混凝土橋墩缺陷快速修補(bǔ)及防護(hù)技術(shù)

白占武

（石家莊市公路橋梁建設(shè)集團(tuán)有限公司，河北 石家莊 050000）

0 引言

橋墩是橋梁的重要組成部分，屬橋梁下部結(jié)構(gòu)，常涉及大體積混凝土施工，同時橋墩成型后直接受外界作用和影響，容易產(chǎn)生一些缺陷，輕則影響橋梁整體外觀，重則威脅到橋梁通行安全。因此有必要對橋梁混凝土橋墩缺陷進(jìn)行深入分析，探討有效的預(yù)防與修補(bǔ)措施。

1 混凝土橋墩常見缺陷及產(chǎn)生原因

常見的混凝土橋墩缺陷主要包括氣泡、泛砂、色斑和裂縫4種，不同缺陷的產(chǎn)生機(jī)理及影響因素不同。

1.1 氣泡

氣泡的形成機(jī)理為：混凝土振搗時里面的空氣連續(xù)排出，此時如果有氣泡無法完全排出，則會占用一定空間，導(dǎo)致橋墩氣泡缺陷。

該缺陷的影響因素主要包括：

（1）原材料。如砂石含泥量較大或砂過細(xì)使混凝土過于黏稠，對振搗時空氣的排出造成阻礙。

（2）水灰比。單位體積混凝土用水量較多，水泥在發(fā)生水化時釋放的熱量使水分蒸發(fā)，導(dǎo)致拌和物存在大量水蒸氣，當(dāng)氣溫較高時，水蒸氣含量進(jìn)一步增加，使振搗時的氣體排出難度增大[1]。

（3）脫模劑。施工中使用油類脫模劑，因其黏度較大，振搗時與泌水混合影響空氣的正常排出。

（4）澆筑層厚。插入式振搗所用振搗棒半徑通常為45～75mm，如果澆筑層厚超過50cm，則下層空氣將難以排出。

（5）振搗作業(yè)。漏振或振搗持續(xù)時間不夠長都會對混凝土排氣造成影響。此外，振動順序也會產(chǎn)生一定影響，當(dāng)按照從中間向四周的順序進(jìn)行振搗時，需延長振搗時間。

（6）混凝土坍落度。當(dāng)混凝土的坍落度過大時，會使大量小氣泡聚集到一起形成大氣泡，使排氣難度增大[2]。

（7）砂率。當(dāng)混凝土砂率較大時，雖然可提高混凝土黏聚性與保水性，但會使小氣泡數(shù)量明顯增多。

1.2 泛砂

泛砂的產(chǎn)生機(jī)理為：混凝土澆筑與成型時難免產(chǎn)生一定程度的離析與泌水，其中離析會使水泥漿不斷析出，導(dǎo)致拌和物逐漸喪失連續(xù)性；泌水則會使固體顆粒不斷下沉，水分逐漸上升，帶走表面積聚的水泥漿，而細(xì)砂會被留下，產(chǎn)生明顯的泛砂現(xiàn)象，給混凝土表面光潔度造成很大影響[3]。

該缺陷的影響因素主要包括：

（1）原材料。若集料的級配較差、粒徑相對較大或砂過粗等，會使混凝土自身黏聚性與保水性受到影響，加劇離析與泌水，引起泛砂；采用不同類型的水泥時，混凝土的保水性也會有所不同，而如果在混凝土中摻加粉煤灰，則粉煤灰細(xì)度會對拌和物質(zhì)量造成影響，一般Ⅲ級粉煤灰的泌水程度最重，但I(xiàn)級粉煤灰則能對混凝土自身和易性予以有效改善。

（2）水灰比與坍落度。當(dāng)混凝土的水灰比較大時，會影響到混凝土的黏聚性，導(dǎo)致泌水程度加?。划?dāng)混凝土的坍落度較大時，則有可能引起分層離析現(xiàn)象。

