关于水泥混凝土路面修补材料的研究

关于水泥混凝土路面修补材料的研究 【摘要】水泥混凝土路面因强度高、耐久性优良、水泥来源广 而在全国范围内得到迅速发展,路面里程不断增长。但在现代交通及 自然因素作用下,路面早期病害不断出现,其中裂缝最为普遍,对于早 期微裂缝,公路养护部门多采用沥青及环氧树脂等有机材料及时进行 修补,这类材料虽有粘合和封闭作用,但存在着与路面水泥混凝土相容 性差、易老化、造价高、不利于环保等缺陷。针对水泥混凝土路面 早期病害难以修复的现状,本文选择超细及普通水泥作为裂缝修补的 基质材料,并掺加具有柔性和双组分防水及粘结性能的聚合物乳液 S400 及苯乙烯 /丙烯酸脂类共聚物 R161 进行改性,旨在研发与路面混 凝土相容性好、性能优良、施工方便、经济环保的水泥混凝土路面 早期微缝修补材料。 【关键词】路面微裂缝； 开裂机理； 灌浆修补； 粘度； 可 灌性； 柔韧性； 压折比； 抗渗性； 耐腐蚀性； 磨损率 水泥混凝土结构在高速公路、城市道路、桥梁、路缘石及防撞 墙等方面广泛使用。随着使用寿命延长，这些结构表面部分易出现 裂缝、破损及接缝处开裂等病害。针对以上情况，太原路德威尔道 路材料有限公司开发出用以：水泥土混凝土结构病害修补材料、公 路缘石、防撞护栏、水泥混凝土路面修补方法，该方法具有费用低、 维修简单等特点，几年来在全国公路工程混凝土方面获得方泛应用， 取得了良好的经济效益。 第一章、混凝土坑槽修补专用材料及产品的特点 混凝土表面病害修补材料：该种材料由路德威尔公司自行研制 的专门用于混凝土表面的一种道路微表处混合料。该种表处混合料 由水乳状石油树脂，高分子聚合物（水性环氧树脂 A-B 组份材料）， 填料，颜料，抗氧剂等多种成分组成。产品具有如下特点： 1、路德威尔公司自行研制的混凝土病害修补材料主要由水泥、 石粉、乳化沥青及外加剂组成，当用于水泥混凝土表面，凝固后强 度可完全满足混凝土强度要求。 2、路德威尔公司开发的道路微表处混合料与混凝土粘接性能 高，粘接强度达 0.97MPa，耐刷洗次数大于 2000 次，产品按 GB/9755-2001 检测达优等品指标要求。 3、道路微表处混合料中添加了高分子聚合物（水性环氧树脂 A-B 组份材料），防水效果好，可成功防止盐害对水泥混凝土制品 的侵害。 4、可根据用护要求配成不同色泽，色泽鲜艳，不易褪色。 5、施工方便，可采用多种方法施工。 6、产品均为水性涂料，无毒无味，属环保产品。 7、产品经山西省建筑科学研究院按国标 GB/T9755-2001 检验， 检验结论：经检验，该材料所检项目均符合 GB/T9755-2001 标准优 等品指标要求。 混凝土坑槽修补专用材料的组成 混凝土坑槽修补专用材料由彩色乳化沥青、液体 SBS 改性剂、 一定级配的彩色石料、稳定剂及添加剂（水性环氧树脂 A-B 组份材 料）配制而成。 混凝土坑槽修补专用材料的性能 比重 : 约 1500kg/m3 凝固时间 : 2-4 小时/20 与水泥混凝土粘结强度: 0.8N/mm 2 与沥青的粘接强度: 0.4N/mm 2 施工对气温的要求 施工及养生期内的气温应高于 10； 不得在雨天施工。施工中遇雨或者施工后混合料尚未成型就 遇雨时，应在雨后将无法正常成型的材料铲除。 施工对原路面的要求 水泥混凝土施工路面密实度、压碎值必须达到国家道路标准， 如水泥混凝土路面大面积松软，不建议采用挖补式修补方案。 水泥路面灌缝施工 开桶或开袋检查彩色混合料是否正常，在正常情况下，混合 料呈均匀糊状，如发现有少量沉淀，但人工搅拌后可搅匀，则仍可 使用，如发现已明显结团并无法搅匀时，则弃去。 彻底清除缝隙泥土、杂物等，吹干。 沿缝隙灌入高分子彩色混合料（第一次）。一般情形下，灌 两次，第一次破乳并初凝后方可再灌第二次。 