桥梁伸缩缝过渡区混凝土性能的优化分析

桥梁伸缩缝过渡区混凝土性能的优化分析

刘鹏

中国建筑第二工程局有限公司华东公司 湖北省武汉市 430061

摘要：本文首先对桥梁伸缩缝连接处的混凝土破损成因进行分析，以桥梁伸缩缝结构受力特点为基础，对混凝土配合比进行配制，并以对比试验为依据，对不同EVA、HPMC掺量的硫铝酸盐水泥混凝土的收缩性、耐久性以及力学性能等特点进行分析。根据对比试验可知，硫铝酸盐水泥和EVA、HPMC之间的适应性良好，在EVA掺量增加的过程中，混凝土耐久性、粘结强度以及弯拉强度等性能也会随之提高，当同时加入EVA和HPMC时，除了可以使上述性能得以提高，还可以使混凝土早期塑性开裂等问题得到有效改善。通过对HPMC和EVA进行研究，不但可以使桥梁伸缩缝过渡区的修复质量进一步提高，还可以使桥梁伸缩缝修复效率得以提高，从而达到提高桥梁伸缩缝修复社会效益的目的。

关键词：混凝土性能;桥梁伸缩缝;HPMC;EVA;

1 桥梁伸缩连接混凝土破损成因

1.1 荷载原因

在社会经济不断发展的过程中，人们的生活水平也随之不断提高，逐渐增多的私家车导致桥梁运输量飞速增加。在设计过程中，由于对交通运输量的估计存在偏差，导致设计荷载与实际不符。

与此同时，通常情况下水泥混凝土路面的标准荷载为100kN，为单轴荷载，但在实际使用过程中，车辆会出现超重等违规行为，导致伸缩缝水泥混凝土刚度进一步提高，使其对变形和荷载的敏感度进一步提高。因此，当桥梁所受荷载较大时，伸缩缝连接处的水泥混凝土的使用寿命和使用性能会受到较大的影响，导致桥梁整体质量受到影响。

1.2 管理养护方面的因素

(1)在桥梁伸缩缝建设和使用过程中，往往存在着重建设、轻养护的问题，导致伸缩缝被严重破坏。当桥梁修建完成后，施工单位往往不能按照规范对其进行养护，存在伸缩缝中的沙土和杂物未能及时清理、异型钢板断裂和橡胶老化后更换修复不够及时等问题，这都会对伸缩缝的使用寿命造成较大的影响。

(2)桥梁使用时间过长，伸缩缝的老化程度逐渐增加，相关部门不注重伸缩缝的维修和养护，导致伸缩缝的破坏程度进一步提高。

(3)在经济不断发展过程中，部分车辆为了提高自身经济效益，会超限超载，由于交通管理部门的疏忽，导致对桥梁伸缩缝造成了较大的破坏，使伸缩缝的使用寿命进一步降低，严重的还会使桥梁整体质量受到影响。

2 试验与方法

2.1 原材料

本文在实施试验过程中，所采用的原材料情况如下：水泥为R.SAC42.5低碱度，生产商为广西云燕特种水泥建材有限公司；羟丙基甲基纤维素HPMC的生产商为上海臣启化工科技有限公司以及国内某公司生产的EVA(醋酸乙烯酯-乙烯共聚)可再分散胶粉；粗集料的粒径主要有9.5～19mm、4.75～9.5mm两个范围，生产地为吴圩胜兴石场；细集料细度模数为2.9，生产地为钦州砂场(Ⅱ区)；水采用试验室用自来水。

2.2 试验方法及试验配比

在对混凝土配合比进行设计过程中，检测人员应以设计规程为基础，对碎石、砂率以及水灰比等参数进行确定，并设置对照组，将不同剂量的HPMC和EVA掺入混凝土中。

2.3 混凝土制备过程

在对混凝土进行拌和施工时，通常需要使用强制搅拌机，首先干拌碎石和砂，时间为30s，再将EVA、HPMC、减水剂(粉剂)、水泥以及EVA助剂加入其中进行干拌，时间为90s，最后将水加入，搅拌2min。搅拌完成后，施工人员应对其坍落度进行测试，确保符合要求后再入模，并使用振动台对其进行振动，使其成型，并静置24h，实施拆模，最后对其实施养护和试验。

3 力学性能分析

3.1 强度分析

在混凝土中加入不同质量的HPMC和EVA，并对其实施抗弯拉和抗压试验，对其28d强度进行记录。

同时加入HPMC和EVA时，混凝土的抗压强度并没有得到明显的改善，在EVA掺量增加过程中，其抗压强度还呈现出下降的趋势，其中最大降幅为5.84%，但是在掺加HPMC和EVA的过程中，混凝土的弯拉强度得到了较为明显的改善。当只掺加EVA的时候，其掺加量从0%到5%的过程中，弯拉强度的提高量分别为0%、1.96%、1.96%、7.83%、15.66%以及17.65%.当HPMC的掺加量为0.05%，在EVA掺加量从0%到5%的过程中，弯拉强度的提高量分别为0%、1.96%、3.91%、7.85%、15.69%以及21.56%。当HPMC的掺加量为0.1%时，在EVA掺加量从0%到5%的过程中，弯拉强度的提高量为0、1.96%、7.85%、9.8%、19.6%以及23.55%。与此同时，，还可以看出在HPMC和EVA掺加量不断增加的过程中，混凝土的折压比也得到了较大的提高。

