程升阳 张立昌 吕 涛 梁高杰

（河南省公路工程局集团有限公司，河南 郑州 450052）

0 引言

我国公路桥梁总数接近80 万座，其中大桥、特大桥接近9 万座，数量及规模位居世界之首［1］。由于恶劣的工作环境及不断增加的交通量，大部分桥梁在设计使用年限内就出现各种病害。据统计，我国需要维修的桥梁日渐增多，危桥的数量超过10万座［2］。目前，传统桥梁横隔板、湿接缝采用普通防水混凝土浇筑的方式较为常见，然而此种工艺施工须封闭交通，且浇筑后养护难度大，养护成本高，存在施工工期长、效率低等缺点［3-4］。此外，在现场桥梁加固养护的同时，由于车辆行驶会导致桥梁发生受迫振动，导致现浇混凝土的后期力学性能、黏结成型等都很难保证［5］，新老混凝土接合面位置的黏结质量也难以保证。

目前，国内外学者通过模拟试验和现场检测的方式研究了不同振动作用对混凝土的力学性能的影响。潘慧敏等［6-7］根据不同贯入阻力将混凝土初凝至终凝分为5 个阶段，依次进行扰动试验，发现混凝土在凝结中期受扰动抗压、抗拉强度均有明显下降，贯入阻力值为10.7～14.8 MPa 时混凝土强度下降最严重。Dunham 等［8］与Issa 等［9］研究了在行车荷载的振动作用下混凝土桥梁的变形情况，得出行车荷载下的振动作用对混凝土早期抗压强度及抗折强度的影响较为显著，并且在混凝土浇筑7～8 h 时受行车振动作用，易使其产生裂缝。

为了改善行车振动对混凝土带来的不利影响，国内外学者开展了不同种类的抗扰动混凝土性能研究。习磊［10］、戴民等［11］和李利伟等［12］分别研究了添加钢纤维、玄武岩纤维及PE 纤维的混凝土抗扰动性能，研究表明行车振动作用时间越长，对混凝土骨料分布产生的不利影响越明显，掺入纤维后，混凝土的离析程度减弱，抗折强度和劈裂抗拉强度明显提升。刘峰［13］在不中断交通的情况下，采用普通硅酸盐水泥（掺加早强高性能聚羧酸减水剂）抗扰动混凝土的技术方案，辅以一定的交通导行措施，能够解决新旧桥梁桥面板的连接问题，可以充分保证混凝土的连接质量。

综上所述，采用抗扰动混凝土技术将改变桥梁维修加固的施工方式，推动公路工程修复、加固技术的发展，可以在开放交通的情况下进行施工，节省社会资源。本研究将制备一种桥梁修补用抗扰动快硬混凝土，采用这种材料来设计修补桥梁混凝土，能有效减少甚至避免桥梁结构以后的维修工作，大幅度延长桥梁结构的使用寿命。因此，基于已有的加固技术，研究高抗扰动混凝土的加固方法，为桥梁维修加固提供新技术，是非常必要的。

1 试验设计

1.1 试验原材料

本试验中使用的型号为XYS 的高抗扰动混凝土材料是由河南小榆树工程科技有限公司生产的，样品编号为YP-2022-15166，主要成分包括胶凝材料、粗骨料、砂、减水剂、早强剂等。试验用水为实验室里的自来水。

1.2 试验配合比及制备工艺

本研究的配合比按照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB∕T 50080—2016）进行设计。本试验浇筑的高抗扰动混凝土强度设计标准为C50，用水量与高抗扰动混凝土材料质量比为11%，具体见表1。

表1 高抗扰动混凝土配合比设计

高抗扰动混凝土制备工艺：①先将预先配置好的高抗扰动混凝土材料干拌3～4 min 至均匀状态；②加入计量好的水，快速搅拌1～2 min，使浆体至均匀状态；③切换振动搅拌状态，快速搅拌2～3 min，使拌和物呈均匀状态；④搅拌完成后浇筑、捣实浆体，然后用透明塑料膜覆盖表面以防水分蒸发。

1.3 试验方案

首先，依据《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》(GB∕T 50082—2009）对非振动工况与振动工况下拌和物的性能进行测试。其次，依据《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTG 3420—2020），测试非振动工况与振动工况下试件终凝后2 h 的立方体抗压强度、抗压弹性模量、劈裂抗拉强度、新旧黏结劈裂抗拉强度及新旧黏结抗折强度，具体要求见表2。最后，依据《混凝土物理力学性能试验方法标准》（GB∕T 50081—2019）对两种工况下高抗扰动混凝土的28 d 轴心抗压强度、劈裂抗拉强度及抗压弹性模量进行测试，具体要求见表3。