一般在次日进行第二次灌缝。观察灌缝表面情况，表面下沉、 干燥、出现细小裂缝后，沿缝隙灌入高分子彩色混合料（第二次）； 初期养护，养护期间禁止一切车辆和行人通行。 缝隙完全凝固，处理表面，刮掉表面洒溢的彩色混合料，保 持现场整洁。 及时开放交通。 第二章、水泥混凝土路面基层病害的处理方案 （一） 、检测 1 脱空检测的必要性 为分析病害产生的原因，以及病害发生的范围和发展的趋势， 为病害治理提供科学的决策依据我公司运用探地雷达和落锤式弯沉 仪对脱空部位进行了全面检测。 工程实践证明，脱空状态下水泥混凝土路面的受力状态是极为 不利的。如图 1 所示，水泥混凝土路面的缝边板角处，由于基础的 脱空，在车辆等外界荷载作用下，面板近似于悬臂梁的工作状态， 将产生过大的弯拉应力，最终将导致水泥混凝土板开裂。 横 缝脱 空 可 能 的 断 裂 图 1 水泥砼板脱空引起的开裂 当水泥混凝土板下产生脱空后，采取注浆或封底是一种行之有 效的修复措施，但这应当是以准确评定脱空状况为基础的。因此， 对使用中的水泥混凝土路面，如能以一定的方法检测板下基础脱空 与否及脱空的程度，及时采取有效的修复措施，以阻止此类结构性 破坏的发展将是极为重要的，这应当是水泥混凝土路面评价和修复 的重点之一。 2、工作内容 在公路探地雷达测试中，主要采用意大利 IDS 公司生产的 RIS 高精度雷达和落锤式弯沉仪进行混凝土路面病害及病害部位确定的 探测。在确定脱空部位后，针对其脱空位置进行板底注浆。 3、检测原理与检测结果分析 目前检测板底脱空的主要方法有探地雷达和 FWD 检测两种方法。 FWD 虽然能判断是否有脱空区存在，但是对脱空区的具体位置判断 却不直观。探地雷达原理简单,能直观的估算出脱空区的位置。但是 测试准确性低于 FWD。因此我们采用了探地雷达和 FWD 同步检测、 分步对比分析数据的方式进行脱空区的判断。 4、雷达图像的分析 在探地雷达测试中，例如翼城东收费广场，我们发现 02 车道板 底脱空比较严重。脱空分为两层，其一是距地面深 20-30cm 处，有 3-6cm 的脱空区域。其二是距地面深 6070cm 处存在 2535cm 的 空洞区域。另外 51 计重泵处也存在严重的脱空。5-2 到 5-4 均为 距地面深 20-30cm 处， 36cm 的板底脱空。如图（ 1） （2）： 图 1 板底脱空与板底空洞 图 2 板底脱空 5、落锤式弯沉仪数据分析 FWD 判断板底脱空的分级标准的确定 我国水泥混凝土路面设计规范 、 公路水泥混凝土路面养护 技术规范 （JTJ073.1-2001）的规定，板底脱空的评价指标为板角 弯沉大于 15（0.01mm） 。该指标是贝克曼梁的静态弯沉指标，在脱 空检测时需要将 FWD 与贝克曼梁进行比对试验，建立动态弯沉与静 态弯沉的相关关系。 在实际运用中，利用 FWD 进行脱空程度判定时借鉴此标准，对 大量的判断为轻微脱空和严重脱空的板块进行 FWD 弯沉的的测试， 总结出了水泥砼路段板底脱空评定的经验标准如表 1 所示： 表 1 基于测定弯沉值的水泥路面板底脱空分级标准(单位：0.01mm) 等级 轻 中 重 标准 715 1525 25 （二） 、板底注浆施工工艺 注浆技术是水泥混凝土路面修补的一种有效措施，已被广泛认 同。但从大量的工程实践可以看出，注浆要取得良好的效果，必须 对各关键环节进行细致研究。面板脱空位置的确定、压浆材料的性 能、压力大小、控压时间等均需严格控制，否则不但浪费人力、物 力，而且可能造成路面的进一步破坏，水泥面板容易产生新的裂缝， 扩大旧的裂缝，路面使用性能下降直至迅速破坏。 1、施工工艺流程图如下： 业主计划及检测数据 按公路施工要求封路及疏导交通 、注浆未达标复注 调浆 2、板底注浆施工工艺 1、布孔 根据实际情况布置注浆孔，一般情况下在路肩边沿先钻孔，每 隔 23 米布设一个做封堵注浆，然后在中间和靠近中央隔离带布设 注浆孔，呈梅花状。 