桥面铺装层裂缝产生原因及修补措施

桥面铺装层裂缝产生原因及修补措施

摘要：桥面铺装层破损、开裂、错台、麻面和磨光是水泥混凝土路面最为常见病害，其中桥面板破损是损坏面积最大而且危害最为严重一种形式，并且桥面铺装层的修补也最为困难。由于裂缝是引起材料破坏、断裂的根源，只有弄清裂缝产生原因的基础上才能对症下药，预防裂缝的产生，进行科学的修补，提高高速公路的运营能力及防止事故的发生。

关键词：桥面铺装层；裂缝；修补

桥面铺装混凝土的施工，一般为8～10cm厚C30钢筋混凝土加5～7cm沥青混凝土面层。桥面铺装层按其受力和作用来看，直接承受行车荷载、粱体变形和环境因素的作用，其变形和应力特征与主梁及桥面板结构型式密切相关，一方面可分散荷载并参与桥面板的受力；另一方面起联结各主粱共同受力的作用，既是桥面保护层又是桥面结构的共同受力层，所以桥面铺装是一个受力复杂的动力体系，要求具有足够的强度和良好的整体性，并具有足够的抗裂、抗冲击、耐磨性能。

实际施工中，因桥面铺装混凝土工程造价低、工程量小、费工且占用机械多等原因，往往没引起足够的重视。

一、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，使得桥面铺装层的裂缝原因较为复杂。根据裂缝产生原因分为干缩裂缝、温度裂缝和疲劳裂缝。

1．干缩裂缝在砼中，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状态变动时， 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。面铺装层产生收缩应力主要是由于受到两方面的限制：水泥浆干缩的内部限制及铺装层干缩的外部限制，主要是预制板和侧面路面的约束。

2．温度裂缝砼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，砼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中产生的， 温度降低时，铺装层发生翘曲，其应力的大小取决于板的温度梯度和结构约束情况。

3．疲劳裂缝桥面板经常处于振动变形中，由于在砼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。重复荷载反复作用一定次数后导致破坏，使砼出现疲劳裂缝。

二、 影响裂缝产生的因素

1 混凝土集料

桥面铺装的抗压及抗折强度是保证混凝土材料抵御疲劳裂缝出现的先决条件。混凝土的抗压及抗折强度不但取决于混凝土材料配比，构成混凝土的集料粒径也是影响其强度的重要因素，这也是针对于不同的混凝土配合比要求集料粒径范围的原因。如果混凝土集料中超径及逊径过多则易使混凝土强度降低，从而引发材料疲劳裂缝的产生。

2 外掺材料

运用于混凝土的外掺材料常见的主要有粉煤灰、各种纤维及外加剂，它们的掺入量是影响混凝土裂缝的重要因素之一.粉煤灰可以改善混凝土的工作性，提高混凝土的耐久性。

粉煤灰的材料粒径较水泥的颗粒小，相同的温度下收缩粉煤灰体积变形要较水泥小 故有阻滞混凝土变形的作用。适量地在混凝土材料中掺加粉煤灰可减小温度裂缝的作用。各种丝麻及钢纤维能有效地抑制干缩的发展，由于纤维会在混凝土内部形成纵横交错的三维网，从而抑制了混凝土的干缩变形，减小了裂缝变形的进一步发展。

三、施工工艺

1 铺装层混凝土浇筑厚度偏小

由于桥梁上部结构在施工中支架的沉降及预应力反拱无法十分准确预测，或由于施工工艺控制欠佳，施工中主粱顶面标高与设计值相符是比较困难的。一般在测量主粱顶面标高后对桥梁进行调坡，但后期由于工期紧，任务重，主粱与引桥合拢时间的差异等因素，造成仍有少数铺装厚度仅为4 cm～5 cm。

2 梁顶面清洗不干净，未全部凿毛

主粱顶面由于施工中被用作堆料场或临时通车造成严重污染，仅采用高压水洗无法彻底清理，应采取措施对粱顶面进行凿毛，以确保铺装层与主粱的良好结合。

3 构造设计不当，造成施工困难

一是普通钢筋混凝土连续箱粱骨架钢筋多，施工难度大，骨架钢筋的安装位置、制作高度，箍筋的制作和安装等均难达到设计要求。实际施工的连续箱粱结构钢筋与设计假设状态相差较远，导致箱粱各肋钢筋骨架受力状态存在着先天性的不均匀性与不一致性，使箱梁承载能力降低。二是箱粱骨架钢筋多而密，肋骨架钢筋处的混凝土难以振实，箱梁混凝土强度不均匀是一个突出问题。

4 施工操作不当造成先天性裂纹

桥面铺装层钢筋网的施工质量差是一个较普遍的问题，钢筋网处于铺装的低部，钢筋网的抗裂作用未能充分发挥。 连续箱粱多采用单跨拆架，由于支架拆除的程序不对，使箱粱产生较大瞬时动荷载。而这种瞬时动荷载往往大于行车荷载与箱粱自重荷载，导致过大的施工裂缝的产生(这种裂缝可能大于设计允许的裂缝宽度，产生后变成永久裂缝)。箱粱通车后，在行车荷载作用下，这类裂缝可能进一步发展，这也是桥面出现裂缝、桥面铺装层过旱破坏的一个重要原因。

四、修补措施

1 掺加钢纤维、聚合物和膨胀剂

经过调查分析，试验和计算机模拟在混凝土基体中掺加一定数量的膨胀剂、早强剂、聚合物和钢纤维对混凝土进行改性，从而提高了混凝土的初裂强度、韧性指数及界面粘结强度，可较好地抑制裂缝的产生，试验采用的配合比为水泥：砂子：碎石=1：1．81：2．71，水泥用量为400 kg／m3。针对高速公路使用条件，本试验加入早强微膨胀剂R一24，掺量为8％。

实验表明，掺和20％ ，体积掺量1．5％ 钢纤维，早强微膨胀剂R一24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，有效抑制了干缩，抗弯初裂强度达到9．10MPa。

2 引入引气剂

对于混凝土这种刚性路面而言，降低材料的刚性，增加其柔韧性，但不降低抗折强度，是科研人员追求的路用品质之一。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高性能指标。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％ ，可以显著减少混凝土的干缩变形和温度变形，提高铺装层的使用寿命。

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4 cm，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，新旧混凝土层间粘结强度增加了近1．5倍，采用这种方

法对桥面铺装层的修补可产生十分理想的效果。

五 结语

桥面铺装层与预制板的粘结影响重复荷载作用下的裂缝产生，粘结越牢，铺装层使用寿命越长。加铺装层在预制板上涂抹聚合物与水泥浆的粘结剂，可以预防裂缝的产生，并可以提高铺装层的使用寿命。