混凝土橋梁橋面綠色就地再生技術(shù)研究

【摘要】文章對混凝土橋梁橋面綠色就地再生技術(shù)進(jìn)行深入研究，報告了該技術(shù)在資源節(jié)約、施工工藝和技術(shù)創(chuàng)新方面的當(dāng)前現(xiàn)狀，并進(jìn)行關(guān)鍵技術(shù)及其工藝流程的詳細(xì)調(diào)查。研究指出，此技術(shù)通過現(xiàn)場條件下回收利用原有橋面材料，結(jié)合新材料與新技術(shù)，有效恢復(fù)與提升橋面性能，同時節(jié)約資源、減少施工時間和對交通的干擾。結(jié)論認(rèn)為，隨著智能化施工技術(shù)、高性能再生材料研發(fā)及跨學(xué)科創(chuàng)新的推進(jìn)，該技術(shù)將為構(gòu)筑安全、高效、可持續(xù)的交通基礎(chǔ)設(shè)施體系貢獻(xiàn)重要力量。

【關(guān)鍵詞】綠色就地再生技術(shù)；混凝土橋梁；資源節(jié)約

【中圖分類號】TU755 【文獻(xiàn)標(biāo)志碼】A 【文章編號】1673-6028（2024）09-0058-03

0 引言

大量混凝土橋梁逐漸進(jìn)入維護(hù)與更新周期，橋面損壞成為常見的問題之一，傳統(tǒng)的橋面修復(fù)方法往往涉及大面積拆除與重建，不僅耗費大量資源，而且對交通秩序和環(huán)境造成嚴(yán)重影響。近年來，混凝土橋梁橋面綠色就地再生技術(shù)能夠在現(xiàn)場條件下，通過回收利用原有橋面材料，結(jié)合新材料與新技術(shù)，實現(xiàn)橋面性能的恢復(fù)與提升，是一種綠色、經(jīng)濟、高效的解決方案，受到廣泛關(guān)注。

1 混凝土橋梁橋面綠色就地再生技術(shù)概述

1.1 技術(shù)原理

混凝土橋梁橋面綠色就地再生技術(shù)的核心原理是利用現(xiàn)有橋面材料，通過物理、化學(xué)或生物技術(shù)手段，實現(xiàn)橋面材料的修復(fù)、加固及性能提升[1]。具體而言，該技術(shù)涉及橋面材料的破碎、分離、清洗、干燥等預(yù)處理步驟，隨后將分離出的骨料、水泥、添加劑等按一定比例混合，通過攪拌、壓實等工藝形成新的橋面鋪裝層。在這一過程中，再生材料應(yīng)滿足相應(yīng)的力學(xué)、耐久性等標(biāo)準(zhǔn)要求，確保新鋪裝層與原橋面具有良好的兼容性和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，關(guān)鍵參數(shù)要求見表1。

1.2 技術(shù)分類

根據(jù)再生過程中采用的技術(shù)手段，混凝土橋梁橋面綠色就地再生技術(shù)可大致分為熱再生技術(shù)和冷再生技術(shù)兩大類[2]。熱再生技術(shù)適用于瀝青混凝土橋面，通過加熱軟化舊材料，再加入新料混合壓實；而冷再生技術(shù)則廣泛應(yīng)用于水泥混凝土橋面，通過機械破碎、篩分后，添加適量的新水泥或其他改性劑，現(xiàn)場拌合壓實成型。熱再生技術(shù)在提高材料性能方面有其獨特優(yōu)勢，但能耗較高，適用范圍受限；冷再生技術(shù)則更側(cè)重于環(huán)保與經(jīng)濟性，適用于大規(guī)模應(yīng)用。

1.3 技術(shù)優(yōu)勢

混凝土橋梁橋面綠色就地再生技術(shù)的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

1）節(jié)約資源。通過再生利用舊橋面材料，減少對新材料的開采和加工需求，從而節(jié)約自然資源，降低材料成本。

2）減少施工時間。就地再生技術(shù)可以避免傳統(tǒng)施工中拆除舊橋面和運輸廢料的環(huán)節(jié)，大幅縮短施工周期，提高工作效率。

3）降低對交通的干擾。由于減少了材料運輸和施工時間，該技術(shù)能夠有效減少對周邊交通的影響，降低因施工引起的交通擁堵和事故風(fēng)險。

2 混凝土橋梁橋面就地再生關(guān)鍵技術(shù)剖析

2.1 高效回收與處理技術(shù)

