胡邦勝，肖成明，劉貞鵬，劉振華

(廣西交通職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530023)

0 引言

隨著社會經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，混凝土在各個工程領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。現(xiàn)澆混凝土?xí)馐苤車h(huán)境不同擾動的影響，如行車振動等擾動會造成現(xiàn)澆混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞，導(dǎo)致混凝土性能劣化[1]。目前對橋梁進(jìn)行加固和維修施工采取的是封閉或者中斷交通的形式，但現(xiàn)階段我國大部分城市的交通量繁重，封閉交通會給當(dāng)?shù)鼐用駧順O大的不便，造成經(jīng)濟(jì)損失。保持開放交通進(jìn)行施工，勢必會對新澆筑的混凝土的力學(xué)性能和耐久性能帶來一定影響。近年來，國內(nèi)外學(xué)者針對于行車振動對新澆筑混凝土所帶來的影響，通過模擬一些特定的情況進(jìn)行研究，取得了一定的成果。但是行車振動對混凝土的影響較為復(fù)雜，尚未形成清晰的機(jī)理。因此，本文基于國內(nèi)外學(xué)者的相關(guān)成果進(jìn)行綜述，總結(jié)今后的研究熱點(diǎn)方向，為解決開放交通施工目前仍然存在的問題提供一定的借鑒和參考。

1 行車振動對混凝土的力學(xué)性能影響

目前國內(nèi)外的學(xué)者通過室內(nèi)模擬試驗和現(xiàn)場檢測的方式研究了不同振動作用對混凝土的力學(xué)性能影響。蔣正武等[2-3]研究表明，車橋耦合振動頻率提高會加劇混凝土早期離析程度，降低混凝土的均勻性和密實度，在混凝土凝結(jié)硬化早期和后期，行車振動對混凝土性能影響較小；行車振動發(fā)生在凝結(jié)硬化中期時，對混凝土力學(xué)性能和耐久性影響較大。魏建軍等[4]研究了不同的振動頻率、振幅組合情況下的力學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)低頻較小振幅(<3 mm)的振動對修復(fù)混凝土的抗拉性能影響不明顯，在混凝土凝結(jié)硬化中期受到較大振幅(>5 mm)的振動時，修復(fù)混凝土的抗拉強(qiáng)度會有所下降。張煜等[5]研究了振動時間、頻率、幅度以及約束條件對混凝土抗壓強(qiáng)度與彈性模量的影響，結(jié)果顯示：約束條件能夠有效控制橋梁混凝土的振動效應(yīng)；橋梁建造過程的振動對混凝土抗壓強(qiáng)度影響不顯著，而開放交通加固過程中的振動對混凝土抗壓強(qiáng)度影響較為明顯；兩種工況下振動效應(yīng)對混凝土彈性模量影響均不明顯。潘慧敏等[6-8]研究了不同的粗骨料最大粒徑對受擾混凝土強(qiáng)度的影響，發(fā)現(xiàn)粗骨料最大粒徑為16 mm時，早期受擾的混凝土力學(xué)性能顯著降低；粗骨料最大粒徑為20 mm時，對早期受擾的混凝土力學(xué)性能影響較小；臨近初凝和終凝時的振動對混凝土影響較??；振動時間對抗壓強(qiáng)度影響不大，對抗折強(qiáng)度影響比較顯著；另外，受擾混凝土試件存在一定的尺寸效應(yīng)，試件尺寸越大，混凝土受擾后的密實性越差，開口孔隙越多，擾動對飽和面干吸水率、劈裂抗拉強(qiáng)度的影響存在顯著的尺寸效應(yīng)，其中在壓密階段尺寸效應(yīng)最為顯著。國外學(xué)者S Harsh等[9-10]研究了行車振動對新澆筑的修補(bǔ)橋梁混凝土抗壓強(qiáng)度、鋼筋與混凝土粘結(jié)力的影響，結(jié)果表明：澆筑開始的持續(xù)振動使塑性混凝土抗壓強(qiáng)度降低了10%，粘結(jié)強(qiáng)度降低了5.9%，對混凝土的力學(xué)性能產(chǎn)生了不利影響；在開放交通的情況下，坍落度<75 mm的修補(bǔ)混凝土在行車振動的影響下質(zhì)量沒有明顯下降。Issa M A等[11]模擬了行車荷載的振動作用下混凝土橋梁的變形情況，得到以下結(jié)論：行車荷載下的振動作用對混凝土的早期強(qiáng)度影響較為顯著，混凝土澆筑7～8 h時受行車振動作用，會使其產(chǎn)生裂縫。Dunham M R等[12]研究了兩種振動峰值速度和五種起振時間情況下的混凝土力學(xué)性能，發(fā)現(xiàn)振動對抗壓強(qiáng)度影響不顯著，而對抗折強(qiáng)度卻產(chǎn)生了不利的影響，抗折強(qiáng)度最大損失約為8%。

