【高强混凝土在路面修补工程中的应用】水泥路面高强修补料
时间：2019-02-04 05:38:41 来源：千叶帆 本文已影响人
摘 要：本文重点介绍了水泥混凝土路面损坏原因及形式，并分析了路面修补材料的性能要求、介绍快速修补方法的施工工艺。 关键词：水泥混凝土路面；破损原因；修补材料；修补措施
1 前 言
随着高等级的公路的发展，水泥混凝土路面以其承载能力大、稳定性好、使用寿命长、日常养护费用少等优点，是重要交通公路路面选择的对象。但由于设计不合理、施工管理不严、施工队伍素质差、养护不及时，特别是近年来。随着交通量和汽车载重的剧增，我国水泥混凝土路面结构损坏日益加重。不仅早期建成的水泥混凝土路面接近其使用寿命，而且近年来修建的水泥混凝土路面在未达到其设计年限时就出现了不同程度的损坏。例如，出现大面积破碎、错位、沉陷、断板、更甚者将要断行。随之而来的就是修补，据不完全统计，我国有70%的水泥混凝土路面面临着修补或彻底改造。因此，采用高性能修补混凝土修补和快速修补技术，实际意义巨大。
2 水泥混凝土路面的损坏形式及损坏原因
2.1 裂缝
裂缝形式主要分为表面裂缝、贯穿裂缝、板角断裂三种。表面裂缝的成因主要是由于水泥混凝土早期过快的失水干缩和碳化收缩引起的。
贯穿裂缝的形成分为以下几种原因：第一，水泥混凝土在凝结硬化过程中，会产生干缩、热缩等，如养护不当，或收缩受到限制，在水泥混凝土板块内将产生较大的收缩应力而导致贯穿裂缝的产生；第二，路基处理不匀导致路基支承力不均匀，也会导致贯穿裂缝产生；第三，水泥安定性不良，水泥混凝土强度不足，或板块内活性骨料发生碱集料反应等，在轮载或温度作用下都可能导致贯穿裂缝的产生。
板角是水泥混凝土路面板的薄弱部位，由于侧模的模壁效应，施工时较难保证板角密实，因而板角强度较小，相邻板角若无传力杆，传荷能力也较差，在车轮荷载作用下易产生板角断裂。
2.2 路表损坏
路表的损坏形式可分为填缝料失效及接缝板碎、板面起皮与剥落、坑槽与孔洞、麻面与露骨等，下面简单介绍下这几种损坏形式的成因；第一，填缝料失效及接缝板碎裂主要是由于填缝料在多因素作用下易因老化、脆裂、变形等而失效，因填缝料的失效而导致接缝产生空隙，被泥沙、石屑等杂物侵入，成为板块的伸缩障碍，从而引起板边胀裂。第二，板面起皮主要是因施工中水灰比过大或因施工时表面砂浆有洒水提浆现象所致。第三，砂石含泥量过大，与水泥浆体界面结合较差，容易导致坑槽与孔洞，形成所谓的“排骨”路面，加速损坏。第四，施工时遇雨，破坏了水泥混凝土平整的表面，易导致麻面。露骨则是因水泥混凝土表面水泥浆体含量不足或表层强度不够所引起的。
2.3 板块损坏
路基及基层耐水性差，在水的作用下软化，强度下降，导致支承力不均匀，在行车荷载的影响下导致路面板与基础部分脱空。完整的路面板产生翘起或下沉现象，在接缝或裂缝处，基础中细粒材料可能和水一起挤出，形成唧泥，造成板块的损坏。此外，板块中传力杆失效而导致传递荷载的能力减弱或消失，引起接缝一侧板上产生裂缝或碎裂。还有因路基下陷或唧泥等原因引起路基高度的变化，在接缝或裂缝处的路面形成台阶，从而造成板块的损坏。因此，要采取积极的措施预防板块活动和唧泥、传力杆失效、错台等对板块造成的损坏。
3 水泥混凝土路面修补材料的性能
