桥面铺装裂缝产生的原因和防治措施

吴建松

摘要:本文分析了桥面铺装裂缝成因产生的原因,并提出了预防裂缝的产生措施,进行科学的修补。

关键词:桥面铺装层;裂缝;引气剂

1 前言

桥面铺装层可防止车轮或履带直接磨耗行车道板,保护主梁免受雨水的侵蚀。并分布车轮的集中力。桥面铺装的破坏将直接影响到其使用功能的正常发挥。一方面桥面破损造成跳车,影响行车舒适,降低运营服务水平;另一方面跳车产生冲击力加剧桥面铺装的破坏,严重时导致单板受力,降低耐久性,甚至导致桥梁破坏。由桥面铺装层破坏而造成的桥梁结构的安全使用和耐久性同题已越来越受到工程界的关注。

桥面铺装裂缝产生的原因机理涉及到材料及施工工艺等多个方面,现阶段在对桥面铺装裂缝的后期处理上比较重视,而对引发产生裂缝的其他因素重视不够。只有在弄清桥面铺装裂缝产生的机理之后,才能做到有的放矢,更好地避免和预防质量问题的发生。

2 桥面铺装层裂缝产生的原因

刚性路面是根据弹性半无限地基上的小挠度薄板理论进行设计的。桥面铺装层设计与普通混凝土路面设计基本一样,但由于其是刚性预制板上浇筑的混凝土,受力情况发生了很大的变化,使得桥面铺装层裂缝产生原因较为复杂。根据裂缝产生原因可将裂缝分为干缩裂缝、温度裂缝和疲劳裂缝。

2.1 干缩裂缝

在水泥混凝土中,水在水泥石中以化学结合水、层间水、物理吸附水和毛细水等状态存在,当这些水在混凝土硬化过程中失去时,水泥浆体就会收缩,如果自由收缩,一般不会导致裂缝产生,唯有收缩受到限制产生收缩应力时,才会产生裂缝。桥面铺装层产生收缩应力主要是由于受到两方面的限制:一方面,水泥浆干缩的内部限制,主要是集料对水泥浆体的约束。在普通水泥混凝土中,水泥浆体的收缩率以限制了90% ,所以混凝土经常处于有干缩裂缝的应力状态;另一方面,铺装层干缩的外部限制,主要是预制板和侧面路面的约束。处于限制状态下的混凝土板块结构,只有当混凝土硬化干燥过程中的自由收缩不相适应时,混凝土会产生裂缝。而实际中,混凝土硬化干燥过程中的自由收缩总比混凝土本身防止裂缝出现的自由收缩大,故铺装层常常产生干缩裂缝。

2.2 温度裂缝

水泥混凝土具有热胀冷缩的性能,桥面铺装层的热胀冷缩是在相邻的部分成整体性限制条件下发生的,混凝土材料的抗折强度较抗压强度小,因而当铺装层中产生拉伸变形时,很容易引起开裂。温度裂缝的产生一般是在温度降低过程中产生的,温度降低时,铺装层发生翘曲,翘曲应力的大小取决于板的温度梯度和结构约束情况。

混凝土铺装层受到急剧降温时,应考虑两种情况:一是铺装层受预制板的约束而不能自由收缩;二是当铺装层较厚时,沿厚度方向将产生温度梯度,这两种情况导致横向裂缝产生。

2.3 疲劳裂缝

桥面板经常处于振动变形中,由于在混凝土材料内部存在局部缺陷或不均匀性,在荷载作用下会发生应力集中而出现微裂纹。当应力反复作用时,使微裂纹逐步扩展,从而不断减少承受应力作用的有效面积,终于在车辆的重复荷载反复作用一定次数后导致破坏,使混凝土出现疲劳裂缝。

