水泥混凝土桥梁表层裂缝分析及修补材料研究

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1、水泥混凝土桥梁表层裂缝分析及修补材料研究1绪论1.1研究背景及意义随着我国公路交通事业的迅速发展，新建的路桥日益增多，尤其是在高等级公路上，桥梁技术不断得到提高，而桥面铺装作为桥梁结构的重要组成部分，能够减缓行车荷载对桥面板的冲击并能保护桥面板免受环境的影响，从而逐渐被人们所重视。公路桥面按照桥面铺装层使用材料可分为刚性桥面铺装和柔性桥面铺装⑴，如图1-1，刚性桥面铺装主要是水泥混凝土桥面铺装；柔性桥面铺装主要是浙青混凝土桥面铺装。二者具有各自的技术特性和优缺点，其选择依据不同，发展模式也不一样。本文主要研究水泥混凝土桥面铺装。在桥梁体系中，桥面铺装层是桥梁最上部的结构层，

2、它不但要直接承受车轮的压力、冲击及剪切荷载，而且在汽车和气候环境的反复作用下被磨耗和风化，同时它还受到桥面板的约束，因此铺装层主要起着保护桥梁主体结构和为行车提供舒适、安全的路面功能的作用。然而，桥面铺装层材料选用不当、施工工艺、环境因素等使得桥面铺装层出现了严重的早期破坏现象，从而加剧了桥面的快速破坏，更严重的是水泥混凝土桥面铺装层破坏后要发费巨额的维修费用，并且修复和养护时间较长，严重影响了交通畅通和车辆行驶的安全性、快捷性和舒适性。如广东佛开高速公路通行不到2年时间，全线17座大型桥梁中竟然有14座被迫返工维修，重新铺装桥面，重铺率高达82.4%耗费3700多万元[2

3、];汕头海湾大桥的纤维混凝土桥面铺装层使用2个月就出现了很多的裂缝，铺装层局部还出现较多的破碎，开通2年时间需修补的面积己占行车道面积的3/4[3];我国长江上游的武汉长江二桥在建成通车不久，桥面铺装层就出现混凝土剥落、裂缝、坑槽、钢筋外露等病害；湖北省武黄高速公路上开通3年后，混凝土桥面铺装层开裂和损坏达66道2236m2，约为总桥面铺装层面积的27.5%,更为严重的是一些桥面铺装层修复后不到一年时间又再度破坏，导致几乎每年都要进行维修。现阶段，水泥混凝土桥面铺装层的过早破坏不但造成桥面铺装层功能减弱或者部分丧失，影响了道路的正常通行，同时造成了重大的经济损失，因此找到桥

4、面铺装层过早破坏的原因从而进行有针对性的研究成为当务之急。1.2国内外研究现状1.2.1国外桥面铺装裂缝研究现状美国明尼苏达州运输部对桥面板裂缝进行了专门的研究。研究发现桥面板开裂是桥面铺装主要的破坏形式，已经成为桥梁设计、施工和养护中要重点考虑的问题。裂缝产生的主要原因有：（1)材料和配合比设计，（2)施工实践和环境条件(3)设计因素。Mangold等[7]的的研究成果表明，在混凝土中掺加体积率为0.15%?0.4%的聚丙稀纤维后，由于纤维的作用可使混凝土的塑性收缩面积减少10%?26%，同时能够在一定程度上减少自收缩和干缩。Pariya等研究塑性收缩裂缝的机理时，考察了

5、不同纤维掺量的水泥衆体的累计水分损失和孔隙结构。研究结果表明，掺入纤维后由于纤维的效果试件的累计水分变小，孔隙中产生了较大孔隙的毛细孔，并且随着纤维掺量的越大，较大孔隙的毛细孔的数量逐渐增多。因为聚丙稀纤维使试件的朝性增强同时产生的较大毛细孔使毛细孔压力减小，所以聚丙稀纤维混凝土表现出良好的减少塑性收缩裂缝的能力。美国密苏里州运输部对裂缝修补材料进行了相关的研究，介绍了环氧树脂，改性环氧树脂，异丁炼酸甲醋，高分子丙稀酸甲醋，聚酷纤维等的使用范围和效果，同时介绍了相关的试验方法。2水泥混凝土桥面铺装层早期裂缝分析2.1水泥混凝土桥面铺装早期裂缝的概述本文所指混凝土早期裂缝，主

6、要针对塑性阶段至早期阶段这三个主要阶段所形成的裂缝而言，主要包括温度裂缝、收缩裂逢、沉降裂缝、诱烛裂缝、施工裂缝等如图2-1。结合实验室条件并考虑到凝结硬化收缩对早期裂缝的影响较大，本文主要研究早期阶段的塑性收缩、自收缩以及干燥收缩。混凝土在凝结硬化过程中不可避免地会产生收缩，收缩会使混凝土更加密实，从这个意义上说收缩是导致混凝土容重变大、密实度增加和强度提高的原因之一。但由于约束的存在收縮一旦超过混凝土那一时刻的极限拉应变就可能会产生收缩裂缝，根据裂缝产生机理的不同，收缩裂缝主要有塑性收缩、自收缩、干燥收缩塑性收缩是指在塑性阶段的水泥混凝土因为表面失去水份而产生的收縮。混

7、凝土搅拌完毕刚成型时，混凝土中颗粒间充满水，这是养护的关键时刻，如果养护不到位很可能会造成内部水通过毛细孔流向表面速率小于表面水分散失到空气中的速率超，从而导致毛细管中产生负压，在初拌混凝土中产生收縮现象。对于水灰比较低的高性能混凝土而言，自由水份较少，从而内部水更难迁移到表面导致很容易发生塑性收缩，使混凝土表面产生幵裂破坏现象。为减小或者消除混凝土塑性收缩，施工时应控制搅拌时间、下料速度，选用合理的水灰比，同时振拽要密实（两次振拽），竖向变截面处应该采取分层饶筑。済筑完后宜立即覆盖养护，保持混凝土表面湿润，同时还