桥梁伸缩缝水泥混凝土破损分析及修补技术

桑海军 辽宁省交通高等专科学校 110122

桥梁伸缩缝水泥混凝土破损分析及修补技术

桑海军 辽宁省交通高等专科学校 110122

通过对桥梁伸缩缝水泥混凝土破损情况的大量调研，总结分析了破损的原因，通过采用掺加超早强剂水泥混凝土的试验及效果、成本分析，提出快速修补桥梁伸缩缝水泥混凝土破损的方案，应用快速修补技术进行桥梁伸缩缝水泥混凝土的维修养护是一项经济可行的办法。

桥梁伸缩缝水泥混凝土面；病害原因；快速修补工艺；效果和成本分析

在桥梁结构中，桥梁伸缩缝装置所需的费用占工程造价的5%以下，故而一般不易引起重视，并且限于桥梁伸缩缝水泥混凝土的材料施工水平及工作条件，往往较早出现破损。伸缩缝装置的损坏，不仅造成行车颠簸、噪声扰人，而且危及桥梁安全。

一、桥梁伸缩缝水泥混凝土表面病害类型及原因

桥梁伸缩缝水泥混凝土面破坏的原因很多，新建或者使用一定年限的都可能发生。一般来说，引起破坏的原因是原材料、混凝土配合比不合理，混凝土施工方法、工艺不当，混凝土材料耐候性不良以及过载冲击、变形等因素造成桥梁伸缩缝水泥混凝土面不同程度的破坏。根据桥梁伸缩缝水泥混凝土面破坏形式，一般可将病害分为五大类型：

1裂缝类：横向裂缝、纵向裂缝、斜向裂缝、交叉裂缝、板角断裂、网裂等;

2表面损坏类：纹裂、网裂、起皮、磨损、露骨、活性集料反应、坑槽、孔洞、磨光等。

3接缝损坏类：接缝碎裂、填缝料损坏、接缝张开、唧泥、拱起等;

4变形类：错台等。

5荷载冲击类：主要指行车荷载反复不断冲击引起的破坏。

桥梁伸缩缝水泥混凝土表面裂缝的原因：

1横向裂缝

产生的原因主要有水泥混凝土失水干缩、冷缩等。

冷缩裂缝是指由于水泥混凝土冷缩产生拉应力而引起的开裂。

2纵向裂缝

对桥梁伸缩缝部位的支撑，很可能产生不均匀沉降，从而使桥梁伸缩缝水泥混凝土面在自重和行车压力作用下产生纵向裂缝。

3交叉裂缝

产生交叉裂缝的主要原因有：

⑴桥梁伸缩缝水泥混凝土自身强度不足，在轮载荷、温度作用下会出现交叉裂缝；

⑵使用了安定性不良的水泥，浇筑的水泥混凝土就会产生大面积的龟裂。

桥梁伸缩缝水泥混凝土表面损坏的原因

1起皮和剥落

起皮是施工中水灰比过大或因混凝土施工中有洒水提浆所致；剥落则主要是因为混凝土强度不足缝内有杂物引起的。

2麻面、露骨

麻面一般是由于水泥混凝土面施工时，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浆层强度低，水泥及集料等原材料耐磨性差，或使用时间较长等。

4坑槽、孔洞

原因主要是由于集料含泥量过大，混凝土内有泥土或其他杂物。

桥梁伸缩缝水泥混凝土面接缝损坏的原因：

指横缝方面，主要是桥梁伸缩缝水泥混凝土与铺筑路面的沥青混凝土和伸缩缝的钢板方面。接缝设置不当或接缝损坏会降低桥梁伸缩缝的整体使用性能，甚至使桥梁伸缩缝水泥混凝土面更快地遭到破坏。

桥梁伸缩缝水泥混凝土接缝损坏主要是接缝碎裂。接缝碎裂主要是指由于接缝处不同材料的力学性能的较大差异，致使强度、变形、稳定性等不同，而产生的沥青混凝土与水泥混凝土的损坏，泥、砂等杂物再次侵入破损处，或雨水渗入，从而导致桥梁伸缩缝水泥混凝土面接缝处的变形和破损。

