舒興旺

（山西省交通科學(xué)研究院 黃土地區(qū)公路建設(shè)與養(yǎng)護技術(shù)交通行業(yè)重點實驗室，山西 太原 030006）

0 引言

為了保證橋梁結(jié)構(gòu)物在氣溫變化和荷載作用下能自由變形，避免變形受阻產(chǎn)生應(yīng)力而造成對橋梁結(jié)構(gòu)物的破壞，橋梁伸縮縫已廣泛應(yīng)用于各種橋梁結(jié)構(gòu)中，成為橋梁結(jié)構(gòu)的重要構(gòu)件之一，一般設(shè)置在橋梁的相鄰兩橋跨之間以及梁端與橋臺背墻之間。

隨著我國高速公路建設(shè)的蓬勃發(fā)展，車輛荷載等級的大幅度提高和交通流量的急劇增加，使橋梁伸縮縫面臨了巨大的挑戰(zhàn)。橋梁伸縮縫直接承受車輪載荷的沖擊且長期暴露在大氣中，極易損壞且維修成本高。橋梁伸縮縫遭受破壞后，一方面影響行車舒適性，使行車者缺乏安全感，另一方面導(dǎo)致車輛對橋梁上部結(jié)構(gòu)的沖擊，影響橋梁主體結(jié)構(gòu)的受力，降低橋梁使用壽命。

統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明伸縮縫是橋梁結(jié)構(gòu)中最薄弱的部分，其使用壽命遠低于橋梁的設(shè)計壽命。頻繁維修或更換伸縮縫不僅嚴(yán)重影響交通的通暢與安全，并且也帶來了資源的浪費與環(huán)境問題，提高了橋梁的維護成本。法國和葡萄牙調(diào)查結(jié)果表明伸縮縫的養(yǎng)護成本約占整個橋梁養(yǎng)護成本的7%～22%[1]。

目前國內(nèi)外主要應(yīng)用的橋梁伸縮縫有以下5種類型：梳齒板式、模數(shù)式、橡膠板式、嵌填式和無縫式。除無縫式伸縮縫是將伸縮體直接與路面鋪裝層黏結(jié)，實現(xiàn)橋梁結(jié)構(gòu)無縫化外，其余類型伸縮縫都需在伸縮體與路面鋪裝層之間設(shè)置過渡層混凝土，以實現(xiàn)伸縮縫與主梁結(jié)構(gòu)的一體化。

根據(jù)有關(guān)部門對橋梁伸縮縫的破壞狀況調(diào)查與統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)：常見的伸縮縫問題中幾乎所有破壞嚴(yán)重的伸縮縫都與填縫料和混凝土有關(guān)，主要有填縫發(fā)生孔隙、硬化、開裂、松弛或撕裂，以及混凝土剝塊或開裂[2]。這些問題的成因包括交通載重、鏟雪破壞、天氣、劣質(zhì)裝設(shè)、次等材料及伸縮縫種類選用失當(dāng)，其中伸縮縫過渡區(qū)混凝土質(zhì)量差是最直接的原因，也是橋梁伸縮縫最先表現(xiàn)出的病害。伸縮縫過渡區(qū)混凝土出現(xiàn)病害將導(dǎo)致整個橋梁伸縮縫錨固體系的破壞，進而導(dǎo)致整個伸縮縫裝置的破壞與失效。

1 橋梁伸縮縫過渡區(qū)混凝土的作用和功能

圖1 橋梁伸縮縫結(jié)構(gòu)簡化示意圖

圖1為含有過渡區(qū)混凝土的橋梁伸縮縫結(jié)構(gòu)簡化示意圖，從整個裝置的結(jié)構(gòu)和功能來看，過渡區(qū)混凝土的功能主要體現(xiàn)在兩方面：a）將梁端伸縮縫裝置與主梁板通過過渡區(qū)混凝土有效錨固在一起，使伸縮裝置、過渡區(qū)混凝土和主梁板三者黏結(jié)成為一個復(fù)合整體，共同受力，有限傳遞荷載；b）將梁端伸縮縫裝置與橋梁鋪裝層黏結(jié)在一起，保證橋面的平整度和一體化，共同承受輪胎載荷對伸縮縫裝置的沖擊作用，有效傳遞和吸收沖擊能量。

橋梁伸縮縫過渡區(qū)混凝土的有益效果有三點:a）將梁端的伸縮縫裝置受到的荷載，通過過渡區(qū)混凝土傳遞給主梁結(jié)構(gòu)，從而改變伸縮縫裝置的應(yīng)力分布，減少其所受應(yīng)力；b）將梁端的伸縮縫裝置受到的沖擊能量通過過渡區(qū)混凝土傳遞給主梁結(jié)構(gòu)和橋面鋪裝層，減少伸縮縫裝置所受沖擊，能減輕或避免其發(fā)生沖擊破壞；c）伸縮縫裝置的型鋼彈性模量較高，瀝青混凝土鋪裝層彈性模量較低，過渡區(qū)混凝土將兩者模量差異較大的材料黏結(jié)成一體，保證路面的一體化，實現(xiàn)材料模量的均勻過渡，保證路面的平整度、行車的平穩(wěn)性和舒適性。