孔位布置并标注 钻机及注浆设备就位 钻孔 注浆 养护 检验合格 开放交通 2、钻孔调浆 钻孔直径为 40mm，钻孔深度为钻穿路面至精加工层 8890cm； 由专门的技术人员调浆，控制好浆液的浓度、流动性、可泵性。 3、压浆 注浆采用单液注浆系统，及将浆液在拌浆桶中预先调制好，用 挤压泵压进，使整个路面板块底部充满浆液，达到均匀加固的目的， 注浆完成后，路面与基层之间的脱空层完全填注密实，整块板底均 有密实的固结体。 4、注浆压力 根据经验值一般灌浆压力控制在 0.4-0.6MPa 之间，要求略抬动 路面砼板块，使整个路面砼板块底部充满浆液，注浆完成后，混凝 土路面与基层之间的脱空层完全填灌密实，整块板底均有密实的固 结体，并保证路面的平整度。 5、配合比的确定 板底脱空的原因，大部分由于路基的自然沉降，地表水通过板 块之间的缝隙渗入到空隙中，重载车通过时，空隙内的水和泥土从 缝隙中被挤出，导致路基与路面板块之间出现空隙。处治此类病害 主要是防止地表水的侵入并对基础进行填充、补强和加固。因此配 合比浆液的结石体经实验证实防水、抗渗性能优越，且该结合体为 弹塑体，足以填补路基与板之间的空隙，且具备与基础相匹配的强 度。 根据水泥混凝土路面的破损实际情况结合我公司多年实际经验， 确定采用水泥乳化沥青添加剂混合料作为注浆材料。水泥、乳化沥 青、保护剂、水按配比混合，所得混合料具有补强、防水特点。属 于半刚性材料，凝结速度快在注浆完成后 46 小时可开放交通。 3、板底注浆过程中特殊情况的处理 1 注浆中断 找出注浆中断原因，尽快解决恢复注浆；如不能立即恢复注浆， 应立即冲孔或扫孔，而后恢复注浆；如冲孔或扫孔有困难，则应松 开止浆塞，上拔注浆管，以免造成注浆事故。 2 串浆 在注浆过程中，如果出现浆液从其他钻孔内流出的现象，可加 大第一序孔间的孔距；适当延长相邻几个序孔先后施工间隔时间， 待前一次序孔注浆的浆液基本凝固后，再开始后一序孔的钻注工作。 3 冒浆 在注浆过程中，浆液沿着裂隙或层面往上串或在路基边坡或路 堑串出的现象，称为冒浆。一般可采用表面堵盖、低压、浓浆、限 流、限量、间歇注浆的方法注注，必要时可在浆液中掺入速凝剂。 4 大量漏失 采用低压、浓浆、限流、限量、间歇注浆的方法处理；必要时， 可注入砂浆或其他充填料先堵大通道； 采用水泥水玻璃或其他速 凝材料。 5 路基瞬间下沉 因浆液配合比的失误，或冒浆、漏浆严重，地基扰动后路面在 轴载的作用下，即可产生瞬间沉降；马上停止注浆、调整水灰比； 用高吸水性材料吸收土层中的自由水；用低压、浓浆、限流、限量 做好帷幕。 第三章、病害表面处理 水泥混凝土路面经过长期行车载荷，容易出现剥落、麻面、坑 洞、翘起、面板隆起、沉陷、接缝边缘破损、错台、板面断裂、角 部断裂、横断开裂、纵断开裂、龟裂等病害。经过调查后，建议采 用进口高分子材料为主的新材料和新工艺对路面病害进行修补、灌 缝处理，之后进行微表处养护，更可对路缘石、防撞墙进行修补美 化。具有速度快、成本低、更加环保、防水防盐害、占道时间短、 延长道路使用寿命等显著特点，能够满足高等级公路各项指标要求。 水泥混凝土修补专用材料由高分子聚合物、液体 SBS 改性剂、 一定级配的石料、稳定剂及高分子添加剂配制而成。专用材料的性 能 比重 : 约 1500kg/m3 凝固时间 : 2-4 小时/20 与水泥混凝土粘结强度: 0.8N/mm2 与沥青的粘接强度: 0.4N/mm2 一、施工前的准备工作 （1）高分子材料、改性沥青材料等进场后，取样对其进行各个 项目技术指标的检测。矿料进场后在料厂使用配料机按照设计配合 比确定的掺配比例进行配料，并把矿料中的超大粒径筛出支去。