高速公路桥梁伸缩缝过渡区快速修复新材料的研究

高速公路桥梁伸缩缝过渡区快速修复新材料的研究

刘文波

济南市长清区公路事业发展中心 山东济南 250300

摘要：桥梁伸缩缝作为桥梁中的重要结构之一，在施工期间伸缩缝与路面连接时，通常会使用混凝土材料，也称其为过渡区混凝土。随着道路负载的交通数量不断增加，对桥梁造成了压力影响，需要后期加强对桥梁的维护。在维护过程中，对公路通行能力产生限制。需要使用更有效的材料，保证过渡区快速修复，缩短养生周期。本文基于桥梁伸缩缝过渡区材料进行探究，为了满足公路通行能力，研究更有效果的修复新材料，用于满足伸缩缝过渡区维修，保障桥梁养护的实际需求。

关键词：高速公路；桥梁伸缩缝；修复新材料

引言：伸缩缝对于桥梁连接有重要作用，是保障桥梁连接桥面的重要结构。由于以往公路桥梁过渡区维修时，会占据较长的养生周期，并且需要封闭部分交通，对交通通行能力造成影响。为了更好的保证过渡区维修质量，需要对使用的材料进行研究，对材料进行改良，选择最佳的材料，保证材料配比、抗压等方面都能发挥出最大优势。通过进行试验，验证快速修复材料质量，获得最佳的修复材料，为公路桥梁等类似工程项目，提供参考和借鉴。

一、桥梁伸缩缝

由于气温与荷载对桥梁结构产生影响，桥梁会出现变形现象。为了避免这一现象发生，保护桥梁结构。伸缩缝成为桥梁工程中常见的结构之一，通常将其放置在桥跨与桥台背墙之间。在国内交通不断发展的基础上，桥梁需要承载更大荷载等级的车辆，也导致国内的交通流量剧增。在这交通通行的影响下，桥梁伸缩缝受到调整，伸缩缝需要直接承受车辆车轮荷载，并且长期处于室外环境，造成其极易损坏。维修时也需要消耗较大的成本，桥梁伸缩缝破坏存在不同的类型，常见的类型有装置本身损坏，出现内部的盖板断裂、焊接部位损坏。还出现混凝土裂缝，造成表面崩坏，露出内部的钢筋。除了长期受到交通荷载外，桥梁伸缩缝还存在设计、施工管理不善等原因。需要在明确实际原因的基础上，对伸缩缝进行处理，为过渡区材料研究奠定基础^[1]。

二、伸缩缝快速修复原材料选择

（一）快速修复材料配制

当前市面上可见的修复材料，包含特种水泥、纤维改性、早强剂、聚合物改性四种类型的混凝土。根据四种类型混凝土的成分分析，特种水泥由于价格较高，并且无法在大范围路面中使用，本次不采用此类材料；早强剂能保证材料达到1-3d的通车效果，更适用于小车流量的区域，本次也不采用；纤维改性材料，能够提高混凝土强度和延性，但是并不适用过渡区修复，同时材料价格成本高，使用起来缺乏一定的经济性；聚合物改性材料能够将水泥与其他材料混合，再与水中的有机结合构成复合材料，有着强度较高、耐磨性等优势。过渡区修复需要保证材料的耐久性，因此，选择聚合型混凝土作为快速修复材料。

（二）快速修复材料性能要求

1.强度要求

桥梁伸缩缝过渡区材料，需要直接承受车辆的荷载反复作用。伸缩缝长期处于恶劣的环境，需要保证其材料的性能，满足强度需求和各种路用需求。桥梁伸缩缝过渡区域使用的混凝土，与车辆有直接接触，并通过伸缩缝将力传导下去。因此，对于混凝土的抗折强度有较高要求，在满足耐久、抗冻等要求的情况下，过渡区混凝土设计强度应高于常规设计强度，应达到设计强度的70%，满足快速修复材料车辆通行的要求^[2]。

2.初凝和终凝时间

对快速修复材料而言，为了保证伸缩缝过渡区能够在有限时间内得到快速修复。需要保证材料凝结时间符合操作时间，要求初凝时间保持在30-120min内。在满足初凝时间后，终凝时间也不应超出3h。才能保证混凝土凝结后符合施工需求，同时满足交通行车快速通车的效果。材料的初凝与终凝时间，应满足不同环境变化，与工程的实际要求。