高效回收與處理技術(shù)旨在最大程度地回收利用原有橋面混凝土材料，同時確保處理過程的高效性和環(huán)保性[3]。

回收環(huán)節(jié)中，先進(jìn)破碎設(shè)備和篩分裝置必不可少，采用多級破碎工藝，將混凝土塊破碎至適宜的粒度。如顎式破碎機用于初步破碎，將大塊混凝土破碎為較小的碎塊；圓錐破碎機則進(jìn)行進(jìn)一步破碎，確保粒度均勻。在篩分過程中，高精度的振動篩能夠精確分離不同粒徑的骨料，提高回收材料的質(zhì)量。

處理環(huán)節(jié)中，采用化學(xué)方法和物理方法相結(jié)合去除雜質(zhì)和有害物質(zhì)，如利用酸液浸泡去除鋼筋表面的銹蝕物，采用風(fēng)選設(shè)備去除輕質(zhì)雜物，同時對回收的骨料進(jìn)行強化處理，通過表面改性技術(shù)，如涂覆聚合物材料，增強骨料與新水泥漿體的黏結(jié)力，其中回收骨料的粒徑分布應(yīng)符合特定的規(guī)范要求，例如，粗骨料的粒徑范圍通常為5～25 mm，細(xì)骨料的粒徑范圍為0.15～5 mm。

2.2 新材料融合技術(shù)

新材料融合技術(shù)致力于將新型材料與回收的混凝土材料有機融合，以實現(xiàn)性能優(yōu)化和提升。為達(dá)到理想的融合效果，需要精心選擇和調(diào)配新材料。納米材料因獨特的性能逐漸受到關(guān)注，如納米二氧化硅能夠填充混凝土中的微觀孔隙，提高密實度和強度；纖維材料，如碳纖維和玻璃纖維，可顯著增強混凝土的抗拉性能和韌性；聚合物乳液的加入能夠改善混凝土的抗?jié)B性和抗裂性。在融合過程中，嚴(yán)格控制材料的添加比例和攪拌工藝至關(guān)重要，借助精確計量和均勻攪拌，確保新材料在混凝土中分布均勻，充分發(fā)揮其作用。例如，納米二氧化硅的添加量通常在水泥質(zhì)量的1%～5%之間，攪拌時間需適當(dāng)延長，以保證分散均勻。

2.3 再生混凝土性能優(yōu)化技術(shù)

再生混凝土性能優(yōu)化技術(shù)聚焦于提升再生混凝土的各項性能，以滿足橋梁橋面的嚴(yán)格要求[4]，涵蓋多個方面：一是配合比的精心設(shè)計，通過調(diào)整水泥、骨料、水和外加劑的比例，實現(xiàn)混凝土工作性能和力學(xué)性能的平衡，采用高性能減水劑能夠在減少用水量的同時提高混凝土的流動性和密實性；二是對再生骨料進(jìn)行預(yù)處理，如通過高溫蒸氣可以去除骨料表面的殘留砂漿，改善其與新水泥漿體的界面黏結(jié)；三是添加礦物摻合料，如粉煤灰、礦渣粉等，不僅可以降低水泥用量，還能改善混凝土的耐久性和抗裂性。

3 混凝土橋梁橋面綠色就地再生技術(shù)流程詳述

3.1 前期準(zhǔn)備與現(xiàn)場勘查

1）收集橋梁的設(shè)計文件、施工記錄以及歷年檢測報告等資料。全面了解橋梁的結(jié)構(gòu)特點、使用年限和過往維護(hù)情況，同時組建專業(yè)的勘查團(tuán)隊，配備高精度的測量儀器，如全站儀、水準(zhǔn)儀等，對橋面的幾何尺寸、平整度、坡度等進(jìn)行詳細(xì)測量，測量精度應(yīng)達(dá)到毫米級。對橋面的病害情況進(jìn)行全面普查，記錄裂縫的長度、寬度、深度及分布位置，評估混凝土的剝落、坑洼等破損程度。在勘查過程中，按照每10 m一個斷面，每個斷面不少于5個測點原則進(jìn)行采樣，確保數(shù)據(jù)的全面性和代表性。

2）對橋面的交通流量和荷載情況進(jìn)行調(diào)查，分析其對再生施工的影響。通過現(xiàn)場取芯，至少選取3個代表性位置，芯樣直徑≥100 mm，深度達(dá)到橋面鋪裝層底部，對芯樣進(jìn)行材料性能試驗，包括抗壓強度、抗拉強度、彈性模量等，以確定原橋面混凝土的性能狀況。根據(jù)勘查結(jié)果，制訂詳細(xì)的施工方案，包括施工工藝選擇、材料配比設(shè)計、施工設(shè)備選型以及交通疏導(dǎo)方案等，施工方案應(yīng)充分考慮現(xiàn)場條件和施工要求，確保再生施工的順利進(jìn)行。

