早期微振动对桥梁修补混凝土性能的影响

(重庆交通大学 重庆 400074)

在桥梁加固维修时，重型车辆高速通过桥梁过程中会引起桥梁产生结构振动，且由于桥面不平整等因素更加剧了车辆与桥梁之间的相互影响，这种相互影响称为车桥耦合振动[1]。混凝土作为一种敏感性材料，在桥梁加固维修时，汽车与桥梁产生的耦合振动会给新浇筑的混凝土带来一定影响，包括产生扰动裂缝，导致新老混凝土粘结面薄弱等等。

一、微振动对混凝土产生影响机理

许多工程实例表明，新老混凝土粘结面确实是混凝土最容易发生破坏的部位。在修补缺陷的过程中，由于老混凝土的亲水性，修补是会在旧混凝土界面处形成水膜，是界面处新混凝土局部水灰比高于体系水灰比，导致界面处钙矾石和氢氧化钙晶体数量增多，体型变大，降低了界面强度[2]。由于老混凝土的阻碍，新混凝土中的泌水和气泡大量聚集在老混凝土的表面进行物理化学变化。由于老混凝土界面有水，是的新混凝土局部水灰比高，气孔和裂缝在该区富集，因此使得界面强度降低[3]。

二、微振动对混凝土强度的影响

魏建军[4]等人通过对混凝土初、终凝前后选取了六个时间点作为振动的起振点，分别施加四种不同的频率和振幅，研究发现，早期振动对混凝土的有轻微的影响，但是影响不大，劈裂拉伸强度下降范围都在10%以内，其中76%的强度降低在7%以内。

蒋正武[5]指出随着振幅增大，振动后抗折强度保持率呈下降趋势。振幅对混凝土密实度有一定影响，小振幅的振动可以提高混凝土密实度，但随着振幅的继续增大，混凝土的密实程度有所下降。随着振幅增大，混凝土离析倾向明显增大，均匀性明显降低。

肖鑫等人不同振动模式对混凝土损伤情况不同，每分钟内持续振动时间越长，混凝土7d抗折强度和28d抗压强度逐渐降低。在不中断交通通行情况下，适当控制交通流量，有利于降低车桥耦合振动对混凝土的损伤，保证施工质量。混凝土凝结硬化前期(0～6h)和后期(>15h)，车桥耦合振动对混凝土影响较小，在中期(6h～15h)，车桥耦合振动对混凝土影响显著，混凝土抗折强度和抗压强度均有所降低。

黄维蓉[6]老师经过实验研究发现混凝土在凝结过程中，初凝前的振动会在一定程度加速水泥水化，振动作用对不同凝期混凝土强度均有所提升，但在凝结中后期施加振动会降低混凝土强度，但随着凝期增长，强度损失逐渐减小。

Michael R[7]等人在频率为60Hz，振动速度峰值范围为50-100mm/s，200-300mm/s的振动条件下分别选取浇筑后2h，3.5h，4.5h、5h、6h是持续振动2min，并测试不同龄期试件的劈裂抗拉强度及抗压强度，实验结果表明振动没有对混凝土强度产生明显影响。

此外，Furr HL[8]、Hulshizer等人开展了振动荷载对混凝土性能的影响研究，研究结果在不同角度阐述了振动对混凝土后期强度产生影响不显著的结论。

三、修补混凝土粘结面的影响因素

新老混凝土界面粘结性能还有一个非常重要的因素就是界面剂和界面粗糙程度。

粗超度处理并涂刷适宜界面剂之后，新老混凝土粘结轴拉强度可达整体新混凝土轴拉强度的67%～84%，粘结劈拉强度可达整体新混凝土劈拉强度的62%～75%，粘结抗折强度可达整体新混凝土抗折强度的47%～53%。采用高压水冲粘结面时，适当提高冲水压力、凿去松动的混凝土块，使老混凝土牯结面粗骨科出露一定比例(如出露50%)、在新混凝土中掺入一定量的钢纤维(如掺人量为l5%)能有效方法提高粘结强度。

Fu Xuli[9]研究表明在新浇筑的混凝土中掺入碳纤维可以改善新老混凝土之间的粘结性，主要应用新混凝土的干缩较小。而将老混凝土看做是混凝土原材料中的粗骨料，在老混凝土上浇筑新混凝土时，新混凝土与老混凝土接触的部分就可以简化的看做是我们成型普通混凝土时水泥与集料的接触一样。界面以物理作用粘结在一起，比如我们所了解的机械咬合力、范德华力、表面张力等。Fiebrich M.H与Bijen的观点类似，也认为是热力学行为，但他研究分析提出，由于物质的表面张力引起了界面粘结作用，这一观点与分子作用的观点相似。

袁群[10]认为新老混凝土粘结层是叠合层面,其内部存在着许多不利于粘结的因素。新混凝土浇注之前,老混凝土粘结面除了凿毛外还必须泅水。泅水饱和度对粘结强度有一定影响。

王新友[11]研究表明随着聚合物掺量增加，粘结试件的强度性能逐渐增加，但幅度极小，而断裂性能则显著获得明显改善

从新老混凝土粘结机理上分析，一般认为粗糙度越大粘结性能越好，但是管大庆[12]研究表明，粗超度对粘结性能的影响有一定的限度，超过这一限度其影响将会显著减弱，相反甚至会降低粘结性能；而界面剂的合理选择能不同程度的提高新老混凝土的界面粘结强度。

四、结语与展望

目前的研究并未对车桥耦合振动下，不同的交通量与工况对钢纤维与水泥石的界面粘结性能影响，其修补混凝土的性能是否满足，这对钢纤维混凝土的修补性能有很大的影响。因此，系统全面的研究微振动下钢纤维-水泥石界面粘结性能有着重要的意义。