上述國內(nèi)外的學(xué)者從宏觀的角度分析了不同行車振動條件對混凝土的力學(xué)性能影響，對行車振動后混凝土內(nèi)部結(jié)構(gòu)的變化以及影響機(jī)理的分析較少。黃維蓉等[13-15]通過孔結(jié)構(gòu)圖像分析了行車振動對混凝土力學(xué)性能影響機(jī)理，表明混凝土凝結(jié)硬化中期的車橋耦合振動會破壞已經(jīng)形成的水化凝膠物結(jié)構(gòu)，使混凝土產(chǎn)生一定的微小孔隙與裂紋，導(dǎo)致混凝土的力學(xué)性能降低，且隨著振動時間延長，其強(qiáng)度下降越明顯。在初凝前受到低頻、低振幅的振動作用，能夠在一定程度上改善混凝土的孔結(jié)構(gòu)，提高其后期強(qiáng)度，但在初凝前受到較強(qiáng)的(頻率為9 Hz，振幅為8 mm)振動作用，會對混凝土結(jié)構(gòu)產(chǎn)生不利影響。張長江等[16]基于聲發(fā)射技術(shù)，從初始微裂紋角度解釋了早齡期擾動對混凝土力學(xué)性能的損傷機(jī)理；根據(jù)不同的聲發(fā)射參數(shù)進(jìn)行關(guān)聯(lián)分析，發(fā)現(xiàn)混凝土在凝結(jié)初期受振動的頻率越大，產(chǎn)生剪切裂縫的比率有所減少，試件所受損傷越?。徽駝臃仍酱?，產(chǎn)生剪切裂縫的比率有所增加，試件所受損傷越大；混凝土在凝結(jié)中期受振動作用影響，頻率和振幅越大，產(chǎn)生剪切裂縫的比率不斷增大，試件所受損傷越大。

2 行車振動對混凝土的耐久性能影響

從20世紀(jì)50年代開始，混凝土的耐久性能一直都是學(xué)者們關(guān)注的熱點(diǎn)，因混凝土耐久性不足引起的工程質(zhì)量問題也層出不窮，給國家和社會帶來了無法估量的損失。潘慧敏等[17-18]研究了不同受振動階段情況下的抗硫酸鹽侵蝕性能：臨近初凝(貫入阻力值為3.5～11.5 MPa)和臨近終凝(貫入阻力值為19.5～28.0 MPa)的振動對混凝土影響較小，硬化中期(貫入阻力值為11.5～19.5 MPa)的振動會加速混凝土在硫酸鹽侵蝕環(huán)境下的劣化。劉碩[19]采用風(fēng)冷電磁試驗振動臺模擬車橋耦合振動，研究了車橋耦合振動對快速修補(bǔ)混凝土耐久性的影響程度，試驗結(jié)果表明：行車振動對摻加聚丙烯纖維的修補(bǔ)混凝土抗凍性能影響不顯著。陶健[20]通過正交試驗設(shè)計研究了起振時間、振幅、頻率、受振階段對混凝土耐久性能影響，發(fā)現(xiàn)對氯離子遷移系數(shù)、鋼筋失重率、滲水高度、抗壓強(qiáng)度損失率和抗壓強(qiáng)度耐蝕系數(shù)影響最大的是起振時間；車橋耦合振動作用導(dǎo)致混凝土耐久性能降低，對混凝土的抗氯離子滲透性能、抗?jié)B水性能的影響非常顯著。何歡等[21]通過電磁擾動臺模擬不同振幅、頻率組合對硫鋁酸鹽水泥混凝土的性能影響，發(fā)現(xiàn)在振幅為1.5 mm、振動頻率為6 Hz以上的情況下，混凝土的多害孔明顯增加，抗氯離子滲透能力發(fā)生明顯減弱。謝德擎等[22]研究了7個不同起振時間對混凝土抗氯離子滲透性能(RCM)的影響，發(fā)現(xiàn)C30混凝土終凝前1 h受振動，混凝土抗氯離子滲透性能最差；C50混凝土終凝時受振動，混凝土抗氯離子滲透性能最差，RCM值增幅為95%，摻入抗擾動劑能提升普通混凝土的整體抗擾動性能，并提高混凝土抗氯離子滲透性能。

