道路橋梁工程中的混凝土加固分析

袁陳博

【關(guān)鍵詞】道路橋梁;渡河工程;混凝土加固;分析

【中圖分類號】U445.72 【文獻標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2021）08-0195-03

近年來，我國各項交通運輸業(yè)、道路橋梁工程及渡河工程等建設(shè)工程發(fā)展快速，然而各類工程在實際建設(shè)過程中出現(xiàn)工程質(zhì)量問題的概率也居高不下?；炷潦嵌珊庸こ毯偷缆窐蛄汗こ探ㄔ煊玫闹匾こ滩牧?，對工程的質(zhì)量是否合格有著重要意義。我國交通行業(yè)發(fā)展迅猛、管理現(xiàn)狀良好，因此國家有關(guān)管理部門及各級地方政府越來越重視作為現(xiàn)代化交通體系主體成分的路橋工程的建設(shè)質(zhì)量與安全系數(shù)等問題。但是，在我國目前現(xiàn)有的路橋工程施工技術(shù)體系下，大部分路橋工程及渡河工程中采用原材料價格較為低廉、施工難度與專業(yè)技術(shù)要求較低的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)。因此在這種行業(yè)發(fā)展背景下，想要加固道路橋梁中的混凝土結(jié)構(gòu)，就要充分掌握影響其穩(wěn)定性的不良因素及改善方法。

1 路橋工程中混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的不良影響因素分析

鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)作為現(xiàn)代化道路與橋梁的主要支撐結(jié)構(gòu)，在路橋工程的實際使用過程中承擔(dān)了大部分外部壓力，因此道路橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的抗壓性能和穩(wěn)定性水平會直接影響過往車輛及行人的出行安全。由于在路橋工程的實際建設(shè)過程中，混凝土結(jié)構(gòu)的形成過程主要分為混凝土攪拌、混凝土澆筑及自然冷卻和養(yǎng)護等環(huán)節(jié)，因此想要進一步掌握在不同階段影響混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素，就要深入分析每一階段施工的工藝原理及技術(shù)要點。

1.1 混凝土碳化的影響

碳化是一種會對現(xiàn)代化鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性造成非常大影響的化學(xué)變化現(xiàn)象，其產(chǎn)生的主要原因是混凝土材料自身的成分及原材料性能的影響。目前，國內(nèi)工程材料市場中的混凝土材料主要組成成分就是以氫氧化鈉為代表的多種堿性物質(zhì)混合體，這類堿性物質(zhì)在酸性條件下會發(fā)生中和反應(yīng)。隨著空氣中越來越多二氧化碳加入反應(yīng)過程，與堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的酸性物質(zhì)也會越來越多，這便是產(chǎn)生混凝土結(jié)構(gòu)碳化現(xiàn)象的一個重要原因 [1]。對于實際工程項目而言，由于道路和橋梁常年處于露天環(huán)境，因此接觸酸性物質(zhì)及二氧化碳的機會非常多，當(dāng)空氣中的二氧化碳與周圍環(huán)境中產(chǎn)生的酸性物質(zhì)大面積接觸到混凝土結(jié)構(gòu)表面時，便會在合適的溫度條件催化下發(fā)生碳化反應(yīng)，從而對混凝土材料造成不同程度的破壞，使其強硬度和密實度大幅度降低、脆性顯著提高。如果這種碳化程度進一步加深，便會導(dǎo)致混凝土內(nèi)部的鋼筋暴露在空氣中，空氣中的水分及氧氣會逐步在氧化反應(yīng)的作用下使鋼筋發(fā)生銹蝕或者腐蝕現(xiàn)象，最終造成大片路面或者橋面破損、表面凹凸不平及結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性降低等不良現(xiàn)象 [2]。