3.2 橋面材料預(yù)處理

首先，對橋面進(jìn)行徹底清理，使用高壓水槍沖洗，去除表面的雜物、灰塵和油污等，確保橋面潔凈。然后，對于存在的裂縫，寬度＜0.2 mm的采用表面封閉處理，使用專用的裂縫封閉劑進(jìn)行涂刷；寬度＞0.2 mm的裂縫，則采用壓力灌漿法進(jìn)行處理，灌漿材料可選用環(huán)氧樹脂或水泥基灌漿料，灌漿壓力控制在0.2～0.4 MPa。對于混凝土剝落和坑洼部位，使用風(fēng)鎬或電鎬等工具進(jìn)行剔除，剔除深度應(yīng)達(dá)到堅實的基層，然后用水泥砂漿或環(huán)氧砂漿進(jìn)行修補。

在預(yù)處理過程中，對橋面進(jìn)行銑刨，銑刨深度一般為5～10 cm，根據(jù)橋面的損壞程度和再生要求進(jìn)行調(diào)整，銑刨后的橋面應(yīng)保持平整，平整度誤差不超過±3 mm/m，對銑刨后的橋面材料進(jìn)行破碎，采用反擊式破碎機或顎式破碎機，破碎后的材料粒徑應(yīng)控制在20～30 mm，并借助振動篩對破碎后材料進(jìn)行篩分，去除過大或過小的顆粒，保證材料的級配良好。

在篩分過程中，通過調(diào)整振動篩的振幅和頻率，控制篩分效率在80%以上，對篩分后的材料進(jìn)行存儲，存儲場地應(yīng)進(jìn)行硬化處理，防止材料受到污染和受潮，存儲量應(yīng)滿足施工進(jìn)度的需求。

3.3 再生材料制備與鋪設(shè)

依據(jù)前期勘查和評估結(jié)果，設(shè)計合適再生材料配比，包括新舊混凝土的比例、外加劑的種類和用量等，舊混凝土骨料占總骨料質(zhì)量比例宜控制在20%～50%，確保再生混凝土兼具經(jīng)濟性與力學(xué)性能。外加劑選用方面，推薦使用高效減水劑，如聚羧酸系減水劑，其摻量一般為水泥質(zhì)量的0.5%～1.5%，以改善混凝土流動性，減少用水量。同時，添加硅灰作為活性摻合料，占比約5%～10%，增強再生混凝土的微觀結(jié)構(gòu)致密度與抗?jié)B性能。

制備過程中，嚴(yán)格控制舊骨料粒徑分布，確保小于4.75 mm的細(xì)骨料不超過10%，大于19 mm的大骨料不超過20%，以提高再生混凝土的勻質(zhì)性和耐久性。含水量控制在最佳含水率附近，通常為5%～8%，避免因水分過多或過少導(dǎo)致混凝土強度下降或硬化不良。

鋪設(shè)階段，采用自密實再生混凝土技術(shù)，借助專用攤鋪機，一次性完成攤鋪與初步振搗，攤鋪速度保持在1～2 m/min，確保材料均勻分布，同時振搗采用高頻低振幅方式，有效排除氣泡，提高混凝土密實度。鋪設(shè)厚度依據(jù)設(shè)計要求，一般為10～20 cm，并采用激光控制高程，保證橋面平整度誤差不超過±2 mm/m，排水坡度控制在1%～2%。

3.4 后期養(yǎng)護(hù)與性能驗證

后期養(yǎng)護(hù)階段，依據(jù)JTG/T 3650—2020《公路水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》，采取有效措施確保再生橋面的充分水化與硬化[5]。采用保濕膜覆蓋，保持混凝土表面持續(xù)濕潤狀態(tài)，至少維持7 d，其間每日檢查膜下濕度，確保相對濕度不低于90%。環(huán)境溫度控制在10～30 ℃范圍內(nèi)，避免因溫度波動引發(fā)的收縮裂縫。對于無法覆蓋保濕膜的區(qū)域，采用噴霧系統(tǒng)定時噴灑養(yǎng)護(hù)劑，保持表面濕潤，噴灑頻率根據(jù)實際蒸發(fā)速率調(diào)整，一般情況下，每小時噴灑一次。

