行车荷载振动对桥梁新老混凝土黏结性的影响研究

Construction of science行车荷载振动对桥梁新老混凝土黏结性的影响研究摘要：根据行车荷载引起的桥梁振动，探讨不同峰值振动加速度来模拟交通状态，分别就早龄期新老混凝土的黏结性能进行试验。结果表明：在初凝前期，不同峰值振动对新老混凝土黏结性具有增强作用，初凝至终凝阶段，轻量级振动对混凝土黏结面的影响不大，中等、重载振动将影响黏结面的抗拉强度，终凝后轻量级振动对黏结面的影响不显著，而中等振动对黏结面的早期强度影响较大，特别是重载振动下会造成整体黏结面强度的下降。

关键词：道路工程；桥梁修复；新老混凝土黏结性；模拟试验；荷载影响

在道路桥梁修复加固施工中，新老混凝土黏结性问题较为突出，特别是对原有桥梁顶面、桥面加宽等部位，也给翻修新铺混凝土带来诸多问题。为此，本研究将从桥面新旧混凝土路面铺装修复加固施工入手，利用室内模拟桥梁振动方法来研究新旧路面混凝土黏结层的性能变化，并为桥面混凝土修复加固提供参考。

1室内模拟行车荷载下的桥梁振动

针对行车荷载下的桥梁振动属于多自由度系统的受迫振动，在进行室内模拟研究中相对较少。陈蕴生利用能量相等理论，从振动频率、振幅、振动次数来优化室内模拟效果；David Manning等人提出车辆荷载引发的桥梁振动应该从振动频率与振幅组合上来模拟；卜良桃等人采用现场桥梁实测数据来模拟车辆荷载引发的桥梁振动频率与振幅进行模拟。本研究在总结上述模拟方法基础上，利用改装后的砂浆振动台来模拟不同车辆荷载下的桥梁振动，确定三种模拟试验振动频率和振幅，即振动频率为2Hz下振幅为5mm的峰值振动加速度为0.07的轻量级振动状态；振动频率为2Hz下振幅为10mm的峰值振动加速度为0.14的中等振动状态；振动频率为4Hz下振幅为5mm的峰值振动加速度为0.28的重载振动状态。

2试验研究

2.1试验思路及材料准备

根据桥梁新旧水泥混凝土铺装初凝、初凝至终凝、终凝三个阶段，就新旧混凝土的黏结性进行不同荷载振动下黏结性能的影响分析。在确立桥梁振动量级后，对于新旧混凝土在配比上采用水泥（420kg）:水（169kg）：砂（677kg）:碎石1242kg，水灰比为0.44，坍落度为120mm。经测定初凝时间4h，终凝时间6.5h。

2.2试验过程分析

为了实现对现场老混凝土黏结面的处理，需要进行打毛，确保骨料外露。制作100mmX100mmX100mm混凝土试块，在终凝时进行脱模打毛处理，严格控制表面粗糙度，并进行放置养生60d龄期。以某一振动参数为例，对试块进行分组，分别制成100mmX100mmX44mm的长方形试块，放置于三联试模中，浇入新制备的混凝土，并在不同振动试验下振捣成型。在龄期设置上，分别从新混凝土铺装初凝阶段、初凝至终凝阶段、终凝阶段三个时段的振动试验中，记录并获得相关测量数据，如抗劈裂强度试验、抗拉强度试验。

2.3试验结果处理

在试块强度变化判断中，根据混凝土自身特点，对同一批成型材料具有一定波动性，本试验假设同一批次成型混凝土试块具有相等的抗劈裂强度。在进行振动影响下新旧混凝土黏结面强度变化上，依照Michael R.Dunham的研究标准，当外界干扰超过混凝土强度变化7%时才认为外界因素是诱发混凝土强度的主要因素。因此可以从每组试验数据的变化上来判断是否与振动有关，也就是所，当模拟振动对混凝土黏结面的性能影响超过8%时，即可认为振动是带来黏结性变化的主要因素。