2 橋梁伸縮縫過渡區(qū)混凝土的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)

我國對橋梁伸縮縫的研究基本都集中在伸縮裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計上，而對橋梁伸縮縫過渡區(qū)混凝土的研究很少。在與橋梁伸縮縫相關(guān)的各類標(biāo)準(zhǔn)中，對橋梁伸縮縫過渡區(qū)混凝土的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)也沒有明確的規(guī)定：在交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JT/T327—2004《公路橋梁伸縮裝置》中，對橋梁伸縮縫過渡區(qū)混凝土的要求是：C40環(huán)氧樹脂混凝土或C50鋼纖維混凝土，還可用C50以上強度等級的混凝土[3]；在交通行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JT/T502—2004《公路橋梁波形伸縮裝置》中，對橋梁伸縮縫過渡區(qū)混凝土的要求是：采用高強度高韌性的鋼纖維混凝土或其他高性能混凝土[4]。這兩個標(biāo)準(zhǔn)對橋梁伸縮縫過渡區(qū)混凝土的要求很籠統(tǒng)，很模糊，除了對抗壓強度有要求外，對其他方面的性能沒有提出明確的質(zhì)量技術(shù)要求。

從橋梁伸縮縫過渡區(qū)混凝土的作用與功能的角度來看，橋梁伸縮縫過渡區(qū)混凝土的質(zhì)量至關(guān)重要，它作為橋梁伸縮縫的重要組成部分，往往是最容易破壞，維修率也是最高的，它直接影響橋梁伸縮縫的運行狀態(tài)和使用壽命，故在橋梁伸縮縫相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)對其做全面的具體的質(zhì)量技術(shù)要求，顯然目前我國對橋梁伸縮縫過渡區(qū)混凝土的質(zhì)量重視不夠，研究不足，標(biāo)準(zhǔn)不完善。

3 橋梁伸縮縫過渡區(qū)混凝土的應(yīng)用現(xiàn)狀

目前我國工程中普遍應(yīng)用的橋梁伸縮縫過渡區(qū)混凝土類型主要有普通混凝土 （如C50及以上強度等級）、鋼纖維混凝土和環(huán)氧樹脂混凝土三類。

普通混凝土是以水泥和水作為主要膠凝材料，將砂、石子、外加劑和礦物摻合料按適當(dāng)比例均勻攪拌、密實成型及養(yǎng)護硬化而成的復(fù)合材料，屬脆性材料，抗壓強度高，但抗折、抗沖擊能力差，因橋梁伸縮縫過渡區(qū)混凝土的工作環(huán)境是直接承受車輪載荷的反復(fù)沖擊作用，對材料的抗折和抗沖擊性能要求較高，普通混凝土難以承受這種工作環(huán)境，故其破損率和維修率很高。

鋼纖維混凝土是在普通混凝土中摻入亂向分布的短鋼纖維所形成的一種新型復(fù)合材料。亂向分布的鋼纖維能夠有效抑制混凝土微裂縫的擴展及宏觀裂縫的形成，顯著提升混凝土的抗拉、抗彎、抗沖擊及抗疲勞性能。與普通混凝土相比，鋼纖維混凝土抗拉強度提高40%～80%，抗彎強度提高60%～120%，抗剪強度提高50%～100%。鋼纖維混凝土因其優(yōu)越的抗拉、抗彎、抗沖擊及抗疲勞性能已成為目前橋梁伸縮縫過渡區(qū)混凝土的主流選擇，應(yīng)用范圍最廣，應(yīng)用比例最大。

環(huán)氧樹脂混凝土是以環(huán)氧樹脂、固化劑、助劑及填料作為膠黏劑，以砂、石子作為骨料，經(jīng)混合成型、固化而成的一種復(fù)合材料，它具有強度高、韌性好、抗沖擊強度大、耐化學(xué)腐蝕、耐磨、耐水和抗凍性能良好，與金屬和非金屬材料黏結(jié)強度高、彌補了水泥混凝土抗拉強度低、抗拉應(yīng)變小、抗裂性小、脆性大等缺點。固化后的環(huán)氧樹脂混凝土對大氣、潮濕、化學(xué)介質(zhì)、細菌等都有很強的抵抗力。作為橋梁伸縮縫過渡區(qū)混凝土，環(huán)氧樹脂混凝土性能優(yōu)勢很明顯，但由于技術(shù)較復(fù)雜、造價較昂貴，環(huán)氧樹脂混凝土應(yīng)用數(shù)量和范圍還相當(dāng)有限。

