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(shí)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(duì)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(jiàn)缺陷及產(chǎn)生原因

常見(jiàn)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(shí)里面的空氣連續(xù)排出，此時(shí)如果有氣泡無(wú)法完全排出，則會(huì)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(guò)細(xì)使混凝土過(guò)于黏稠，對(duì)振搗時(shí)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(shí)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(shí)，水蒸氣含量進(jìn)一步增加，使振搗時(shí)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(shí)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(guò)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(shí)間不夠長(zhǎng)都會(huì)對(duì)混凝土排氣造成影響。此外，振動(dòng)順序也會(huì)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(shí)，需延長(zhǎng)振搗時(shí)間。

（6）混凝土坍落度。當(dāng)混凝土的坍落度過(guò)大時(shí)，會(huì)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(shí)，雖然可提高混凝土黏聚性與保水性，但會(huì)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(shí)難免產(chǎn)生一定程度的離析與泌水，其中離析會(huì)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(huì)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(huì)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(jí)配較差、粒徑相對(duì)較大或砂過(guò)粗等，會(huì)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(shí)，混凝土的保水性也會(huì)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(huì)對(duì)拌和物質(zhì)量造成影響，一般Ⅲ級(jí)粉煤灰的泌水程度最重，但I(xiàn)級(jí)粉煤灰則能對(duì)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(shí)，會(huì)影響到混凝土的黏聚性，導(dǎo)致泌水程度加劇；當(dāng)混凝土的坍落度較大時(shí)，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(guò)振會(huì)引起離析與泌水，導(dǎo)致泛砂。在振搗操作過(guò)程中應(yīng)對(duì)振搗持續(xù)時(shí)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(shí)，相同條件下受到的拍打力度較大，當(dāng)拍打次數(shù)較多時(shí)，將在振動(dòng)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(shí)涂刷均勻的脫模劑時(shí)，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(shí)使用的脫模劑顏色相對(duì)較深，則會(huì)使與之接觸的混凝土呈深色，當(dāng)脫模劑涂刷不均勻時(shí)，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(shí)間不足或不均勻時(shí)，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(wú)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(shí)，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(duì)于整體塑性收縮裂縫，其長(zhǎng)度與寬度均相對(duì)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(huì)給結(jié)構(gòu)安全造成太大影響，但伴隨齡期不斷延長(zhǎng)，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(duì)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(huì)引起開(kāi)裂，而且當(dāng)濕度梯度較大時(shí)，開(kāi)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(guò)期的水泥，且同一個(gè)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(shí)，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(guò)程中使用的混凝土配合比砂率為32%，其砂級(jí)配未達(dá)到相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求，含很多小石子。對(duì)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(guò)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(shí)間應(yīng)達(dá)到3min以上。投料過(guò)程中必須做好計(jì)量。現(xiàn)場(chǎng)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(huì)因?yàn)楹扛淖兌l(fā)生明顯變化。當(dāng)砂較為潮濕時(shí)，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(shí)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(dòng)，逐漸向顆?？障兑苿?dòng)，使砂粒不再黏結(jié)，流動(dòng)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(shí)，顆粒將開(kāi)始擠緊，此時(shí)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(huì)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帘砻婀鉂崱⑵秸?，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(duì)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(lái)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(shí)使用的脫模劑不能對(duì)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(guò)大，將導(dǎo)致下層顏色相對(duì)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(duì)混凝土振搗時(shí)間予以嚴(yán)格控制，如果振搗時(shí)間不足，混凝土將無(wú)法達(dá)到密實(shí)，內(nèi)部氣泡無(wú)法完全排出；如果振搗時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，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(shí)，在混凝土不斷凝固的過(guò)程中會(huì)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(duì)混凝土外觀造成影響。對(duì)此，一般振搗時(shí)間按照20～30s進(jìn)行控制，以混凝土不再流動(dòng)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(guò)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(shí)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(guò)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(guò)程有關(guān)，如果拆模時(shí)間過(guò)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(shí)間過(guò)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(shí)進(jìn)行拆除，相當(dāng)于澆筑完成后4d，同時(shí)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(kāi)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(shí)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(duì)于養(yǎng)護(hù)時(shí)間通常需持續(xù)7～14d。在強(qiáng)度沒(méi)有達(dá)到要求的情況下，禁止對(duì)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(shí)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(kāi)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(guò)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(shí)，延長(zhǎng)了橋墩的使用壽命[4]。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，橋梁經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的連續(xù)通車使用后，其混凝土橋墩會(huì)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(huì)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(guò)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(jiàn)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(duì)已經(jīng)產(chǎn)生的缺陷，采取針對(duì)性措施加以修補(bǔ)，以免其進(jìn)一步發(fā)展和加劇。