1.2 鋼筋銹蝕的影響

在道路橋梁工程中，鋼筋銹蝕會極大地破壞道路與橋梁主體結(jié)構(gòu)的完整性與穩(wěn)定性，嚴重時甚至?xí)a(chǎn)生鋼筋彎曲、橋梁結(jié)構(gòu)扭轉(zhuǎn)或者路面塌陷、凸起等結(jié)構(gòu)性問題。鋼筋銹蝕產(chǎn)生的主要原因，通常是由于鋼筋直接接觸了空氣中的水和氧氣或者酸性氣體、液體等，在適宜的溫度條件下發(fā)生氧化反應(yīng)或者取代反應(yīng)，最終生成的氧化鐵、氧化亞鐵等物質(zhì)相較于原本的鐵在強度與硬度方面要差很多，因此在外部壓力作用下更容易發(fā)生彎曲、折損等結(jié)構(gòu)性問題。盡管施工單位在建設(shè)道路與橋梁時通常會在鋼筋表面涂抹相應(yīng)的防腐涂層和防氧化材料，但是在常年潮濕陰冷的環(huán)境下，一旦鋼筋暴露在空氣中，則非常容易發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而破壞鋼筋表面的防護涂層。包裹在鋼筋外部的混凝土材料如果發(fā)生了碳化現(xiàn)象，那么在碳化程度較深的情況下會增大內(nèi)部鋼筋暴露在空氣中的可能。因此，鋼筋銹蝕造成的強度、硬度降低及體積膨脹等問題，便是目前影響路橋工程混凝土結(jié)構(gòu)的重要因素。

1.3 凍融循環(huán)的影響

凍融循環(huán)指由于氣候變化導(dǎo)致混凝土結(jié)構(gòu)表面溫度變化差值較大而引發(fā)的混凝土結(jié)構(gòu)熱脹冷縮現(xiàn)象，如果膨脹幅度過大，那么就會進一步引發(fā)脹裂、結(jié)構(gòu)性裂縫等問題，嚴重影響路橋工程的混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。這種凍融循環(huán)問題主要發(fā)生在氣候變化和溫度升降幅度較大的地區(qū)，尤其在我國的北方寒帶地區(qū)，由于冬夏兩季溫差非常大，因此該地區(qū)道路及橋梁混凝土結(jié)構(gòu)中滲入水分極易發(fā)生凍融現(xiàn)象 [3]。凍融現(xiàn)象通常表現(xiàn)為局域混凝土結(jié)構(gòu)隨著氣候變化與溫度升降成周期性與循環(huán)性的膨脹與收縮，這種循環(huán)脹縮會逐步從出現(xiàn)問題的點蔓延到整個混凝土結(jié)構(gòu)的其他位置，造成的混凝土表面脹裂與結(jié)構(gòu)裂縫面積也普遍較大。此外，當(dāng)凍融循環(huán)往復(fù)次數(shù)較多時，還容易對混凝土造成永久性破損或者橫斷面較大的結(jié)構(gòu)裂縫，這會進一步演化為斷層裂縫、混凝土局部中空問題，大幅度降低道路和橋梁混凝土結(jié)構(gòu)的牢固性與密實度。

1.4 氯離子腐蝕及堿骨料反應(yīng)的影響

氯離子腐蝕反應(yīng)的發(fā)生條件是當(dāng)?shù)缆坊蛘邩蛄洪L期與富含氯離子的液體或者氣體接觸時，在適宜的溫度和pH值條件下發(fā)生氯離子腐蝕現(xiàn)象。通常情況下，靠近海邊的路橋工程更容易發(fā)生氯離子腐蝕問題，海水中富含的大量氯離子及海邊常年濕潤的氣候環(huán)境，為氯離子腐蝕的發(fā)生奠定了充足的條件與物質(zhì)基礎(chǔ)?；炷敛牧鲜怯蓧A性物質(zhì)構(gòu)成的，而堿性材料與氯離子之間極易產(chǎn)生能夠反應(yīng)的條件，使得氯離子腐蝕現(xiàn)象在沿海城市及周邊地區(qū)發(fā)生較為頻繁。除此之外，混凝土材料中包含的大量堿性硅酸鹽凝膠還具有很強的吸水性，當(dāng)?shù)缆窐蛄褐車h(huán)境含水量較大時便會提高滲入混凝土結(jié)構(gòu)中的水分含量。這種反應(yīng)通常被稱作堿骨料反應(yīng)，其對于路橋工程結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的影響主要是當(dāng)混凝土含水量過大時會出現(xiàn)不同程度的體積膨脹，膨脹系數(shù)較大時甚至?xí)霈F(xiàn)混凝土脹裂或者破碎等問題，降低了道路與橋梁的安全系數(shù)。

2 路橋工程混凝土加固原則

有效的混凝土加固施工不但能夠顯著提高道路及橋梁的使用壽命，而且對于保障路橋工程的使用安全和國內(nèi)交通系統(tǒng)運行順暢具有非常重要的意義。因此，在道路及橋梁施工項目中，混凝土加固通常是作為一個至關(guān)重要的施工環(huán)節(jié)，施工單位需要就如何提高混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進行深入探究和制訂全面的施工計劃，而為了高效地完成混凝土加固工作，在施工現(xiàn)場工作人員應(yīng)盡可能遵循以下原則，保障混凝土加固施工的規(guī)范性，提高加固效果。