由于水泥混凝土路面是一种承受频繁交通动荷载反复作用的、裸露于大自然的结构物，因此，用于修补水泥混凝土路面的材料比其它结构物所使用的材料要有更高的要求。因为它不仅受到动荷载的冲击、摩擦和反复弯曲作用，温度和湿度反复变化的影响，而且还要保证它与旧的混凝土相互连接处的粘结性，各种自然因素的长时间影响下的施工和易性，以及综合力学性能不产生明显的衰降，即所谓的耐久性。因此用于修补水泥混凝土路面的材料要具备以下几个方面的性能。
第一，在满足工作性要求的条件下，有较高的抗拉强度。一般规定其坍落度为0~30mm，工作性约30s，初凝时间最多不超过2h，28d抗压强度达到30~35MPa。为了缩短施工期，使混凝土路面提前开放交通，一般要掺入早强型复合外加剂或以快硬水泥做胶结料，以保证早期（1d或3d）强度的发展。
第二，具有良好的抗渗性及耐腐蚀性。由于修补材料的空隙率大小是影响外界水及腐蚀性介质渗入的关键，因此，为了保证材料的密实度，又不影响施工的和易性，一般在修补材料中既要掺入高效减水剂又要掺入超细的活性矿粉，这种“双掺技术”可以综合发挥减水剂的减水效应和超细矿粉的微观填充效应。
第三，具有一定的抗收缩性和较低的热膨胀系数及弹性模量。修补材料的收缩应力及温差应力可导致材料产生裂缝，而较低的弹性模量可提高材料的抗拉极限引伸率，从而提高了材料抵抗变形的能力。这可通过改变修补材料中的胶凝材料成分以达到上述要求。一般可采用膨胀水泥或掺入膨胀剂，使修补材料在凝结后的早期水化阶段产生膨胀应力以抵消材料的收缩拉应力。也可以借助聚合物的特性，采用聚合物改性的水泥混凝土（PMC）或砂浆（PMM）作修补材料，以减小收缩，降低弹性模量。
4 水泥混凝土路面修补材料类型
长期以来，公路部门习惯于采用沥青混凝土对损坏的水泥混凝土路面进行修补。尽管其方法简便，但隐患较多，主要表现为：道路强度不均匀，传荷不一致；使用寿命短；路面平整度差，表面使用功能低；颜色不一致，不美观。而改性沥青虽然性能好，但价格较高。另一种传统的修补方法是将破损的混凝土除掉，新铺上与原设计标号相同或高标号的普通混凝土，这会带来以下问题：收缩大，易导致新老混凝土拉开；水泥混凝土本身粘度低，与老混凝土结合差；新老混凝土间的界面缺陷易使混凝土开裂；养生期长（一般需要14天），这给繁忙的交通运输带来极大的不便，经常造成交通阻塞现象。因此，研发一种既能保证路面修补质量，有能缩短修补时间的高效新型水泥混凝土路面修补材料势在必行。
4.1 硅粉混凝土
对于目前水混凝土路（桥）面常出现的麻面、露石、脱皮、坑槽、错台等病害，从选用普通混凝土的改性材料―硅粉入手，确定具有早强、增强、耐磨、粘结强度高等特点的快速修补路面的新型混凝土。
4.2 再生修补型路用混凝土
在旧水泥混凝土路面改建、扩建和养护维修时，会产生大量的破碎废料，若将其抛弃不仅需要大量的堆放场地，而且还会造成环境污染；同时由于普通混凝土的强度发展较慢，势必大大降低道路的交通流量，造成相关的经济损失。因此，若将废旧水泥混凝土块破碎成再生骨料，用一部分或全部代替混凝土中的沙石，并配制成快修型或早强型的再生混凝土，不但能从根本上解决废弃混凝土的处置问题，而且能尽快地恢复道路交通，具有显著的社会效益和经济效益。
4.3 硫铝酸盐超早强水泥及氟铝酸盐快凝快硬水泥
