道路桥梁和渡河工程中的混凝土加固问题研究
2021-06-22李高王昊
李高、王昊
(中交第三航务工程局有限公司南京分公司,江苏南京210000)
0 引言
在道路桥梁和渡河工程项目的施工过程中,混凝土材料的备料、浇筑及夯实,会被物化因素及地质环境限制,不能及时发挥原有设计方案中的指定功效。部分混凝土材料在施工现场的应用过程中,很容易引发结构裂缝和不均匀性沉降等质量问题。因此,需要及时采取加固措施。
1 道路桥梁和渡河工程中混凝土加固的意义
随着国家基础设施建设的不断完善,道路桥梁和渡河工程作为交通发展中不可或缺的因素,也处于快速发展的阶段。尤其是近年来,道路桥梁和渡河工程的数量飞速增长,为了适应当下的需求,构建结构愈加复杂,规模也不断扩大。混凝土是道路桥梁和渡河工程中的重要组成部分,其质量直接关系着道路桥梁和渡河工程的质量,其制备过程并不是简单的配比融合,因为各种材料配比的先后顺序、配比方法也会影响混凝土的性能和质量。此外,道路桥梁和渡河工程的建设还关系社会经济的发展。因此,在施工中要加强对施工技术、施工质量的要求,重视加强混凝土的加固,这是未来建筑行业发展的必然趋势。
2 道路桥梁和渡河工程中混凝土加固的原则
在众多道路桥梁和渡河工程建设项目中,混凝土是非常关键的施工材料之一,它能够间接影响道路桥梁结构的稳固性及承载能力[1]。在钢筋混凝土结构的道路桥梁和渡河建设工程项目中,施工现场的地理、地质条件并不稳定,因此需要选用科学、合理、安全、可靠的混凝土加固技术方案和结构设计方案。在道路桥梁和渡河工程建设项目中,混凝土结构的加固原则主要有涵盖可靠性、经济性、先进性等。根据道路桥梁和渡河工程建设项目的具体实施内容,混凝土材料集中应用于地基的基础施工、主体桥梁结构施工以及预应力施工环节中,部分施工单位会根据施工现场各个工序的材料应用需求,进行现场备料以及存储管理,保障混凝土的实际应用质量在施工质量管控标准范围内[2]。
因此,在选用各项混凝土加固技术工艺的过程中,需要对各项施工建设要素进行客观评估及定量有限元分析,从而保障混凝土材料的制备成本和实际施工应用成本的可控性、安全性及可靠性。尤其是在地理、地质条件比较复杂的施工区域内,选用先进、可靠的混凝土加固,应建立在全面、可持续施工管控指标的基础上,还需要及时筛查施工现场的各项安全隐患和材料、设备的质量风险。
3 道路桥梁和渡河工程中混凝土稳固性的影响因素
3.1 混凝土碳化
在道路桥梁和渡河工程建设项目中,混凝土材料的实际应用比例相对较高,但混凝土碳化现象会直接影响该材料的整体稳固性,不仅会对备料及浇筑环节造成一定的破坏,还会对后期养护管理工作的效果带来不良影响。很多混凝土结构的原材料中,碱性物质的占比偏高,尤其对石灰石、粗、细骨料、集料等原材料的实际配合比而言,会对混凝土内部结构的稳定性及水化热现象产生一定影响[3]。
通过光谱衍射测试实验,不断优化中心频率处的输入阻抗值及LC参数值,观察不断优化的阻抗匹配电路对光谱衍射强度的影响,根据衍射强度确定最佳阻抗匹配点。在60 MHz~200 MHz的AOTF工作范围内对光谱衍射强度数据进行抽样采集并处理,并将抽样的衍射强度图进行拟合[5-6],最终在优化匹配阻抗下其衍射强度如图8所示,优化阻抗的光谱衍射强度比理论阻抗的衍射强度波坑下降更深,光谱衍射强度越大,则光谱分辨率及成像清晰度越高。
利用放电声音识别来检测高压开关柜绝缘破坏情况,其核心思想是通过对放电声音训练样本进行训练,划分样本空间,完成分类器的设计,从而提高放电声音的识别率,其系统结构图如图1所示。首先,采集高压开关柜绝缘破坏放电声音训练样本;然后对训练样本预处理,提取能量特征和显著性特征作为混合特征参数,划分样本空间,完成分类器的训练;最后,将待测放电声音进行同样的预处理、特征参数提取后送入分类器完成最终的检测识别。经过训练的分类器可以识别出高压开关柜绝缘破坏时的放电声音,从而进行实时故障检测,实时显示高压开关柜的工作状态。
3.2 钢筋腐蚀
2.4.2 重复性试验 取橘叶药材(S14),分别按“2.3”方法平行制备6份供试品溶液,按“2.1”色谱条件进样分析。以橙皮苷为参照峰,各共有峰相对保留时间的RSD<1.0%,相对峰面积的RSD<5.0%。结果表明,方法重复性良好。