3.2 耐久性分析

3.2.1 收缩性

在对混凝土使用寿命进行分析过程中，其塑性开裂情况具有重要作用，试验人员应以相关标准为基础，对HPMC和EVA不同掺加量情况下的混凝土早期塑性开裂面估计进行分析。在实施试验过程中，室内温度应为25℃，风速应为8m/s，风速和温度都应固定，与此同时，在对裂缝宽度进行测试时，试验人员应以混凝土裂缝测试仪为主要仪器，并对24h时的早期塑性开裂总面积进行测定，为HPMC和EVA不同掺量情况下混凝土的干缩和早期塑性开裂情况。

在EVA掺加量不断增加的过程中，混凝土的塑性开裂总面积会不断减小，与此同时，通过掺加HPMC，也可以使混凝土的塑性开裂总面积进一步降低。当EVA掺加量为5%、HPMC掺加量为0.1%时，混凝土塑性开裂面积为0。与此同时，HPMC对混凝土塑性开裂面积的影响更加明显，当EVA掺量为0%时，与基准混凝土相比，HPMC掺量为0.1%时，混凝土的塑性开裂面积减少了43.8%；当EVA掺量为3%时，与基准混凝土相比，HPMC产量为0.1%时，混凝土的塑性开裂面积减少了79.7%，由此可知，通过掺加HPMC和EVA可以使混凝土的早期塑性开裂得到较大的改善，而在HPMC和EVA掺量增加的过程中，其干缩值也会随之降低。除此之外，进行分析可知，当EVA掺量超过2%时，在EVA掺量增加的过程中，混凝土的干缩值下降增幅会随之增加，当EVA掺量不变时，加入HPMC可以使28d的混凝土干缩值得到有效改善，因此，为了使桥梁伸缩缝过渡区混凝土损害进一步降低，施工单位可以加入适量的EVA—HPMC。

3.2.2 模量与疲劳性能

在对模量和疲劳性能进行分析过程中，可以使用固定应力方式进行试验，弯拉破坏压值应为基准配合比混凝土的0.7。不同掺量EVA—HPMC情况下，抗弯拉弹性模量与疲劳性能的变化情况。

在HPMC和EVA掺加量不断增加的过程中，混凝土的累积荷载次数也会不断增加，而其弯拉弹性模量则会随之降低。当EVA掺量超过3%的时候，在EVA掺量增加的过程中，混凝土的疲劳寿命次数增速相对较快；当EVA掺量为5%、HPMC掺量为0.1%时，相较于基准混凝土，其模量减少95%、累积疲劳次数提高28倍。与此同时，通过对试验数据进行分析可知，相较于只掺加EVA的情况，同时加入HPMC和EVA可以使累计疲劳次数增量进一步提高，但是对动弹性模量的增量影响较小；只掺加HPMC对两种参数的影响几乎为0。因此，在对桥梁错台和伸缩缝进行修补的过程中，为了使其协调变形和疲劳寿命进一步提高，施工单位可以掺加适量的EVA—HPMC。

4 结论

在桥梁施工过程中，伸缩缝的质量控制具有重要意义，为了使桥梁伸缩缝的质量进一步提高，施工单位可以对混凝土性能加以优化。本文首先对桥梁伸缩缝的连接混凝土破损的主要成因进行分析，并以实际工程为基础，对其耐久性、拉伸粘结性能以及强度等性能进行试验，主要试验结果如下。

(1)在EVA掺量不断增加的过程中，混凝土的累积疲劳荷载次数、劈裂抗拉强度、粘结强度以及弯拉强度都会随之提高，当EVA掺量处在2%～4%的范围内时，以上指标增速相对较快，而当EVA掺量超过4%时，其增速则会降低，因此为了使工程经济效益进一步提高，EVA的掺量应为4%。(2)同时添加EVA和HPMC，混凝土的28d干缩值、早期塑性开裂、累积疲劳荷载次数、劈裂抗拉强度、粘结强度以及弯拉强度都会得到相应的改善，但是当EVA掺量为0，HPMC掺量在0～0.1%的范围内时，只会使混凝土28d干缩值以及早期塑性开裂性得到改善，对其他指标的影响较小。(3)在混凝土中同时加入一定量的EVA—HPMC，可以使混凝土的劈裂抗拉强度和拉拔粘结强度进一步提高，且两者之间相关性较高，为了使其试验结果进一步提高，施工单位可以以劈裂抗拉强度为基础，借助两者关系式对混凝土的粘结性能进行分析。

参考文献

[1]闫光飞.基于LS-DYNA的桥梁伸缩缝破坏机理研究与分析[D].重庆：重庆交通大学，2016.