硫铝酸盐水泥除具有早强和快硬特性外尚有微膨胀、耐硫酸盐侵蚀等性能，其4h强度可达10MPa―25MPa，1d强度可达30MPa―60MPa。氟铝酸盐快凝快硬水泥具有快凝快硬的性能，凝结很快，初凝一般仅几分钟，初凝和终凝间隔很短，一般不超过0.5h，2h―3h的抗压强度即可达20MPa。这两种水泥常用于路面的抢修工程，因其后期强度及性能呈现下降趋势，所以使用范围受到限制。
4.4 高铝水泥
高铝水泥是一种快硬早强型的水硬性胶凝材料，其水化速度极快，强度发展主要集中在早期，后期几乎无多大的发展。高铝水泥水化产物不稳定，容易发生晶型转变，后期强度往往下降。高铝水泥1d抗折强度可达3MPa―5MPa，抗压强度达25MPa―45MPa。
4.5 高铝水泥与普通水泥的混用
高铝水泥与普通硅酸盐水泥混用，凝结时间缩短，甚至有瞬凝现象导致水化过程无法完全进行，28d强度较单独使用任一种水泥都低，但如果比例调配得当，也能收到较理想的效果。
总之，修补材料最主要的功能是应满足新旧水泥混凝土的相容性，另外还要考虑能否节约施工时间，缩短交通封闭期限，以及能否获得最高的性能价格比。因为路面损坏的情况及损坏原因的复杂性，不可能有某种通用的材料适合于所有路面的修补，因此，选择修补材料要做到“量体裁衣”“对症下药”。从目前的各类修补材料的综合情况看，硅粉混凝土系列被认为是最有推广价值的路面修补材料。
5 水泥混凝土路面补修措施
根据不同原因所产生面板断裂或破损具有不同的处理解决方法和措施，现重点介绍几种方法。
第一，水泥混凝土路面板破损或断裂严重，直接影响行车安全，对板缝相邻高差较大，路基和基层变形较小的路段，首先将水泥混凝土路面破碎，采用振碾或强夯的办法压实稳定，(有条件可以采用机械粉碎重新掺入水泥搅拌摊铺)作为加铺路面沥青混凝土基层，面层采用沥青混凝土路面，为防反射裂缝的发生或尽量减小反射裂缝。
第二，路面板纵向破损或断裂严重，基层或路基产生较大变形路段，必须采用全部清除路面板、基层或路基重新补强处理后，重新做路面基层和面层，只有这样才能确保道路的整体质量，保证使用效果良好，以利行车安全。
第三，路面板破损或断裂不严重，只是局部或个别处，基础没有大的变形，可以采用局部处理路面板的作法，即将断裂或破损的板在断裂或破损处采用条带补修，将破损断裂处清除路面板厚度1/3～1/2深，30～50ｃｍ宽，采用扒锔固定，并将四边混凝土刨毛碴，然后重新浇筑高强混凝土。
第四，路面板破损断裂数量较少，基础根本没有变形，使用状态良好，不影响行车安全，可以不破坏整体，采用高强树脂胶粘合的方法，防止路面水渗入影响基层质量，确保整体使用功能，保证路面使用年限。
第五，路面没有破损或断裂，但基础变形较重，可以采用加固基础的方法，面板下注入水泥砂浆，保证和提高基础强度，确保路面板不受破坏，保证整体强度和使用功能。
第六，对于路基变形较重，强度不大，整体处理工程量较大，难度较大的可以采用基础加固的方法，在路基上作碎石桩或砂桩，提高路基整体强度。高填方或旧路帮宽路可以采用网格格栅形式，减少或避免纵向断裂，做路面时可以增加钢筋网，以减少裂缝的发生。
6 结 论
水泥混凝土路面具有刚度大、强度高、稳定性好、使用寿命长等优点，并且我国水泥产量大、分布广、各地均可就地供销。因此，介绍了水泥混凝土路面损坏原因及形式并分析了路面修补材料的类型和性能要求及补救措施，实际意义巨大。
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