一起案件,开庭两次,这种情况不多见,但也绝不少见。但是两次庭审之间,时间跨度达一年之久的,着实不多。这约一年的时间里,李凌所做的就是不厌其烦地翻看卷宗和整理证据,李凌说:“那段时间,我每天就是躺在床上了,脑子里都在回想案情,一想到有什么错漏,我就马上爬起来看卷宗。”
3.3 冻融循环
在道路桥梁和渡河工程建设项目的不同阶段,对混凝土材料结构的加固措施要以防治为核心,参建方应进一步加大工程的检测力度,不仅对施工材料进行进场质量检测,还要前置到材料的采购和运输环节中,逐步形成可溯源的施工质量监管模式。
2.2.3.1 参评因素赋值及隶属函数建立 对定性因素采用DELPHI法划分各参评因素的等级,根据各参评因素等级或实测值对耕地地力及作物生长的影响进行评估,确定其相应的分值及对应的隶属度。对定量因素利用统计分析软件绘制数值散点图,并进行曲线模拟得到参评因素的实际值与隶属度关系的方程,最终构建各参评因素隶属函数。
3.4 氯离子腐蚀与碱骨料反应
在众多道路桥梁和渡河工程建设项目中,施工现场周边区域的水蒸气含量相对较高,部分地区还会与河海等水域相连,因此,海水中的氯离子会直接影响碱性混凝土材料内部分子结构的稳定性,对道路桥梁主体结构的稳固性、安全性及可靠性造成不良影响。例如,某道路桥梁距离海边较近,温度较高时由于海水蒸发,空气较为湿润,氯离子会通过分子扩散与混凝土发生化学反应,进而对混凝土结构产生破坏。
在对混凝土制备原材料进行工程质量检测的过程中,需要合理运用无损检测技术及抽样检测方法,综合预判、识别、分析各类质量风险因素,并对后续加固措施的实际应用效果进行动态监测和模拟分析。加大工程的检测力度,是充分保障工程建设项目顺利投入使用的关键性基础措施。在实际检测过程中,要采集桥梁各部位的材料和混凝土样本进行分析,重视其配比和结构的科学性与合理性。此外,还应观察道路桥梁工程以及渡河工程的混凝土材料的结构、强度是否改变,观察桥梁等工程的损伤、裂缝部位,测量裂缝的深度、范围及密集程度,判断其是否会影响桥梁的整体质量。
4 道路桥梁和渡河工程中的混凝土加固措施
4.1 加大工程检测力度
在很多地理、地貌条件比较特殊的城市和乡村,冻融循环是非常常见的外在风险因素之一,对该地区的土壤地质成分也会造成一定影响。冻融循环现象主要集中出现在我国北方地区,当施工中遇到温差较大的天气或在冬季施工时,会对钢筋混凝土结构的内部物化性能指标和分子运动状态造成一定负面影响,混凝土结构内部原材料配合比存在的差异,也会在具体物化性质层面进一步凸显出来,热胀冷缩、非结构性裂缝等质量问题也会出现。部分施工技术人员会对容易产生冻融循环的工程项目进行整体结构保护和镀膜处理,但是这样并不能完全避免混凝土内部结构的变化。根据冻融循环的物理和化学反应原理,道路桥梁和渡河工程建设项目的钢筋混凝土结构内部的含水量,需要严格控制在合理范围内,并在结构内部和外部分别采取加固保护措施,从而减少质量问题,有效降低冻融循环问题出现的概率。
在众多道路桥梁以及渡河工程建设项目中,钢筋混凝土结构的实际应用比例普遍偏高,因此钢筋的腐蚀问题也非常严重,直接影响了道路桥梁主体结构的稳定性、安全性和可靠性。尤其在较为复杂的施工区域,主体道路桥梁结构的承载力会受到施工材料和机械设备资源的限制和约束,也会间接引起更多的施工质量问题。混凝土中的钢筋一旦漏出,极易在雨水等潮湿环境下发生锈蚀病害,破坏钢筋的镀化保护层结构[4]。钢筋生锈会破坏钢筋内部的金属离子结构,影响钢筋的刚度、弹性模量等数据指标,一旦出现钢筋体积膨胀,就会造成钢筋变形,严重时甚至会出现钢筋断裂的现象,影响桥梁的质量,降低桥梁的使用寿命。根据道路桥梁和渡河工程建设项目中的实际配筋比例,在严格筛选钢筋材料的规格、性能等参数指标的过程中,也会受限于施工现场的环境。因此,在处理钢筋腐蚀问题的过程中,部分施工技术人员会额外配置专用的钢筋保护措施,并保障其表面的干燥及清洁度。但是在实际的使用过程中,也会受到很多外部地质因素的影响。
除此之外,水泥中的碱性硅酸盐凝胶,也有很强的吸水性,容易造成混凝土发生膨胀,甚至导致混凝土碎裂,造成巨大损失。因此,部分施工单位会对施工现场区域内的地质情况进行勘查,对各类施工技术方案和施工材料设备资源进行全面评估及定量有限元分析,从而减少此类质量问题的产生。此外,施工单位还需要避免影响周边水域生态系统的稳定性,在现场制备水泥混凝土等关键施工材料的过程中,应严格管控各类施工材料和设备资源的存储条件,确保氯离子与碱骨料不会产生化学反应。