（3）砂率。良好的砂率是保證混凝土保水性與黏聚性的前提，在條件允許的情況下適當(dāng)提高砂率能起到改善光潔度的作用，防止泛砂現(xiàn)象的產(chǎn)生。

（4）振搗作業(yè)。過振會引起離析與泌水，導(dǎo)致泛砂。在振搗操作過程中應(yīng)對振搗持續(xù)時間予以嚴(yán)格控制，并注意振搗棒和模板之間的距離，如果這一距離小于10cm，則很有可能引起泛砂。

（5）模板。當(dāng)模板剛度較小時，相同條件下受到的拍打力度較大，當(dāng)拍打次數(shù)較多時，將在振動較為頻繁的地方出現(xiàn)泛砂。

1.3 色斑

色斑指模板拆除后混凝土表面有明顯色差斑塊。該缺陷的影響因素主要包括：

（1）模板表面質(zhì)量。當(dāng)模板表面有臟污，尤其在除銹打磨處理后未能及時涂刷均勻的脫模劑時，將使模板因氧化產(chǎn)生氧化物，導(dǎo)致脫模后出現(xiàn)明顯的色斑。

（2）脫模劑。如果施工時使用的脫模劑顏色相對較深，則會使與之接觸的混凝土呈深色，當(dāng)脫模劑涂刷不均勻時，這一現(xiàn)象將更加明顯。

（3）混凝土拌和質(zhì)量。當(dāng)混凝土拌和時間不足或不均勻時，將導(dǎo)致集料未能被水泥漿完全裹覆而使拌和物的坍落度及和易性均無法達(dá)到要求，在施工完成后產(chǎn)生明顯的色斑。

（4）集料。當(dāng)集料中含有具有染色性質(zhì)的雜質(zhì)時，將使成型后的混凝土出現(xiàn)明顯色差。

（5）原材料。構(gòu)件施工所用原材料未能達(dá)到統(tǒng)一，或砂石中的含泥量較大等，導(dǎo)致混凝土表面產(chǎn)生大量色斑。

1.4 裂縫

裂縫的產(chǎn)生原因?yàn)闃?gòu)件所受拉應(yīng)力超出極限。不同類型的裂縫產(chǎn)生原因不同。對于整體塑性收縮裂縫，其長度與寬度均相對較小，成因包括用水量較大、失水速度快、細(xì)集料占比小、粗骨料占比大、混凝土水灰比較大。該類裂縫的產(chǎn)生在早期并不會給結(jié)構(gòu)安全造成太大影響，但伴隨齡期不斷延長，受外部荷載及溫差的影響，可能逐漸發(fā)展，使結(jié)構(gòu)自身抗裂性減弱。對于干濕收縮裂縫，其產(chǎn)生原因?yàn)椋耗０宀鸪髽?gòu)件處在飽和空氣環(huán)境下，自由水快速散失，但內(nèi)部散失速度比表層慢，導(dǎo)致干濕收縮，產(chǎn)生應(yīng)力，當(dāng)這一應(yīng)力超出構(gòu)件自身抗拉應(yīng)力極限后，就會引起開裂，而且當(dāng)濕度梯度較大時，開裂數(shù)量將明顯增多。

2 混凝土橋墩缺陷預(yù)防

2.1 原材料

（1）不使用已經(jīng)過期的水泥，且同一個構(gòu)件必須使用完全一致的水泥，以免產(chǎn)生色斑。

（2）嚴(yán)格控制砂石料的針片狀顆粒含量和含泥量。

（3）調(diào)整混凝土施工配合比時，需做好砂石搭配實(shí)驗(yàn)，然后結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果選擇合適的砂率或進(jìn)行必要的調(diào)整。以某標(biāo)段橋梁為例，在橋墩混凝土澆筑過程中使用的混凝土配合比砂率為32%，其砂級配未達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，含很多小石子。對此進(jìn)行砂石搭配實(shí)驗(yàn)，具體的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如表1所示。采用適當(dāng)提高砂率的方法，通過將部分粗集料替換為砂中細(xì)石子調(diào)整配合比。為滿足密實(shí)度要求，將砂率控制在35%～40%范圍內(nèi)，在保證強(qiáng)度與密實(shí)度的基礎(chǔ)上，減少或避免缺陷的產(chǎn)生。

