水泥混凝土路面裂缝缺陷修补应用技术

重庆大学硕士学位论文中文摘要摘

要混凝土是当今应用量最大的一种建筑材料，广泛用于工业与民用建筑、水利、交通、城市建设等工程。混凝土裂缝问题的研究、预防、处理，是一个长期的课题，对混凝土裂缝的成因进行分析、探讨，采取有效措施去抑制混凝土裂缝向有害方向发展是必要的，同时应该对已形成的裂缝进行修补，避免危害结构安全。混凝土道路工程中常出现孔洞、缺边、裂缝等缺陷，其中裂缝是主要的缺陷。这一些缺陷不仅仅是影响路面工程的外观，还严重影响行车的舒适性、安全性。对水泥混凝土路面裂缝进行研究具有重要现实意义。本研究课题在完成对成都市已建成通车的水泥混凝土路面工程所出现的裂缝，孔洞等缺陷进行现场调查的基础上，按照混凝土路面的快速修补和普通修补的要求，进行了室内试验研究工作。前者针对已通车的混凝土路面，后者则针对正在修建的路面混凝土，目的是避免通车后再进行修补。其研究使用材料有快速修补混凝土、普通修补混凝土及聚合物砂浆。试验结果表明：（1）修补混凝土力学性能指标已超过

C30

混凝土等级的要求。特别是新老混凝土界面的轴向抗拉强度已达

2.40MPa

以上，大大超过原定目标（大于

1.0MPa），其界面抗折强度也在5.80MPa

以上，也已超过原定指标及规范要求（大于或等于

4.50MPa）；（2）修补混凝土硬化后4h、8h

抗压强度大于20MPa，能满足快速修补的要求；（3）在快硬硫铝酸盐水泥混凝土修补材料中掺入自配的YCH调色材料，能较好地起到调色作用，避免新老混凝土表面色差。同时，按照有关温度应力理论，根据上述室内试验研究成果所提供的有关材料常数，进行了温度应力理论计算工作。最后在实际工程现场进行了普通和快速修补混凝土现场试验、聚合物砂浆修补现场试验以及注浆修补现场试验，结果表明修补效果良好、施工工艺简单、费用较低。与此同时还对混凝土路面缺陷及现代混凝土路面施工技术质量要求有关问题进行了讨论，提出了提高路面切缝的尖锐度及对裂缝扩展的敏感性的“二次切缝法”工艺。关键词：水泥混凝土，路面，裂缝，修补技术I重庆大学硕士学位论文英文摘要ABSTRACTThe

concrete,

one

of

the

maximal

building

materials,

is

widely

used

in

theengineering

such

as

industrial

and

civil,

water

conservancy,

transportation,

urbanconstruction

and

so

on.

The

research,

prevention

and

disposal

of

concrete

crack

is

along-termtopic.

It

isnecessary

toanalyzeanddiscussthecauseoftheconcretecrack.

Inorder

to

take

efficiently

measure

to

restrain

the

concrete

cracks

to

hameful

direction,

itis

supposed

to

patching

the

shaped

cracks

at

the

same

time.

The

concrete

roadengineering

was

often

affected

by

unsoundness

such

as

cavitation,

imperfect

border,cracks.

AND

the

cracks

are

the

main

unsoundness.

These

unsoundnesss

not

merelyaffect

the

appearance

of

the

pavement,

but

also

the

comfortableness

and

security

ofdriving.

Theresearchontheconcretepavementissosignificantinpractice.Based

on

investigation

of

the

concrete

pavement

which

is

open

in

Chengdu,laboratory

testsarecarriedonaccording

to

therequestsofthefast

andordinary

patchingof

the

concrete

pavement.

The

fast

patching

is

to

deal

with

concrete

pavement

whichtraffic

is

open,

and

the

latter

aims

at

the

building

concrete

to

avoiding

patching

after

thetrafficisopen.

Theresearchusedmaterialsare

fast

patchingconcrete、ordinary

patchingconcrete

and

polymer

mortar。The

testing

result

indicates:

(1)

the

mechanics

propertiesof

the

patched

concrete

has

surpassed

the

rank

of

C30

concrete.

Specially,

the

axialtensile

strength

of

the

interface

of

the

new

and

old

concrete

has

reached

above

2.40MPa,greatly

surpassing

the

preconcert

goal

(>1.0MPa),

and

its

flexural

strength

also

above5.80MPa,

having

surpassed

the

preconcert

target

and

the

standard

request

(≥4.50MPa).(2)Afterhardening

4h

and8hthecompressivestrengthofthepatched

concreteisbiggerthan

20

MPa,

which

can

satisfy

therequest

offast

patching.