4 橋梁伸縮縫過渡區(qū)混凝土的研究動向

鋼纖維混凝土和普通混凝土因施工方便，成本低，已成為目前我國最主要的橋梁伸縮縫過渡區(qū)混凝土材料，但從其使用情況和維修情況來看，均未能達到設(shè)計和實際使用年限的要求，有些甚至隔1～2年就需要重修[5]，究其原因有以下幾點：a）鋪裝厚度不夠。國標(biāo)中對過渡區(qū)混凝土鋪裝厚度沒有要求，在國內(nèi)絕大多數(shù)伸縮縫選型、設(shè)計為C型、F型縫，混凝土鋪裝厚度小于15 cm難以承受重載交通碾壓，出現(xiàn)板塊早期開裂、剝離現(xiàn)象。b）混凝土澆筑時間把關(guān)不嚴(yán)。混凝土運距過遠，導(dǎo)致混凝土進入初凝期仍在使用。c）施工質(zhì)量差。施工時振搗不密實或槽口處理不干凈。d）鋼纖維混凝土和普通混凝土均屬脆性材料，抗壓強度雖高，但抗折和抗沖擊能力較差，不太適應(yīng)橋梁伸縮縫頻繁受沖擊的工作環(huán)境。e）混凝土自身黏結(jié)強度低、界面黏結(jié)性能差。鋼纖維混凝土和普通混凝土自身的黏結(jié)強度低，與瀝青混凝土鋪裝層、水泥混凝土梁板、預(yù)埋筋及型鋼間的界面黏結(jié)力差容易形成滲水縫隙。在承受應(yīng)力作用時，黏結(jié)界面容易出現(xiàn)裂縫，一旦開裂，功能就基本喪失，最終導(dǎo)致錨固區(qū)混凝土出現(xiàn)大面積的破壞。

環(huán)氧樹脂混凝土與鋼纖維混凝土和普通混凝土相比，雖然具有較好的抗折和抗沖擊性能，但環(huán)氧樹脂膠黏劑本身脆性較大，必須對其進行增韌改性，才能提高其抗沖擊性能。環(huán)氧樹脂混凝土因技術(shù)難度較大，成本較昂貴，目前在橋梁伸縮縫過渡區(qū)混凝土中推廣難度較大，應(yīng)用較少。

為了提高橋梁伸縮縫過渡區(qū)混凝土使用壽命，降低橋梁伸縮縫的維修或更換頻率，國內(nèi)外科研工作者都在采用各種途徑改進橋梁伸縮縫過渡區(qū)混凝土的綜合性能，研究方向集中在以下幾個方面：a）開發(fā)聚合物改性鋼纖維混凝土或普通混凝土技術(shù)，以提高混凝土的抗折性能、抗沖擊性能和界面黏結(jié)力。聚合物種類有丙烯酸酯、聚氨酯、環(huán)氧樹脂、橡膠和瀝青等。b）開發(fā)高性能混凝土界面黏結(jié)劑，以提高鋼纖維混凝土或普通混凝土與各黏結(jié)界面的黏結(jié)力。c）開展快速維修用混凝土技術(shù)，以提高混凝土修復(fù)效率，縮短開發(fā)交通時間，保證公路通暢，提高其經(jīng)濟社會效益。d）開展環(huán)氧樹脂混凝土配方研究，以降低其成本，提高其經(jīng)濟性，便于其推廣應(yīng)用。e）提高環(huán)氧樹脂混凝土增韌改性技術(shù)的實用性，如采用聚氨酯、聚酯、端羧基丁腈橡膠等可直接參與固化反應(yīng)的液體聚合物改性材料作為增韌劑，或采用橡膠顆粒和橡膠粉作為填充料直接增韌改性，簡化改性工藝，提高改性技術(shù)的可控性。

5 結(jié)語

伸縮縫作為橋梁結(jié)構(gòu)的重要組成部分，提高其質(zhì)量，延長其壽命，做好使用期間的維修保養(yǎng)和更換工作，保持其結(jié)構(gòu)的整體完好性，對保障橋梁結(jié)構(gòu)穩(wěn)固和行車安全都具有重要意義。而橋梁伸縮縫過渡區(qū)混凝土作為伸縮縫最先破壞和最容易破壞的部位，提高其質(zhì)量，保證其作用和功能，延長其壽命，對保證伸縮縫結(jié)構(gòu)的整體完好性起著至關(guān)重要的作用，應(yīng)當(dāng)且必將引起橋梁科研工作者的高度重視，成為今后研究的熱點之一。