橋面鋪裝裂縫產生的原因和防治措施

吳建松

摘要:本文分析了橋面鋪裝裂縫成因產生的原因,并提出了預防裂縫的產生措施,進行科學的修補。

關鍵詞:橋面鋪裝層;裂縫;引氣劑

1 前言

橋面鋪裝層可防止車輪或履帶直接磨耗行車道板,保護主梁免受雨水的侵蝕。并分布車輪的集中力。橋面鋪裝的破壞將直接影響到其使用功能的正常發揮。一方面橋面破損造成跳車,影響行車舒適,降低運營服務水平;另一方面跳車產生沖擊力加劇橋面鋪裝的破壞,嚴重時導致單板受力,降低耐久性,甚至導致橋梁破壞。由橋面鋪裝層破壞而造成的橋梁結構的安全使用和耐久性同題已越來越受到工程界的關注。

橋面鋪裝裂縫產生的原因機理涉及到材料及施工工藝等多個方面,現階段在對橋面鋪裝裂縫的后期處理上比較重視,而對引發產生裂縫的其他因素重視不夠。只有在弄清橋面鋪裝裂縫產生的機理之后,才能做到有的放矢,更好地避免和預防質量問題的發生。

2 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,使得橋面鋪裝層裂縫產生原因較為復雜。根據裂縫產生原因可將裂縫分為干縮裂縫、溫度裂縫和疲勞裂縫。

2.1 干縮裂縫

在水泥混凝土中,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中失去時,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:一方面,水泥漿干縮的內部限制,主要是集料對水泥漿體的約束。在普通水泥混凝土中,水泥漿體的收縮率以限制了90% ,所以混凝土經常處于有干縮裂縫的應力狀態;另一方面,鋪裝層干縮的外部限制,主要是預制板和側面路面的約束。處于限制狀態下的混凝土板塊結構,只有當混凝土硬化干燥過程中的自由收縮不相適應時,混凝土會產生裂縫。而實際中,混凝土硬化干燥過程中的自由收縮總比混凝土本身防止裂縫出現的自由收縮大,故鋪裝層常常產生干縮裂縫。

2.2 溫度裂縫

水泥混凝土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,混凝土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,翹曲應力的大小取決于板的溫度梯度和結構約束情況。

混凝土鋪裝層受到急劇降溫時,應考慮兩種情況:一是鋪裝層受預制板的約束而不能自由收縮;二是當鋪裝層較厚時,沿厚度方向將產生溫度梯度,這兩種情況導致橫向裂縫產生。

2.3 疲勞裂縫

橋面板經常處于振動變形中,由于在混凝土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。當應力反復作用時,使微裂紋逐步擴展,從而不斷減少承受應力作用的有效面積,終于在車輛的重復荷載反復作用一定次數后導致破壞,使混凝土出現疲勞裂縫。

3 預防處置措施

3.1 設計上的措施

由于橋面越來越寬,而且橋梁結構受力狀態復雜,所以在設計上要對箱體進行整體受力分析和剛度變化分析,對靠近支座一定范圍內的箱體進行抗彎、抗扭疊加分析與驗算,適當增加構造鋼筋。還需要進行橋面橫向不對稱荷載對箱體產生不利影響的受力分析,當然盡可能從不同角度對應力狀態進行研究后復核,通過進行試驗來證實設計是正確的后方可進行施工。

另外箱筋的設計應盡量做到制作和安裝方便,這樣才能保證施工質量,使橋梁實際受力與設計相符合,通過對多座橋梁成功經驗與教訓的總結,認為形成比較切合實際受力狀態的假設理論,是保證橋梁使用壽命的先決條件。

3.2 施工時需要注意的環節

橋梁結構質量好壞,最終要看其施工質量。首先在施工過程中,要把好材料質量這一關。除按操作規程施工外,要認真做好鋼船骨架的制作與安裝,保證骨架就位的幾何尺寸符合設計要求,根據構件的不同要求,設計相應的配合比。不同的配合比采取不同的施工程序,從而保證混凝土質量及強度的均勻性和耐久性。

橋面鋪裝層施工質量要好,橋面鋪裝層施工的關鍵是控制水灰比與含砂率。在安裝鋼船網時。可利用短鋼筋頭支撐鋼船網.以防鋼筋網被踩壓到底層。另外,使用泵送混凝土澆注鋪裝層可減少施工車輛和施工人員的現場干擾,保證鋼筋網的有效位置。

要認真驗算支架的穩定性,并采取相應的措施防止支架下沉和變形。嚴格按照設計要求的拆架程序,認真做好整個拆架過程中的每一步工作,防止拆架產生過大的瞬時荷載,引起不應有的施工裂縫。

為減少控制橋面裂縫的發生,要認真抓好每一工序的施工質量,根據實際情況,確定合理的工期,在已定工期的前提下安排好施工程序,從而保證結構的質量和使用安全。

4 修補措施

4.1 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。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、韌性指數及界面粘結強度,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400kg/m3實驗表明,摻和20%、體積摻量1.5%鋼纖維, 早強微膨脹劑R-24為8%的混凝土彎曲韌性是普通混凝土的45倍,界面粘結強度提高了一倍,有效阻止干縮,抗彎初裂強度達到9.10MPa。

4.2 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。

4.3 對預制板進行預處理。為了提高鋪裝層與預制板的界面粘結力,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比例配置的界面粘結的方法,新舊混凝土層問粘結強度增加了近1.5倍, 此法對橋面鋪裝層的修補可產生十分理想的效果。

結束語

橋面鋪裝結構產生了病害雖然在一定程度上不影響整體橋梁結構的安全,但卻直接影響橋梁的外觀質量及驗收評定和行車的安全性、舒適性,在實際實施過程中應重視其設計和施工,嚴格控制橋面鋪裝質量。避免或減少病害的產生。橋面鋪裝結構除日常正常養護外,當出現病害時,應及時對癥處治,確保橋梁安全運營,延長橋梁的使用壽命。