面快速修補(bǔ)方法具有早期強(qiáng)度高、后期強(qiáng)度穩(wěn)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(bǔ)方法在夜間進(jìn)行修補(bǔ)，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(jīng)濟(jì)效益非常顯著。

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