桥梁伸缩缝水泥混凝土面变形损坏的原因：

主要是错台，指相邻水泥混凝土与路面铺筑沥青混凝土在接缝处产生的垂直高差。产生的原因是两种材料的力学性能，温度变形等的较大差异。这种变形都将对车辆行驶的舒适性和安全性造成很大的影响。

桥梁伸缩缝水泥混凝土荷载冲击损坏的原因：

首先，由于伸缩缝本身的缺口，车辆在经过此处产生的冲击、震动，对钢板处混凝土具有一定的破坏作用；其次，由于伸缩缝与沥青路面接缝处，本身就容易产生变形，尤其是竖向变形，产生高差，车辆在此处又产生跳车，更增加了冲击能量，对此处产生的破坏作用就更大了，进而使破坏加大，引起桥梁伸缩缝整体破坏。

桥梁伸缩缝水泥混凝土破坏原因分析

从上面调查的桥梁伸缩缝水泥混凝土面的主要病害情况可以看出，引起桥梁伸缩缝水泥混凝土破坏的原因是多个方面的，有时候某种病害是由多种因素共同作用的结果。根据对辽宁省内部分地区桥梁伸缩缝水泥混凝土面调查及分析，桥梁伸缩缝水泥混凝土产生病害有荷载方面的原因、非荷载方面的原因，非荷载方面的原因有气候、材料、施工及养护等。

1荷载方面的原因

随着辽宁省经济建设的快速增长，交通运输量激增；同时，人们的消费理念也发生了很大的变化，私家车的数量增长也非常的迅速，设计时对交通量的急速增长估计不足。再者，现行水泥混凝土路面设计规范是以重100KN的单轴荷载作为标准轴载，辽宁地区近些年经济的快速发展，振兴东北老工业基地的契机，所以有许多大型的特重的运输车辆通行。并且车辆超载现象十分普遍，桥梁伸缩缝水泥混凝土刚度高、变形能力小，对荷载及变形非常的敏感。因此，这部分超载车辆的轴载对桥梁伸缩缝水泥混凝土的损坏极为严重，因设计时采用规范和轴载参数并未考虑超载车辆的实际情况。使桥梁伸缩缝水泥混凝土结构不能满足需要，从而产生桥梁伸缩缝水泥混凝土早期损坏、快速老化、使用寿命缩短、使用性能衰减加快等。

2施工方面的原因

由于种种原因，致使施工的混凝土达不到要求，使其在新建后就很快出现裂缝，不达标等问题，使用性能下降。

3气候原因

由于辽宁属温带大陆性气候，寒暑变化剧烈，日夜温差也较大，大部分地区终年气候较为干燥，水泥混凝土在这种环境中更容易产生翘曲变形和翘曲应力，据有关研究表明，在这种年温差和昼夜温差大的地区，翘曲应力的数值有时几乎与静荷载相当。此时，重荷载加上这种不利的组合就很容易使伸缩缝水泥混凝土产生开裂、断板或断角破坏。

4养护原因

由于辽宁的气候及环境因素的影响，造成水泥混凝土使用初期由于气候干燥产生较多的干缩裂缝。加之，桥梁伸缩缝本身就没有得到高度的重视，对其水泥混凝土面的养护技术相对较为薄弱，使用的修补材料和修补方法也就是普通的水泥混凝土施工工艺，修补后的破损率相对很高。