3 预防处置措施

3.1 设计上的措施

由于桥面越来越宽,而且桥梁结构受力状态复杂,所以在设计上要对箱体进行整体受力分析和刚度变化分析,对靠近支座一定范围内的箱体进行抗弯、抗扭叠加分析与验算,适当增加构造钢筋。还需要进行桥面横向不对称荷载对箱体产生不利影响的受力分析,当然尽可能从不同角度对应力状态进行研究后复核,通过进行试验来证实设计是正确的后方可进行施工。

另外箱筋的设计应尽量做到制作和安装方便,这样才能保证施工质量,使桥梁实际受力与设计相符合,通过对多座桥梁成功经验与教训的总结,认为形成比较切合实际受力状态的假设理论,是保证桥梁使用寿命的先决条件。

3.2 施工时需要注意的环节

桥梁结构质量好坏,最终要看其施工质量。首先在施工过程中,要把好材料质量这一关。除按操作规程施工外,要认真做好钢船骨架的制作与安装,保证骨架就位的几何尺寸符合设计要求,根据构件的不同要求,设计相应的配合比。不同的配合比采取不同的施工程序,从而保证混凝土质量及强度的均匀性和耐久性。

桥面铺装层施工质量要好,桥面铺装层施工的关键是控制水灰比与含砂率。在安装钢船网时。可利用短钢筋头支撑钢船网.以防钢筋网被踩压到底层。另外,使用泵送混凝土浇注铺装层可减少施工车辆和施工人员的现场干扰,保证钢筋网的有效位置。

要认真验算支架的稳定性,并采取相应的措施防止支架下沉和变形。严格按照设计要求的拆架程序,认真做好整个拆架过程中的每一步工作,防止拆架产生过大的瞬时荷载,引起不应有的施工裂缝。

为减少控制桥面裂缝的发生,要认真抓好每一工序的施工质量,根据实际情况,确定合理的工期,在已定工期的前提下安排好施工程序,从而保证结构的质量和使用安全。

4 修补措施

4.1 掺加钢纤维、聚合物和膨胀剂试验和计算机

模拟在混凝土基体中掺加。定数量的膨胀剂、早强剂、聚合物和钢纤维对混凝土进行改性,从而提高了初裂强度、韧性指数及界面粘结强度,可较好阻止裂缝的产生,试验采用的配合比为水泥:砂:碎石 1:1.81:2.71,水泥用量为400kg/m3实验表明,掺和20%、体积掺量1.5%钢纤维, 早强微膨胀剂R-24为8%的混凝土弯曲韧性是普通混凝土的45倍,界面粘结强度提高了一倍,有效阻止干缩,抗弯初裂强度达到9.10MPa。

4.2 引入引气剂对于砼这种刚性路面而言,降低材料的刚性,增加其柔韧性,但不降低抗折强度,是科研部门追求的路用砼品质之一。引气剂的加入,可显著改善道路混凝土的工作性,抗折强度、变形性能及耐久性等多项指标提高。引入2%～5%的含气量,抗折强度可提高10%～15%,适量的含气量可获得高抗折强度和抗折弹性模量,因此,在对桥面铺装层进行修补时,引入适量引气剂,含气量控制在3%,可以显著减少砼的干缩变形和温度变形,提高铺装层的使用寿命。

4.3 对预制板进行预处理。为了提高铺装层与预制板的界面粘结力,主要采用预制钢筋网和添加连接筋的办法,但是,由于桥面铺装层一般较薄,有的厚度仅为4cm,因此不能采用添加连结筋的办法。研究发现,采用预制板上涂刷聚合物与水泥按1:1比例配置的界面粘结的方法,新旧混凝土层问粘结强度增加了近1.5倍, 此法对桥面铺装层的修补可产生十分理想的效果。

结束语

桥面铺装结构产生了病害虽然在一定程度上不影响整体桥梁结构的安全,但却直接影响桥梁的外观质量及验收评定和行车的安全性、舒适性,在实际实施过程中应重视其设计和施工,严格控制桥面铺装质量。避免或减少病害的产生。桥面铺装结构除日常正常养护外,当出现病害时,应及时对症处治,确保桥梁安全运营,延长桥梁的使用寿命。