3 改善抗振動混凝土性能的措施

為了改善行車振動對混凝土帶來的不利影響，國內(nèi)外學(xué)者開展了不同種類的抗振動混凝土性能研究。張永娟等[23-24]通過摻入不同外加劑，來改善混凝土的抗振動性能，其研究表明：摻調(diào)凝劑可以大幅縮短混凝土受擾期，調(diào)凝劑摻量越大，混凝土抗擾動性能提高越明顯；摻加抗裂增韌外加劑可大幅降低受擾混凝土表面裂縫面積，明顯提高混凝土的抗擾抗裂性能，但是混凝土的抗壓強(qiáng)度會隨著抗裂增韌外加劑摻量的增加呈下降趨勢，一般不宜用量過大；摻加膨脹劑可以改善受擾混凝土的自愈合率，明顯提高混凝土的抗擾動性能。李昊欣[25]通過加入聚乙烯醇、硫酸鈉等外加劑減小受振動混凝土的抗壓強(qiáng)度損失率，當(dāng)抗裂增韌外加劑——聚乙烯醇摻量為0.03%時，受擾混凝土的單面抗鹽凍能力和抗擾動能力最好；摻加0.5%的早強(qiáng)劑——硫酸鈉可以顯著降低受擾混凝土早期抗壓強(qiáng)度損失率，但早強(qiáng)劑的加入會對抗振動混凝土的耐久性產(chǎn)生不利的影響。

另外，部分學(xué)者為了改善抗振動混凝土的抗裂性能，在混凝土中摻入不同種類的纖維，習(xí)磊[26]在C50抗振動混凝土中加入了鋼纖維和聚丙烯纖維，試驗結(jié)果表明：行車振動作用時間越長，對混凝土骨料分布產(chǎn)生的不利影響越明顯，摻入混雜纖維后，混凝土的離析程度減弱，抗折強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度明顯提升。李利偉等[27]則研究了分別加入PE纖維、摻鋼纖維的混凝土抗振動性能，發(fā)現(xiàn)摻PE纖維能夠顯著提高混凝土的延伸率，大大降低裂縫的平均寬度，抗擾動性能良好，其最佳摻量為2%；摻鋼纖維能夠明顯提升混凝土的抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度，但延伸率極低，抗裂性能差，抗擾動性能差；PVA纖維能夠改善混凝土的延伸率，但裂縫平均寬度大，抗裂性能較差，抗擾動性較差。戴民等[28-29]探討了玄武巖纖維對抗振動混凝土內(nèi)部損傷的影響，研究表明：加入玄武巖纖維能有效改善行車振動對混凝土抗壓強(qiáng)度的影響，加入0.3%長纖維摻量時，混凝土抗振動性能最好。

4 結(jié)語

目前，國內(nèi)外學(xué)者在行車振動對混凝土性能的影響方面的研究取得了一定成果，但是由于試驗條件差異較大，尚存在以下不足：

(1)目前模擬的行車振動參數(shù)研究大多較為單一，未能充分體現(xiàn)實際開放交通情況下行車振動作用對混凝土的影響，需要進(jìn)一步進(jìn)行試驗驗證。

(2)諸多學(xué)者研究表明，行車振動會對凝結(jié)硬化過程中的修補(bǔ)混凝土內(nèi)部造成損傷，形成裂縫，不少學(xué)者摻入外加劑和纖維改善混凝土的抗裂性能，但是針對混雜纖維改善混凝土抗振動性能的情況研究較少，需進(jìn)一步驗證，并深入分析其機(jī)理。

(3)現(xiàn)階段大部分研究主要集中在抗振動混凝土的力學(xué)性能研究，而混凝土的耐久性和長期性能在實際工程中又至關(guān)重要，雖有部分學(xué)者對抗振動混凝土的耐久性能有了一定程度的研究，但行車振動作用對混凝土變形性能影響鮮少報道，因此有必要深入探討其影響。