(3)

the

YCH

colormaterial,which

is

mixed

into

rapid

sulfoaluminate

cement-concrete

patching

material,

can

takebettereffect

andavoidchromatismontheappearanceofnew-oldconcrete.At

the

same

time,

according

to

the

related

temperature

stress

theoryand

the

relatedmaterial

constant

which

provides

previously,

the

temperature

stress

is

calculated.

At

lastin

actual

project

carring

on

the

ordinary

and

fast

patching

concrete

fieldwork

test,polymer

mortar

patching

fieldwork

test

and

grouting

patching.

It

results

shows

that

thepatching

effect

issogoodaswellassimpleconstructiontechnicsandlowexpense.This

thesis

also

discusses

the

related

problems

of

concrete

pavement

unsoundnessand

construction

technology

quality

of

modern

concrete

.

propose

new

technics

inII重庆大学硕士学位论文英文摘要enhancing

the

cut-slot，acuteness

of

pavement

cracks

and

“twice

cut-slot

method”technics,sensitivetothe

expansionofthecracks.Keywords：Concrete,

Pavement,

Cracks-unsoundness,

Patching,

TechnologyIII重庆大学硕士学位论文1绪论1

绪

论1.1

混凝土裂缝问题混凝土是当今应用量最大的一种建筑材料，广泛用于工业与民用建筑、水利、交通、城市建设等工程。混凝土最大的缺点就是容易出现裂缝，混凝土的裂缝是由于混凝土内部应力作用和外部荷载作用，以及温差、干缩变化等因素作用下形成的。混凝土结构的破坏和建筑物的倒塌，也都是从结构裂缝的扩展开始而引起的[1]。特别是现在预拌混凝土和高性能混凝土的大量应用，使混凝土的各类裂缝显得更为突出。但是，绝对没有裂缝的混凝土是不存在的。因此，对混凝土裂缝的成因进行分析、探讨，采取有效措施去抑制混凝土裂缝向有害方向发展是必要的，同时应该对已形成的裂缝进行修补，避免危害结构安全。1.1.1

混凝土裂缝分类混凝土裂缝根据形成原因、形成时间，总的可以分为以下几类：(1)

结构性裂缝混凝土结构在动力或静力荷载作用下因变形产生的裂缝，称为结构性裂缝（有称荷载裂缝）。造成混凝土结构性裂缝的原因有：基础不均匀沉降、龄期不够过早地承受荷载、过早拆模、超负荷使用、施工控制不当、碰撞作用、设计方面的原因等。这类裂缝必须认真对待，采取措施，保证结构安全[10]。(2)

早期裂缝混凝土早期裂缝多是因为混凝土生产控制、施工过程的振捣和养护引起的。并且多为收缩开裂。混凝土的收缩包括塑性收缩、干燥收缩、温度收缩、碳化收缩。1)

塑性收缩塑性收缩发生最早，在干燥收缩之前，当混凝土还处于塑性阶段，由于新拌混凝土蒸发失水而引起的，此类收缩裂缝常出现于混凝土板、路面、梁等大面积暴露的结构表面，多呈直线形，长度可达

1—2m，深度可能局限于混凝土表面较浅区域，也可能贯穿整个结构。把新拌混凝土暴露于高蒸发速率的环境中是形成这类裂缝的共同原因。新拌混凝土颗粒之间的空间充满水份，当高风速、低相对湿度、高的环境温度和混凝土本身的高温等因素作用时，水从浆体向表面移动，从表面脱水，从而产生毛细管负压力，随着失水增加、负压力亦增大，就产生收缩力，使新拌混凝土浆体产出收缩。当收缩力大于基体的抗拉强度时，在表面就出现开裂[13]。2)

干燥收缩1重庆大学硕士学位论文1绪论干燥收缩最为常见，其主要原因是水份在混凝土开始硬化后较长时间产生的水份蒸发引起的。由于混凝土中骨料的干燥收缩很小，因此混凝土的干燥收缩主要是水泥石干燥收缩造成的。由于混凝土蒸发、干燥过程非常缓慢，产生干燥收缩裂缝多数在一个月以上，有时甚至一年半载，而且裂缝产生在表层很浅的位置，裂缝细微，有时呈平行线状或网状，常常不被人们注视。但是，由于碳化和钢筋锈蚀的作用，干燥收缩裂缝不仅严重影响薄壁结构的抗渗性和耐久性，也会使大体积混凝土的表面裂缝发展成更严重的裂缝，影响结构的耐久性和承载能力。影响混凝土干燥收缩的因素主要有水泥品种用量、用水量、骨料、砂率、外加剂（特别是某些减水剂有增大混凝土干燥收缩的趋势）、掺合料、混凝土的养护（养护不当会增大混凝土的干燥收缩）。3)