2.4试验结果分析

在本研究中，根据不同振动级别下对新旧混凝土黏结层抗拉强度等性能的变化分析，利用对数回归曲线进行拟合，来分析不同龄期下

4

黏结性能的变化。

2.4.1初凝前期新旧混凝土黏结面的影响分析

根据模拟振动量级变化，在轻量级、中等振动下，新旧混凝土黏结层的抗劈裂强度值分别在4.5d及4.2d时出现超过8%的变化。也就是说，在这两种模拟振动下，黏结层面在前期的振动影响下其抗拉强度反而增加。另外，在振动频率为4Hz，振动幅度为5mm状态下，新旧混凝土黏结层出现8%变化的龄期为2.3d，而随着龄期的延长，黏结层抗拉强度变化维持在4%-1%之间。可见，对于轻量级的行车模拟荷载下，新旧混凝土黏结性能在整个龄期变化不大。

2.4.2初凝至终凝阶段黏结性能的变化

从试验龄期发展进度来看，在初凝至终凝阶段，不同振动状态下新旧混凝土黏结层的抗拉强度也出现变化。在轻量级振动影响下，本阶段黏结性能变化不大，而在2Hz振动频率下、10mm振动幅度及4Hz振动频率下5mm振动幅度下，试块的黏结性能分别在5d龄期及10d龄期发生超过8%的情况。也就是说，在中等荷载振动、重载振动下，新旧混凝土黏结层的早期强度出现下降。不过，随着混凝土龄期的发展，对于两种荷载振动下的黏结层强度变化，又会随着龄期

的延长而有所恢复。

2.4.3终凝阶段下黏结性能的变化

在终凝阶段来对比不同荷载振动状态下新旧混凝土黏结面抗拉强度的变化，当在轻量级振动影响下，终凝后其黏结层强度变化在3%-2%之间，可见，在振动频率为2Hz、振动幅度为5mm下的模拟振动，新旧混凝土黏结面的强度变化不大。而在振动频率为2Hz、振幅为10mm状态下，新旧黏结层在2.7d龄期发生强度超过8%的变化，在振动频率为4Hz、振幅为5mm的重载振动下，在6.7d龄期发生超过8%的强度变化。由此可见，对于终凝阶段下的重载车辆振动会给黏结层的早期强度带来较大影响。

2.4.4试验结果对比分析

从上述不同荷载振动下新旧混凝土黏结层的强度变化试验来看，引发黏结性能的主要因素与新老混凝土存在直接关系，如老混凝土的粗糙度、新混凝土的强度等。在初凝阶段，由于新混凝土在水化作用下，能够在混凝土表面形成半渗透膜，而在初凝期因荷载振动可能导致半渗透膜的振裂，由此来促进水泥颗粒的进一步水化，从而增强了新老混凝土过渡区的黏结密实度，提升了早期强度。在初凝至终凝阶段，由于混凝土处于硬化初期，其内部强度主要来与水泥水化物、老混凝土黏结层的黏附力。这一阶段的荷载振动如果超过黏结层的黏附力，可能诱发黏结层强度下降，而随着振动的停止，黏结层的水化程度逐渐形成，后期强度又得以恢复。在终凝阶段，由于新混凝土已经硬化完成，水化产物所形成的结构强度更加密实，而对于新老黏结层则相对脆弱，在重载振动下可能引发黏结层内部裂缝，导致黏结层强度的下降。

3结语

本研究通过室内模拟试验来分析不同行车荷载振动下对新旧混凝土黏结层性能的影响，得出结论如下：在初凝期，轻量级、中等量级振动对早期抗拉强度有增加作用；在初凝至终凝阶段，轻量级振动对黏结层强度影响不大，而中等及重载振动将会影响黏结层早期抗拉强度；终凝期轻量级振动对黏结层性能影响不大，而中等振动会影响早期抗拉强度，重载振动将引发整个黏结层强度的下降。

（作者单位：河南省新乡市公路桥梁建设有限责任公司）

作者简介：赵艳丽（1977～），女，研究方向为交通工程。参考文献

[1]刘杰,陈娟娟.混凝土抗剪强度概念分析及在桥隧工程中的应用[J]. 三峡大学学报（自然科学版）. 2015（01）.

[2]钱邦永,梅明荣,盛维高,王山山.新旧混凝土结合Z型粘结试件的模型研究[J]. 混凝土与水泥制品. 2015（02）.