性能驗證階段，采用非破損檢測與局部破損檢測相結(jié)合的方式，全面評估再生橋面性能。非破損檢測包括超聲波檢測混凝土內(nèi)部缺陷，要求聲速不低于3 000 m/s，表明混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)良好；回彈儀測試混凝土表面硬度，回彈值需達(dá)到設(shè)計強度的90%以上。局部破損檢測涉及鉆芯取樣，芯樣直徑不少于100 mm，深度覆蓋整個混凝土層，芯樣抗壓強度應(yīng)不低于設(shè)計強度的95%，且材料均勻性良好，無明顯離析現(xiàn)象。長期監(jiān)測方面，設(shè)置自動監(jiān)測系統(tǒng)，持續(xù)記錄橋面應(yīng)力、應(yīng)變、位移及環(huán)境溫濕度變化，數(shù)據(jù)采集頻率設(shè)定為每小時一次，連續(xù)監(jiān)測至少一年。同時，每年進(jìn)行一次全面性能評估，包括承載能力測試、抗滑性能檢測及防水滲透試驗，確保再生橋面各項性能指標(biāo)穩(wěn)定可靠，滿足長期服役要求。

4 混凝土橋梁橋面綠色就地再生技術(shù)發(fā)展趨勢

4.1 智能化施工技術(shù)的應(yīng)用前景

隨著技術(shù)進(jìn)步，智能化施工技術(shù)在混凝土橋梁橋面就地再生中的應(yīng)用前景日益廣闊。通過集成傳感器網(wǎng)絡(luò)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，實現(xiàn)施工全過程的實時監(jiān)控與數(shù)據(jù)分析，優(yōu)化再生材料配比，精準(zhǔn)控制施工參數(shù)；引入機器人自動化裝備，如無人攤鋪機與智能振搗機器人，大幅提升施工效率與作業(yè)精度，減少人為因素帶來的不確定性；借助人工智能算法，預(yù)測再生橋面的長期性能趨勢，提前識別潛在風(fēng)險，為預(yù)防性維護(hù)提供決策支持；應(yīng)用數(shù)字化孿生技術(shù)，構(gòu)建再生橋面的虛擬模型，實現(xiàn)物理實體與數(shù)字信息的無縫對接，助力精細(xì)化管理和遠(yuǎn)程診斷。

4.2 跨學(xué)科融合與創(chuàng)新技術(shù)探索

混凝土橋梁橋面綠色就地再生技術(shù)的發(fā)展，正受益于跨學(xué)科的融合與創(chuàng)新技術(shù)的探索?，F(xiàn)代材料科學(xué)、結(jié)構(gòu)工程、信息技術(shù)等多個領(lǐng)域的結(jié)合，為解決傳統(tǒng)施工問題提供新的視角和解決方案。例如，生物工程技術(shù)可用于開發(fā)具有自修復(fù)能力的混凝土，信息技術(shù)則可以優(yōu)化施工設(shè)備調(diào)度和工藝流程。此外，通過引入先進(jìn)的監(jiān)測技術(shù)和數(shù)據(jù)分析方法，能夠?qū)崟r監(jiān)控橋梁狀態(tài)，預(yù)測維修需求，從而實現(xiàn)預(yù)防性維護(hù)。這種跨學(xué)科的合作不僅提升了施工效率，還改善了工程的質(zhì)量和可靠性。

5 結(jié)語

綜上所述，混凝土橋梁橋面綠色就地再生技術(shù)不僅代表現(xiàn)代橋梁維護(hù)領(lǐng)域的重大突破，更是資源節(jié)約型社會建設(shè)的重要組成部分。未來，隨著智能化施工技術(shù)、高性能再生材料研發(fā)及跨學(xué)科創(chuàng)新的不斷推進(jìn)，混凝土橋梁橋面綠色就地再生技術(shù)將迎來更加廣闊的前景。橋梁工程界應(yīng)積極擁抱前沿技術(shù)，持續(xù)優(yōu)化再生工藝，推動橋梁維護(hù)與更新步入智能化、綠色化的新時代，為構(gòu)筑更加安全、高效、可持續(xù)的交通基礎(chǔ)設(shè)施體系貢獻(xiàn)力量。

參考文獻(xiàn)

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[作者簡介]林書家（1993—），男，廣東徐聞人，碩士研究生，助理工程師，研究方向：道路橋梁隧道設(shè)施養(yǎng)護(hù)管理及施工。