配 成后的混合料集中堆放，测定含水量，测出含水量单位体积干 容重曲线图。 （2）施工前对机械设备进行严格的检修，确认机械性能稳定良 好后，对车辆进行标定，当矿料含水量发生变化时，根据试验室提 供的含水量单位体积干容重曲线图调整料门开度、细骨料转速 比、用水量。 二、混凝土路面坑槽、裂缝、边角破损等病害修补。 修补施工对气温的要求：（1）施工及养生期内的气温应高于 10；（2）不得在雨天施工。施工中遇雨或者施工后混合料尚未成 型就遇雨时，应在雨后将无法正常成型的材料铲除。 施工对原路面的要求：水泥混凝土施工路面密实度、压碎值必 须达到国家道路标准，如水泥混凝土路面大面积松软，不建议采用 挖补式修补方案。 水泥路面病害修补： （1）封闭需修补路段交通。 （2）清理病害表面和缝隙内的泥土、碎石等杂物，需彻底清理 松动碎石。 （3）坑槽等病害修补需在现场搅拌高分子材料，先在坑槽内均 匀涂装粘合剂，表干后填充高分子修补材料。一般需在次日进行二 次修补。 （4）修补裂缝、工作缝的高分子灌缝材料在现场开桶后直接使 用。沿缝隙灌入高分子混合料，一般情形下灌两次，第一次初凝后 方可再灌第二次。次日观察灌缝表面情况，如表面下沉、干燥、出 现细小裂缝，则沿缝隙第三次灌入高分子混合料即可。 （5）修补后进行初期养护（24 小时） ，养护期间禁止一切车 辆通行。 （6）病害修补完成后，处理表面，刮掉表面洒溢的混合料，保 持现场整洁。 （7）及时开放交通。 三、粘层油喷洒。 为增加水泥路面与摊铺层的粘结性，粘层油采用 PCR 型 SBS 改 性乳化沥青，用智能沥青洒布车进行喷洒，喷洒量在 0.35 公斤/平 米左右。 四、微表处施工 微表处采用 MS-3 型，石料用坚实、耐磨优质玄武岩防滑石料， 乳化沥青用 SBS 改性乳化沥青。材料、施工和技术指标严格按照 （微表处和稀浆封层施工技术指南）执行。摊铺车采用美国 VSS 智 能微表处摊铺车进行摊铺。 施工作业： （1）首先按交通规范要求，摆设交通标志，封闭施工路段交通。 （2）清扫路面，用吹风机吹扫路面，人工配合清扫和铲除路面 上的垃圾，把铲除的垃圾清理出施工现场，保证路面的清洁。喷洒 粘层油。 （3）为了保证路面摊铺的美观、流水顺畅和以后路面标线的施 工，从中隔离带标处向外进行摊铺，根据路面宽度和稀浆封层摊铺 箱的结构特点，确认摊铺宽度，然后施工队员量出摊铺宽度画线来 指导驾驶员的行驶。 （4）把装好料的摊铺机开至施工起点，对准走向控制线，调整 摊铺箱，开动发动机。使摊铺机上各部位进行正常工作状态。 （5）拌好的稀浆混合料流入摊铺箱，当混合料的体积达到摊铺 箱容积的 1/2 左右时，开动摊铺机以 1.2-3.2km/h 的速度匀速前进， 摊铺时应保持稀浆摊铺量与搅拌量基本一致，同时打开摊铺车下边 的喷管，喷水湿润地面。 （6）混合料摊铺后，后面的施工人员应立即使用方底铁锹和橡 胶刮耙进行人中找平。找平的重点是：过厚、过薄或不平处，对超 大粒径产生的纵向刮痕，应尽快清除，把边缘流出的稀浆用橡胶刮 耙轻轻推动填平路面。 （7）当在摊铺过程中，遇到问题时，应立即停止摊铺，问题解 决后再进行施工；当摊铺过程中有漏铺现象，应迅速从摊铺机的出 料口接上稀浆混合料进行修补。 （8）当摊铺机内任何一种材料用完时，应立即关闭所有材料输 送的控制开关，让搅拌筒中的混合料搅拌完，并送入摊铺箱摊铺完 后，摊铺机停止前进。提起摊铺箱，将摊铺机移出摊铺现场，并对 摊铺箱进行清理。施工人员立即对摊铺的剩余料进行铲除，把铲除 的废料装入袋中移出现场。 （9）一车摊铺完后，要把横向接缝修直，以准备下一车的对接， 待下一车来的时候，在横向接缝处铺一张 1-2 米宽的薄铁皮，让摊 铺箱停放在铁皮上，开始吐料，以保证横向接缝的顺直美观，然后 把铁皮上的稀料铲除装袋。 （10）在每天的施工中，实验室要提前做好混合料的含水量测 定，混合料的筛分情况，及时通知机组，来调整摊铺作业车。 （11）完成一个工作日后，统计每天混合料的用量，沥青用量， 计算油石比。 （12）在摊铺过程中要随时检查混合料的摊铺稠度和厚度，稠 度凭经验，检查厚度时用钢板尺插入检查，稀浆摊铺厚度不小于 6mm。 （13）在摊铺完后，根据实验室测定的粘聚力数据和初凝时间， 观测稀浆混合料的成型状况，用胶轮压路机碾压，但压路机不得在 稀浆混合料的路面上调头和扭动，必须开出微表处施工段落，调整 好后再后退或前进碾压。 （14）在初期养护中，严禁一切行人和车辆通行，当摊铺时间 超过 2 小时后可能施行交通。 微表处施工过程验收要求： 项 目 质量要求 验收频率 检验方法 表 观 外观 表面平整、密实、均匀、无松 散、无花白料、无轮迹、无划 全线连续 目测 痕 横向接缝 对接，平顺 每条 目测 纵向接缝 宽度80mm 不平整6mm 全线连续 目测或 3m 直尺 质 量 边线 任意 30m 长度范围内的水平波 动不得超过50 mm 全线连续 目测或直尺 构造深度 TD(mm) 一级公路、高速公路0.6 mm 5 个点/km T0961 摆值 Fb(BPN) 一级公路、高速公路45 5 个点/km T0964 抗 滑 性 能 横向力系 数 一级公路、高速公路54 全线连接 T0965 渗水系数 10ml/ 3 个点/km T0971 厚度 -10 3 个点/km 钻孔、挖小洞 或其他有效方 法 五、路缘石、防撞墙修复 （1）检查并彻底清理工作面，彻底清理松动部分，保留坚固部 分。 （2）在表面均匀涂刷一层粘结剂。 （3）现场配制高分子修补料，分次填充坑洞、抹平。 （4）表面涂刷彩色高分子材料，颜色按照业主指定要求。 （5）表干后修直棱线，施划连接缝。 （6）清扫泥渣和现场。 第四章、质量、安全和环保 1、质量保证措施： 精心组织施工，加强质量控制，保质、保量按期完成施工任务。 严格执行施工规范，严格按照技术要求施工。做好各项质量检验记 录。在施工过程中要认真执行自检、互检、工序交接检验制度。加 强质量控制，对质量事故要严肃处理，坚持三不放过：事故原因不 明不放过、不分清责任不放过、没有改进措施不放过。 1、料场 （1）平整场地。 （2）矿料进场之后，按规格分别堆放。 （3）筛分矿料，把超大粒径的矿料筛出去，并清理出现场。 （4）料场施工人员根据试验室提供的矿料施工配合比用筛料机 进行矿料拌和，混合料级配必须在规范级配范围内。 （5）把拌好的矿料选取一块平整硬实的地方集中堆放。 （6）料场施工人员每天晚上必须用帆布把矿料遮盖，以防止受 潮和下雨。 （7）在进行路面施工，稀浆封层车装料时，装载机必须对矿料 进行翻拌几次，以保证矿料级配、温度和含水量一致。 （8）在装水泥时，料场人员一定要注意，有凝固和结块的水泥 不能使用；要注意在拆除水泥袋时防止废纸等杂物落入水泥仓，堵 塞水泥出料口。 （9）对改性乳化沥青必须定期进行循环，防止离析。 （10）装改性乳化沥青时必须把沥青管插入乳化沥青液面下 2/3 以处，以保证沥青含量一致。 2、机械作业。在每批材料到场时，首先对机械进行标定，如 （细集料的标定，沥青的标定和骨料的标定）然后根据机械标定的 情况确定料门开度，如果更换一批骨料，必须重新标定骨料，来确 定油石比。在摊铺过程中，必须按组合好的摊铺箱宽度进行摊铺， 在摊铺完一车后，必须把摊铺箱清理干净，以免有破乳的材料结块 影响下一车的摊铺。 2、安全目标和安全保证措施 安全目标： 无死亡重伤事故、无倒塌事故、无大型设备损坏事 故、无火灾区事故。 安全生产措施 1 认真贯彻执行安全生产的方针和建设部“一标三规范” ，切实 加强管理