温度收缩温度收缩是在混凝土初凝后，混凝土水泥石具有一定强度时，由于相对于混凝土初凝或稍后阶段的温度较低而产生的。其实就是内外温差产生收缩、产生裂缝。4)

碳化收缩碳化收缩是大气中的

CO

在存在水的条件下与水泥水化产物

Ca(OH)

作用生22成

CaCO3、硅胶、铝胶和游离水而引起的收缩。产生收缩的原因在于这些游离水的蒸发。碳化作用必定产生游离水，游离水蒸发时产生毛细管张力，从而引起浆体收缩。碳化作用和碳化收缩均发生在混凝土表面，对碳化收缩影响最大的是混凝土内部的相对湿度。1.1.2

混凝土裂缝抑制如上所述，收缩是混凝土固有特性，特别是流动性混凝土的大量采用，更加剧了混凝土的收缩，裂缝出现的可能性更大。然而也仅仅是可能性，并非必然。但在实际工程中，裂缝确实是大量的存在。究其根源不外乎混凝土材料、施工、养护等原因。抑制裂缝的产生也应当从这三方面入手。(1)

混凝土材料混凝土的强度主要取决于水泥石的强度及其与骨料表面的粘结强度，混凝土的收缩也有很大部分来源于水泥石的收缩，不同品种和质量的水泥，收缩变形值也不相等，混凝土中的水泥用量越大和水灰比（W/C）越大，收缩量则越大。在混凝土内部，骨料对水泥石的收缩起约束作用，骨料含量越大，收缩越小，粒径大者，对水泥浆体收缩的约束大，且达到相同稠度的所需用水量少，收缩也小。需要特别关注的是水泥的细度和骨料的含泥量。水泥的细度越细，水化越快、2重庆大学硕士学位论文1绪论水耗越多，混凝土越易产生收缩、产生开裂。骨料的含泥量过大，会弱化界面结构、降低界面强度，混凝土更易开裂。(2)

施工方面施工方面引起混凝土出现裂缝的原因主要是不正确的振捣方式。不正确的振捣方式造成混凝土分层离析、表面浮浆而使混凝土面层开裂或造成混凝土砂浆大量向低处流淌，致使混凝土产生不均匀沉降收缩。特别是商品混凝土，如果采取二次振捣和多次抹面，让塑性沉降裂缝和干缩裂缝及时愈合。同时，可以消除因塑性沉降而引起的内分层，阻断因泌水而留下的连贯通道，改善骨料界面结构，提高混凝土的强度和抗渗性。(3)

养护方面现场养护不当是造成混凝土收缩开裂最主要的原因。混凝土浇筑后，若表面不及时覆盖、浇水养护，表面水分迅速蒸发，很容易产生收缩裂缝。特别是在气温高、相对湿度低、风速大的情况下，干缩更易发生。所以，完善及时的养护，高温湿养护等工艺可加速水泥的水化作用，减小收缩量，降低收缩裂缝出现的可能性。1.1.3

混凝土裂缝修补混凝土裂缝出现后，为了保证建筑物的安全、改善建筑物的美观和延长建筑物的使用年限，就要对裂缝采取有效措施进行修补。目前，国内外对裂缝修补采用的主要措施有：(1)

混凝土置换法该方法是将严重损坏或失效的混凝土除掉，置换新的混凝土或其它材料。其中置换材料主要考虑其环境适应性、耐久性、耐腐蚀性、弹性模量、强度、热膨胀系数和与基层的结合性能等[23]。目前常用的置换材料有：水泥质混凝土或砂浆、聚合物或改性聚合物混凝土（砂浆）。(2)

表面封闭这是一种在微细裂缝（宽度<0.2mm）的表面涂膜以提高其防水性及耐久性的方法，是一种简单和最普通的裂缝修补方法。通过密封裂缝表面达到防止水分、二氧化碳以及其它有害介质侵入的目的。这种方法的缺点是修补工作无法深入到裂缝内部，不适合有明显水压的裂缝。表面封闭所采用的密封材料因修补目的及使用环境不同而异，通常采用弹性密封胶、聚合物水泥等。(3)

堵漏法常用的堵漏方法有以下几种：1)

化学灌浆法采用化学灌浆材料来处理混凝土形成的渗漏部位，堵漏时采用化学灌浆料、3重庆大学硕士学位论文1绪论快速凝结添加剂和膨胀水泥砂浆配合使用[14]。当需要对裂缝全深度范围注入修补材料，以提高其防水性和耐久性时，化学灌浆是经常使用的方法。2)