表1 砂石搭配實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

2.2 混凝土拌和

混凝土和易性與拌和有直接關(guān)系，如果拌和不均勻，將影響集料和水泥漿之間的結(jié)合、裹覆，進(jìn)而使混凝土坍落度及和易性均難以達(dá)到要求，成型后產(chǎn)生色差等缺陷，通常情況下，混凝土攪拌時間應(yīng)達(dá)到3min以上。投料過程中必須做好計(jì)量。現(xiàn)場堆放的骨料含水量因環(huán)境變化而改變，且細(xì)集料體積還會因?yàn)楹扛淖兌l(fā)生明顯變化。當(dāng)砂較為潮濕時，因其表面有水膜，所以砂粒之間黏附，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)疏松，使體積增大。通常情況下，在5%～8%的含水率下，砂堆積密度達(dá)到最小，同時體積達(dá)到最大，若含水率進(jìn)一步增大，將伴隨其水膜厚度的不斷增大而使水在自重作用下發(fā)生明顯的流動，逐漸向顆?？障兑苿?，使砂粒不再黏結(jié)，流動性因此恢復(fù)，體積變小；在20%的含水率條件下，干、濕砂體積接近，當(dāng)進(jìn)一步增大含水率時，顆粒將開始擠緊，此時干砂體積將大于濕砂。除此之外，骨料實(shí)際含水量發(fā)生的變化還會給混凝土水灰比造成影響，最終使坍落度發(fā)生變化。正確的投料順序?yàn)橄仍诹隙分型斗派笆?，然后投入水泥，以免水泥與料斗之間發(fā)生黏附。

2.3 模板和脫模劑

為確?；炷帘砻婀鉂?、平整，提高模板的周轉(zhuǎn)率，大多使用鋼模。鋼模除了要有符合要求的剛度和強(qiáng)度外，還要注意其清潔度與光潔度。拆模完成后需立即對模板表面進(jìn)行處理，并均勻涂刷一層脫模劑，以免模板表面發(fā)生氧化。此外，還要用塑料薄膜進(jìn)行覆蓋，以免發(fā)生污染。塑料薄膜寬度需根據(jù)澆筑分層厚度來確定，通常按照50～60mm的范圍控制，在混凝土澆筑前需拆除薄膜。施工時使用的脫模劑不能對混凝土造成污染，且要有良好的脫模效果，脫模劑的涂刷應(yīng)均勻，以泛出油光為準(zhǔn)。如果涂抹厚度過大，將導(dǎo)致下層顏色相對較深。結(jié)合以往施工經(jīng)驗(yàn)，在條件允許的情況下建議選擇有機(jī)硅脫模劑。

2.4 混凝土澆筑

混凝土澆筑質(zhì)量直接影響構(gòu)件成型后的表面質(zhì)量。施工中要對混凝土振搗時間予以嚴(yán)格控制，如果振搗時間不足，混凝土將無法達(dá)到密實(shí)，內(nèi)部氣泡無法完全排出；如果振搗時間過長，將導(dǎo)致石子和水泥漿分離，產(chǎn)生離析與泌水。輕微的泌水可使用海綿將其吸干，而當(dāng)泌水較為嚴(yán)重時，在混凝土不斷凝固的過程中會在模板表面產(chǎn)生大量泌水，并出現(xiàn)水泡，使拆模完成后的混凝土表面產(chǎn)生孔洞，對混凝土外觀造成影響。對此，一般振搗時間按照20～30s進(jìn)行控制，以混凝土不再流動和產(chǎn)生氣泡且表面平整為結(jié)束振搗的標(biāo)準(zhǔn)。在振搗過程中應(yīng)按照先四周后中間的順序進(jìn)行，使表面氣泡不斷向中間方向趕，防止氣泡在模板及其周圍大量聚集。此外，在振搗時還要做到快插慢拔，防止混凝土表面產(chǎn)生孔洞；振搗棒要和模板間有足夠的距離，通常為10～20cm。