表2 正常工况与振动工况下高抗扰动混凝土终凝后2 h的性能指标要求

表3 正常工况与振动工况下高抗扰动混凝土终凝后28 d的性能指标要求

1.4 试件制作与养护

试验共设计2 种工况的混凝土配合比，每组试验浇筑的试件尺寸及个数见表4、表5。高抗扰动混凝土在浇筑及养护过程中要求如下：拌和时温度为20±5 ℃，相对湿度≥50%；试件养护温度为20±2 ℃，相对湿度≥95%；试件试验温度为20±2 ℃，相对湿度≥50%；振动工况为振动频率5 Hz，竖向振动速度为2.5 cm∕s。

表4 正常工况与振动工况下高抗扰动混凝土终凝后2 h的试件尺寸与数量

表5 正常工况与振动工况下高抗扰动混凝土终凝后28 d的试件尺寸与数量

1.5 试验方法

本试验依据《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB∕T 50080—2016）中确定的凝结时间测定方法测定浆体初凝、终凝时间。基本力学性能测试参照国家标准《混凝土物理力学性能试验方法标准》（GB∕T 50081—2019）中的有关规定和方法，对高抗扰动混凝土的基本力学性能进行测试。主要试验仪器及编号为：HD-G809-1 单垂直电磁振动台(SN-103-132)、VICIOR63B 测振仪(SN-103-133)、WHY-2000 微机控制压力试验机(SN-103-120)、SHD-1 混凝土弹性模量测定仪(SN-103-83)、WDW-300C 微机控制电子万能试验机(LX-XCC-02)。

2 试验结果与分析

2.1 振动对拌和物凝结时间的影响

正常工况与振动工况下高抗扰动混凝土的凝结时间见表6。随着振动工况的改变，初凝时间与终凝时间均略微增加，但终凝与初凝之间的时间差变化不大。当采用振动工况时，终凝与初凝之间的时间差为16 min，满足桥梁施工时初凝与终凝时间差≤30 min 的要求，具体如图1 所示，故试验采用的高抗扰动混凝土材料符合桥梁加固维修时的快硬要求。

图1 正常工况与振动工况下高抗扰动混凝土的凝结时间

表6 正常工况与振动工况下高抗扰动混凝土的凝结时间

2.2 振动对高抗扰动混凝土终凝后2 h 试件力学性能的影响

正常工况与振动工况下高抗扰动混凝土终凝后2 h试件的力学性能见表7。由此可知，经振动工况下制得的抗扰动混凝土抗压强度及抗压弹性模量得到有效提高，相较于正常工况分别提高了8.54%、15.53%。正常工况与振动工况下高抗扰动混凝土相关力学强度变化如图2 所示。由图2 可知，经振动工况下制得的抗扰动混凝土劈裂抗拉强度、新旧黏结劈裂抗拉强度及新旧黏结抗折强度相较于正常工况略有下降，但下降不多，且均满足规定值的要求，说明振动对凝结后2 h 的高抗扰动混凝土力学性能影响有限，故试验采用的高抗扰动混凝土材料符合桥梁加固维修时的早期力学强度的需求。

图2 正常工况与振动工况下高抗扰动混凝土相关力学强度变化

表7 正常工况与振动工况下高抗扰动混凝土终凝后2 h试件的力学性能

2.3 高抗扰动混凝土28 d力学性能测试

高抗扰动混凝土28 d轴心抗压强度、劈裂抗拉强度、抗压弹性模量及徐变收缩的测定值与规定值对比见表8。结果表明，试验采用的高抗扰动混凝土材料28 d轴心抗压强度、劈裂抗拉强度及抗压弹性模量均满足实际工程要求，且收缩徐变满足正常桥梁施工要求。

表8 高抗扰动混凝土28 d力学强度值

3 结论

通过对正常工况与振动工况下高抗扰动混凝土的凝结时间、终凝后2 h 及28 d 力学强度进行对比分析，并将高抗扰动混凝土浇筑的桥梁横隔板进行实际工程应用，得出以下结论。

①当采用振动工况时，高抗扰动混凝土的初凝时间与终凝时间均略微增加，终凝与初凝之间的时间差满足桥梁施工时≤30 min 的要求，故试验采用的高抗扰动混凝土材料符合桥梁加固维修时的快硬要求。

②经振动工况下制得的抗扰动混凝土终凝后2 h 的抗压强度及抗压弹性模量相较于正常工况分别提高了8.54%、15.53%。而劈裂抗拉强度、新旧黏结劈裂抗拉强度及新旧黏结抗折强度相较于正常工况略有下降，但下降不多，且均满足规定值的要求，说明试验采用的高抗扰动混凝土材料符合桥梁加固维修时的早期力学强度要求。

③试验采用的高抗扰动混凝土材料28 d 轴心抗压强度、劈裂抗拉强度及抗压弹性模量均满足实际工程要求，且收缩徐变满足正常桥梁施工要求。