4.2 选用科学、合理的混凝土加固技术
在道路桥梁和渡河工程建设项目中,施工单位需要选用科学、合理的混凝土加固技术,从内到外有效增强混凝土结构的稳固性、安全性及可控性。很多工程建设项目的施工区域环境并不稳定,因此,在选用混凝土加固技术的过程中,需要对施工技术方案和设计图纸中的相关要求及标准进行客观评估和统计分析,以免影响施工的经济性和安全性。
混凝土材料的碳化现象,与其内部碱性物质的酸化反应直接相关,空气中的二氧化碳及其他酸性物质比例偏高,会直接影响混凝土结构内部的完整性及正常的分子运动。混凝土材料的碳化过程,集中体现在浇筑、夯实以及后期的养护管理过程中,对各类工程结构的稳定性和承载力指标造成负面影响。混凝土材料的碳化现象,还会使内部的力学结构及构件材料再次氧化,对各类金属和非金属材料都会造成一定程度的破坏。混凝土碳化问题,是严重影响道路桥梁和渡河结构稳固性的关键因素之一。
选用科学、合理的混凝土加固技术措施,可以从外部粘贴、加大截面、外包钢等不同的角度进行优化和完善,但要尽量避免破坏原有钢筋混凝土结构的内部分子运动条件以及压力密度指标。选用科学、合理的混凝土加固技术,是保障道路桥梁主体结构的稳定性和抗震性的关键工作,因而需要进一步调整对施工现场环境的综合监管方法,以免影响主体力学结构各项数据参数指标的可控性。
4.3 推广、使用新型加固材料
随着时代的发展,市面上的新型材料越来越多,对其进行合理运用,能实现绿色环保、节约资源、提高施工质量及效率的目标。在道路桥梁和渡河工程建设项目中,推广、使用新型加固材料,能够显著降低施工材料的重复采购成本,保障工程项目各工序的顺利推进,符合经济环保、安全质量等施工管控要求。
新型加固材料,主要涵盖高性能混凝土材料(HPC 材料)、耐久性改善剂、引气剂等,但是这些新型加固材料对混凝土结构所产生的作用存在一定的差异。其中,高性能混凝土材料能够进一步提升钢筋混凝土材料的渗透性,水灰比相对较低,强度指标与耐久性指标的表现力更强劲,能够减少传统混凝土材料的损耗,显著减少凝胶材料与骨料材料之间的缝隙。后两种新型加固材料,则能够对周边水域道路桥梁主体结构的强度产生正向影响力,加强钢筋混凝土的密实性及渗透能力,保障钢筋混凝土结构内部分子和离子的稳定运动。具体来说,耐久性改善剂的运用,能够增加混凝土的耐酸性和抗冻性,并在一定程度上避免混凝土出现干缩情况。引气剂的运用则可以提高混凝土的密度,增强道路桥梁和渡河工程的抗冻性,其更适合应用于北方的工程,具体应结合地域特点灵活运用。
4.4 加强对桥梁的检查和维护
在道路桥梁和渡河工程施工结束后,为了延长桥梁的使用期限,后期的检查和维护非常重要。对桥梁的检查和维护可以从两方面入手:一方面,对桥梁进行综合性检查。维护人员需要结合桥梁的资料和数据详细勘察,并制定系统化的维护与加固方案。在此过程中,维护人员要结合桥梁的用途、材料、性质、当地地质条件、湿度环境等综合考量。比如,维护人员要在桥梁投入使用后,对钢筋混凝土式桥梁的具体质量和混凝土强度进行勘察。勘察时可以使用回弹仪当场测定,也可以在现场收集桥梁样本,带回试验室进行精密检测。除此之外,还应定期对混凝土的腐蚀情况进行检查,如果在检查中发现裂缝、侵蚀、风化等问题,则要结合具体情况分析,找出原因,并提出解决措施。另一方面,还要加强对桥梁的养护工作。道路桥梁和渡河工程占地面积较大,对其产生危害的外界因素和潜在因素较多。因此,对桥梁的养护就显得格外重要,技术人员应结合养护与防治原则,坚持定期开展相关工作。值得注意的是,在养护工作中,要加强对混凝土结构的研究,防止因混凝土结构不符合要求而影响桥梁的使用年限。
5 结语
由于道路桥梁和渡河工程的混凝土工程是非常重要的组成部分,因此需要对其常见的质量问题和安全风险问题进行深入分析,其中混凝土碳化、钢筋腐蚀、冻融循环、氯离子腐蚀与碱骨料反应都是实施混凝土加固作业的主要原因。施工单位需要对以上问题的针对性解决措施进行全面整合,并从加大工程检测力度、选用科学合理的混凝土加固技术、推广使用新型加固材料、加强对桥梁的检查和维护等多个层面进行混凝土加固施工管理工作。