3.和易性

混凝土在拌和过程中，会根据混凝土的塌落度将其分为不同类型。快速修复材料使用的水灰比较低，需要保证材料与施工工艺适配，并根据国家施工规定，有效控制塌落度在60mm左右，便于更好的提升混凝土早期强度。

4.耐久性

混凝土长期暴露于空气中，会受到不同程度的影响和冲击。想要保证路面有效抵御外界的影响，需要提升混凝土的耐久性。混凝土耐久性通过抗渗、耐磨等多方面测定进行判断。需要通过不同的测试，综合衡量混凝土的耐久性指标。伸缩缝过渡区由于连接的不同性质刚体，需要承受车辆直接行驶过程中产生的摩擦力作用。材料快速收缩会影响混凝土使用寿命，因此，为了保证材料耐久性，根据收缩情况来判定混凝土材料的耐久性优劣。

5.粘结性

伸缩缝过渡区连接着的材料分为两种不同性质，在实际维修过程中，想要保证两者紧密的粘结在一起，需要避免两种材料之间存在缝隙。确保桥梁伸缩缝装置能够通过过渡区将两者构建成完整的整体，共同承受车辆荷载。

（三）基础材料与外掺材料选择

为了保证材料效果符合目标需求，应重视基础材料与外掺材料的选择。为保证材料凝结时间、强度、收缩等多项要求，应选择性能更全面的胶凝材料。CRM快速修复材料作为无机胶凝材料，在社会中有着良好的应用效果和经济效益。经过测试，也可以发现该材料满足伸缩缝过渡区性能需求；水的选择对于混凝土拌和有重要影响，水中含有杂质会影响混凝土强度，对耐久性等性能造成影响。因此，使用拌和的水应不含有机物、酸碱等杂质；为了更好的满足路面性能，外掺材料选择CRM材料与超细填料，按照10%的标准分别加入在胶结材料中。并进行对比试验，选择效果最佳的填料B为外掺材料；聚合物则根据不同材料的PH值与固含量进行试验，目的在于改善材料的粘结能力。根据试验，将不同的聚合物掺和一定比例的水泥胶砂，观察其抗压与抗折强度，能够发现固含量72%的聚合物A符合修复的实际需求

^[3]。

三、快速修复材料配合比分析

在分析快速修复材料配比时，可以优先明确适配强度，适配强度要综合桥梁伸缩缝过渡区的各项性能参数来明确。在确定单位用水量以及水泥材料的使用量时，需要确保每立方米干硬性、塑性混凝土用水符合规定，若混凝土水胶比不足0.4，应该针对用水量进行试验。在粗细骨料中，细骨料占比为砂率，砂率参数大小将会影响到混凝土的整体和易性，因为砂率参数将会决定集料级配情况，不同的级配将会导致集料空隙率出现明显差异。对于混凝土而言，在浆液数量不发生改变的情况下，过大、过小的砂率都将对混凝土性能造成不良反应，严重时会导致混凝土的流动性受到影响。砂石用量通常可以通过密度法、体积法来确定，结合实际情况采用更加适合的方法即可。除此之外，通过基准配比试验可以发现，基准配比材料强度主要形成在4h～8h，4h前将会影响抗压性能，8h后将会降低性能强度参数的增长速率，8h便可以满足材料性能要求。

结论：综上所述，通过对混凝土材料改良，并参加聚合物实现伸缩缝过渡区快速修复。能够发现经过改良后的材料，能够更有效的提高抗压强度，保证修复质量。

符合修复材料的实际需求，达到通车标准。但是在实际测试过程中，由于时间缘故，未能更全面的拓展其应用领域，未来还需要对其工作性进一步探究。确保材料的长期性能，并加强过渡区自动化工艺，更好的保障过渡区修复质量。

参考文献：

[1]郑琳.基于高性能冷拌沥青的公路桥梁伸缩缝高差快速修复技术[J].上海公路,2021(02):24-27+165.

[2]孙伟兵.一种桥梁伸缩缝材料在车辆荷载作用下的力学性能分析[J].北方交通,2019(07):40-43+47.

[3]黄玲,刘飞强,蔡文豪,等.市政设施维护新技术应用后评估——以桥梁伸缩缝改造项目为例[J].智能城市,2019,5(05):16-19.