二、用于桥梁伸缩缝水泥混凝土修补的材料的技术要求

1快硬高早强

2收缩小

3具有一定粘性

4后期性能稳定，强度发展与老混凝土基本同步

5耐磨性高，耐久性好

6施工和易性好

三、桥梁伸缩缝水泥混凝土快速修补的工序

1放样。根据桥梁伸缩缝水泥混凝土面的损坏类型、程度划定修补范围，视情况放线位置至少应距破损处l0cm以上。

2切割。按放样的标定线用切割机切割成规则的修补区。对于修补区域的面积宜大于40cm×40cm，采用矩形的修补区域，这样的修补区域在轮载作用下的受力情况更有利。

3冲击破碎。用风镐等混凝土破碎机具对切割后的修补区混凝土进行破碎，使其成为碎片，以便于清除。

4碎片清除。经冲击破碎后，伸缩缝混凝土己成碎片、碎屑，用修补工具将其清除干净。

5界面处理。开凿的基坑要避免出现薄边断面，周边宜垂直表面切除，下部呈向内扩展状。基坑四壁要避免过于平整，宜凿成粗糙不平的接口，以利于新老混凝土更好地粘结。基坑清理好后，将己拌好的界面剂涂刷在旧混凝土表面上。注意表面不得有积水。

6浇筑混凝土。根据试验配合比拌制混凝土，当修补层的厚度达到5cm、修补面积大于1.0m2时，可以在混合料中加入40%、最大尺寸为2.0cm的石子作粗骨料。将拌和好的混凝土倒入开挖处理好的基坑内，立即进行后续工作。各工序应做到衔接紧密，振捣、抹平工作必须在初凝前完成，抹面等工作必须在终凝前完成。

7养生。在整个养生期间必须保持修补混凝土表面始终处于湿润状态，最好派专人用麻袋或其他吸水性强的材料淋湿覆盖养护。根据具体预留试件或实际路面混凝土的回弹抗压强度检测情况决定通车放行时间。

四、施工注意事项

采用这种快速桥梁伸缩缝水泥混凝土破损修补技术，在施工过程中应加强施工过程管理，应针对不同病害采用相应的修补技术，且施工时应注意以下有关事项以期更好地达到快速修补的目的，充分发挥快速修补带来的时间效益和社会效益及体现出的经济效益。

1拌和的混凝土的坍落度应严格控制在3～5cm以内。

2混合料拌和好后，应立即使用，不得延误，且不得再加水或加入其他水泥、外加剂等。

3混凝土在浇注完毕后必须尽快清洗设备。

4当修补时，应掺加水泥重量1.5～2%的钢纤维和使用粒径小于2cm的骨料。

5应加强前场施工观测，及时调整水灰比和坍落度，保证前场有足够的操作时间，宜控制在1小时左右。

6加强早期养护。快速修补水化热较集中，需要及时养护。

五、桥梁伸缩缝水泥混凝土面修补成本分析

1桥梁伸缩缝水泥混凝土面快速修补虽然直接成本比使用普通水泥要高一些，但间接成本要低得多。综合传统桥梁伸缩缝水泥混凝土面修补的特点(修补工程量少、维护成本高、安全隐患重、修补混凝土与旧混凝土粘结差、二次裂缝明显、耐久性差)和修补实际效果来看，应用桥梁伸缩缝水泥混凝土面快速修补与传统的修补综合成本相近，而且社会效益显著。

2一般来说，桥梁伸缩缝水泥混凝土面修补所需要的混凝土方量不大，每方混凝土的养护成本比大面积浇筑混凝土高，而养护时间与养护成本成正比。使用桥梁伸缩缝水泥混凝土面快速修补，基本可实现24小时开放交通，确保道路畅通和行车安全。用普通水泥混凝土通常要养护7天才能通车。

3快速修补方法中掺加钢纤维，用于伸缩缝的水泥混凝土面修补，且用界面剂对旧混凝土进行处理，增加了新旧混凝土的粘结强度，耐磨性、耐久性上具有普通混凝土无法比拟的优势。

综上所述，桥梁伸缩缝水泥混凝土面快速修补方法具有早期强度高、后期强度稳定增长、新旧混凝土粘接良好、施工工艺简单。采用桥梁伸缩缝水泥混凝土面快速修补方法在夜间进行修补，对道路的正常行车影响很小，基本解决了维修与行车的矛盾，社会效益和经济效益非常显著。

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