2.1 混凝土結(jié)構(gòu)安全性原則

結(jié)構(gòu)安全性在不同的工程項目中通常具有不同的評價標(biāo)準(zhǔn)，在現(xiàn)代化路橋工程領(lǐng)域，評價一條道路或者一架橋梁的主體結(jié)構(gòu)是否具有很高的安全性，主要看其混凝土結(jié)構(gòu)是否具備符合國家及地方政府規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)承重能力。承重能力是否滿足條件決定了混凝土結(jié)構(gòu)在道路及橋梁中能否充分發(fā)揮其承重作用。提高混凝土結(jié)構(gòu)承重能力的有效方法主要有兩種：一種是直接對混凝土結(jié)構(gòu)進行加工，提高其抗壓能力與抗拉伸性能等，這樣間接實現(xiàn)了對道路及橋梁結(jié)構(gòu)強度與硬度的有效提高;另一種是通過減少外部影響因素對混凝土承重能力的破壞，進而間接確保路橋工程的混凝土結(jié)構(gòu)承重能力始終保持在安全的適用范圍內(nèi)。例如，針對常見的影響路橋工程混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的氯離子腐蝕問題，施工人員在進行混凝土加固時需要本著安全性原則，提前做好混凝土外部防護和干燥處理，盡可能地減少環(huán)境中的氯離子及水分與路橋工程混凝土結(jié)構(gòu)接觸的可能性。

2.2 施工經(jīng)濟性原則

經(jīng)濟性原則的提出是為了保證路橋工程施工企業(yè)能夠在獲取相應(yīng)經(jīng)濟效益的基礎(chǔ)上，減少可能出現(xiàn)的偷工減料、不規(guī)范施工等不良現(xiàn)象，從而提高道路及橋梁的施工質(zhì)量和安全系數(shù)。由于大部分道路橋梁工程的施工量比較大，同時所消耗的工程材料及支付的勞工費用、場地費用等都是一筆很大的資金，因此想要貫徹和落實經(jīng)濟性原則，就必須在施工前提前做好充分的準(zhǔn)備工作，制訂精確的工程造價管理計劃。尤其在道路及橋梁加固施工環(huán)節(jié)，工程質(zhì)量及施工進度很容易受到施工現(xiàn)場周圍不良環(huán)境因素的干擾，同時混凝土的自然冷卻及后期養(yǎng)護過程也需要消耗較長的時間，這對于一項施工量浩大的工程項目而言，每一處細微的成本管理問題都可能造成大量資金及物質(zhì)資源損失。此外，在實際施工過程中要盡量避免出現(xiàn)不規(guī)范施工或者混凝土加固質(zhì)量沒有達到標(biāo)準(zhǔn)要求的現(xiàn)象。重復(fù)返工造成的成本支出，會進一步加大路橋工程施工企業(yè)的財務(wù)管理工作壓力。

2.3 積極應(yīng)用先進技術(shù)的原則

先進的混凝土加固技術(shù)及性能更優(yōu)越的加固材料，會對路橋工程的混凝土加固施工起到事半功倍的作用。一方面，先進的施工技術(shù)不但能夠提高混凝土加固現(xiàn)場施工的效率，同時對于保障加固一次性成型也具有很重要的影響;另一方面，通過引進先進的混凝土加固技術(shù)，能夠在一定程度上彌補傳統(tǒng)加固技術(shù)在提高路橋工程混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和強硬度方面的不足，從而使道路及橋梁的穩(wěn)定性能達到更高水平。除此之外，新型加固材料的應(yīng)用對于增強混凝土加固效果具有關(guān)鍵作用，例如目前在國內(nèi)很多重要的道路橋梁工程中應(yīng)用的粘貼碳纖維布加固技術(shù)，便是借助碳纖維布這種材料的強韌性特點，大幅度提高了路橋工程混凝土結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)定性。同時，碳纖維布在很多不良的自然氣候條件下也能夠保持較好的強度與韌性，因此將這種材料作為混凝土結(jié)構(gòu)的外部加固材料，對于延長混凝土加固效果和提高道路與橋梁的安全使用壽命具有不可忽視的重要意義。