2.5 模板拆除和養(yǎng)護(hù)

施工過程中混凝土表面產(chǎn)生裂縫主要和模板拆除與養(yǎng)護(hù)過程有關(guān)，如果拆模時間過早，將使混凝土與模板黏結(jié)，或產(chǎn)生缺棱掉角；如果拆模時間過晚，將使拆模難度大幅增加。通常要在混凝土實(shí)際強(qiáng)度不低于2.5MPa時進(jìn)行拆除，相當(dāng)于澆筑完成后4d，同時注意拆模要在天氣狀況良好的情況下進(jìn)行，避免氣溫劇烈變化導(dǎo)致混凝土表面開裂。模板拆除后應(yīng)立即進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，常用養(yǎng)護(hù)方法為覆蓋塑料薄膜。保溫材料的覆蓋應(yīng)達(dá)到嚴(yán)密，避免因晝夜溫度變化引起溫度裂縫，并防止因大風(fēng)作用導(dǎo)致失水引起干縮裂縫。此外，當(dāng)氣溫較高時還應(yīng)在覆蓋的基礎(chǔ)上進(jìn)行灑水，以起到一定程度的降溫作用，但灑水不可在氣溫較低的情況下進(jìn)行。對于養(yǎng)護(hù)時間通常需持續(xù)7～14d。在強(qiáng)度沒有達(dá)到要求的情況下，禁止對混凝土實(shí)施打磨，以免表面遭到破壞而產(chǎn)生缺陷。

3 混凝土橋墩缺陷修補(bǔ)

某橋梁混凝土橋墩在使用一段時間后產(chǎn)生了諸多缺陷，包括氣泡、泛砂、色斑與裂縫等，已經(jīng)嚴(yán)重影響到橋梁整體外觀，若任由其發(fā)展，將給橋梁的行車安全造成影響。為盡快修復(fù)缺陷，使混凝土橋墩恢復(fù)良好的外觀與性能，采用以下修補(bǔ)措施：

（1）在混凝土裂縫處設(shè)置化學(xué)灌漿嘴，在強(qiáng)度符合要求后開始灌漿；

（2）鑿除已經(jīng)剝蝕和劣化的混凝土，用符合標(biāo)準(zhǔn)要求的環(huán)氧砂漿進(jìn)行修補(bǔ)；

（3）打磨和沖洗待修補(bǔ)混凝土表面，然后均勻涂抹一層界面劑；

（4）在混凝土表面按照分層原則均勻刮涂聚脲。

通過采用以上修補(bǔ)措施，該橋梁混凝土橋墩各類缺陷均得到有效修復(fù)，使橋墩基本恢復(fù)原貌，在達(dá)到除險(xiǎn)加固目標(biāo)的同時，延長了橋墩的使用壽命[4]。

4 結(jié)語

綜上所述，橋梁經(jīng)過一段時間的連續(xù)通車使用后，其混凝土橋墩會由于前期設(shè)計(jì)或施工等方面的原因產(chǎn)生一些缺陷，雖然這些缺陷在早期并不會給橋梁的正常使用與結(jié)構(gòu)安全造成太大影響，但經(jīng)過不斷發(fā)展，有可能產(chǎn)生嚴(yán)重病害，危及橋梁安全。因此，在明確混凝土橋墩常見缺陷及其產(chǎn)生機(jī)理和影響因素的基礎(chǔ)上，要在前期設(shè)計(jì)與施工中采取有效的措施加以預(yù)防，并針對已經(jīng)產(chǎn)生的缺陷，采取針對性措施加以修補(bǔ)，以免其進(jìn)一步發(fā)展和加劇。