3 路橋工程混凝土加固法探究

3.1 加大混凝土結(jié)構(gòu)損傷及鋼筋銹蝕的檢測力度

目前，混凝土結(jié)構(gòu)損傷檢測是一種大部分混凝土結(jié)構(gòu)損傷問題具有非常有效的探測與監(jiān)察效果的常態(tài)化檢測方法。通過運用科學(xué)的混凝土結(jié)構(gòu)損傷檢測技術(shù)，不但能夠及時發(fā)現(xiàn)影響混凝土結(jié)構(gòu)完整性與強硬度的不良影響因素，還可以有效預(yù)防混凝土結(jié)構(gòu)可能存在的風(fēng)險問題。因此，有關(guān)施工單位有必要通過進一步加大混凝土結(jié)構(gòu)檢測力度，提高掌握路橋工程混凝土結(jié)構(gòu)中的裂縫分布情況、尺寸大小和密集度等信息的全面性。標(biāo)準(zhǔn)的檢測步驟是先通過在混凝土上取樣制作檢測樣本，之后按照國家規(guī)定的混凝土各項性能要求標(biāo)準(zhǔn)對具有代表性的試樣進行檢測，同時要細致認真地記錄好每一個檢測結(jié)果，這對于避免后續(xù)混凝土加固施工過程中出現(xiàn)質(zhì)量問題具有很大作用。此外，不能忽略對鋼筋銹蝕程度的評估及銹蝕產(chǎn)生原因的探查與分析，尤其要對路橋工程中的部分隱蔽工程進行仔細深入地檢測，形成書面檢測報告，進一步分析損傷問題對整個混凝土結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性造成的影響。

3.2 加大對先進加固技術(shù)、新型材料的應(yīng)用力度

通過應(yīng)用先進的混凝土加固技術(shù)來改善傳統(tǒng)加固施工的弊端，也是提高路橋工程混凝土加固質(zhì)量與效果的重要方法。目前，國內(nèi)常用的加固技術(shù)主要包括外部加工和內(nèi)部加工兩種類型，例如運用特殊黏結(jié)劑將鋼板和纖維復(fù)合材料黏接在混凝土外部的技術(shù)，以及通過在混凝土外部包裹鋼材提高其強度與硬度的技術(shù)，都屬于外部加工技術(shù)。內(nèi)部加工技術(shù)則主要是通過運用增大混凝土結(jié)構(gòu)與外部壓力的接觸面降低壓強的原理，間接提升了混凝土的承重能力。除此之外，可以通過應(yīng)用HPC材料、加固凝膠材料、耐久性改善劑和引氣劑等新型加固材料，使混凝土的抗?jié)B性能、抗壓性能及表面強度等得到一定程度的提高，從而使路橋工程的混凝土加固效果更為顯著。

3.3 應(yīng)選擇合適的混凝土加固技術(shù)

目前混凝土加固技術(shù)主要分以下3種：一是使用黏結(jié)劑將鋼板和纖維等復(fù)合材料剪貼到相關(guān)部位。二是運用增大接觸面，減小局部壓強的方式增強結(jié)構(gòu)的受壓能力，此方式還可以起到破損表面修復(fù)的作用。三是用外包鋼技術(shù)提高構(gòu)件的抗彎程度和抗壓力度，這種技術(shù)使用的難度小，還可以縮減加固用時，一些易彎、易變性的構(gòu)件中往往采用這種技術(shù)提高工程質(zhì)量。

4 結(jié)語

綜上所述，路橋工程及渡河工程的混凝土加固效果對于保障國民出行安全和延長道路橋梁的使用壽命發(fā)揮著不可忽視的重要作用。然而，針對目前我國路橋工程的建設(shè)水平及存在的常見問題，還需要有關(guān)施工單位及工作人員進一步充分掌握先進的混凝土加固技術(shù)和新型加固材料的應(yīng)用要點，并且在實際混凝土加固施工的過程中保持認真負責(zé)的態(tài)度與精益求精的心態(tài)，為建設(shè)我國安全可靠的道路橋梁做出一份貢獻。

參 考 文 獻

[1]陳蘭存.道路橋梁施工中混凝土裂縫成因分析以及應(yīng)對措施[J].科學(xué)技術(shù)創(chuàng)新，2019（34）：119-120.

[2]萬魁.探究道路橋梁維修與加固施工技術(shù)[J].居舍，2019（36）：81.

[3]王佳偉.公路橋梁加固方法及材料的合理選擇[J].建筑技術(shù)開發(fā)，2019（23）：124-125.