嵌缝法“嵌”是指沿裂缝开槽，并在槽中嵌填弹塑性或刚性止水材料，以达到封闭裂缝的目的。一般地说变形缝宜采用弹塑性止水材料，且在迎水面采用塑性止水材料，而在背面则采用弹性止水材料，非变形缝则采用刚性止水材料。弹性密封材料种类有许多，如聚氨酯材料、丙烯酸酯材料、有机硅材料等，应用也较广泛。3)

封堵法“堵”是指对孔洞或缝面的封堵。此法主要用于涌水条件下的裂缝、孔洞或孔隙的快速封堵。使用的材料多为快速堵漏剂，即

PBM

聚合物。PBM

聚合物混凝土系互穿网络高分子材料，具有可在水中快速固化、强度增大迅速、与混凝土和金属粘结强度高等特点，而且它在水中自流平、自密实，同时还可以进行薄层浇筑，适用于水下混凝土孔洞和裂缝的快速封堵[20]。4)

涂膜堵漏法此法是将混凝土表面有渗漏的地方经过处理后，直接在其表面进行防水处理。这种方法适用于混凝土结构在施工时因振捣不密实或漏振而造成混凝土内部不密实的情况，且无法用压力灌浆法（化学灌浆）和嵌缝法处理，常用于大面积的堵漏。对裂缝的抑制和修补处理方式多种多样，还有电化学防护法、仿生自愈合法（材料的自修复）等较前沿的方法。1.2

水泥混凝土路面裂缝问题水泥混凝土路面因其整体性能好、强度高、使用寿命长、维护费用低等优点，在公路和城市道路建设中广泛采用。水泥混凝土路面，不仅会因为混凝土本身的一些特性，还可能由于施工方面的原因，造成路面工程的质量通病，如路面胀缝处破损、拱胀、错台，混凝土板块裂缝，路面纵横缝不直顺，板面起砂、脱皮、露骨等种种病害，这不仅会降低路面的刚度和整体性，也会改变结构的受力情况，缩短混凝土路面的使用寿命，影响着投资效益的发挥。1.2.1

水泥混凝土路面病害现象水泥混凝土路面结构由于设计、施工缺陷，常有局部破损；在长期荷载与自重和自然作用下也会使路面产生裂缝、破损等破坏。主要损坏类型可按损坏模式和影响程度分为五类：(1)

裂缝类主要指纵向横向斜向交叉裂缝，或者角隅断裂，由于板内应力大于水泥混凝4重庆大学硕士学位论文1绪论土的强度而出现，或者由于板的尺寸太大（出现较大的温度翘曲应力），下层稳定性差产生过量的变形使板底脱空失去支撑而出现断裂，施工时切缝不及时也会产生裂缝[12]。(2)

变形类主要指混凝土面板整体并未破坏，但出现较大的竖向位移，影响行车舒适性，类型有路面板错台、沉降；唧泥（产生的原因是填缝料损坏、雨水下渗和路面排水不良，最终导致面板断裂）；拱起。(3)

接缝类主要指与相邻板传荷系统有关的损坏，在相邻板大约

60cm

范围内。类型有接缝碎裂（指水泥混凝土路面板接缝两侧倾斜的剪切挤碎现象）；板的边缘混凝土开裂；填缝料损坏（主要是因为填料脆裂、老化、挤出与板边脱离造成）。(4)

表面损坏类主要指混凝土表面的破坏。类型有：起皮（有称“翻砂”）、剥落；麻面、露骨（或称露石）；表面混凝土松散；表面出现坑槽、孔洞；表面磨光。这类损坏多是由于材料、配合比等原因引起。表面损坏还有表面裂纹与层状剥落，是指浅而细或发丝状的网状裂纹，仅产生在路面表层。在车辆荷载的作用下它会发展为深度6～12mm的表层层状剥落。(5)

其它损坏类主要指路面板损坏修补后的再次损坏。原因是原有病害没有根治、修补质量不能满足要求。形成通车能力后，交通荷载过大，也会造成混凝土路面的破坏。1.2.2

水泥混凝土路面裂缝产生的原因水泥混凝土路面裂缝产生的原因可分为路用材料质量及用量、环境因素（温度、湿度等）、施工质量控制等。(1)

路用材料质量及用量关于混凝土材料的质量和用量对混凝土裂缝产生影响，在前面“1、1混凝土裂缝问题”中已经进行了阐述，在此不再赘述。(2)

环境因素环境因素如风、气温、湿度以及混凝土表面对蒸发起着关键作用，另外还有太阳辐射也在蒸发和混凝土塑性收缩裂缝形成过程起着关键作用，并且在凉爽、潮湿的气候下混凝土也可能出现塑性收缩和裂缝。混凝土路面板的裂缝是由混凝土板的收缩和翘曲引起的，环境条件（温度、湿度和风速等）的不一，造成混凝土板上下失水快慢不一，温度降低引起收缩，混凝土板上下温差产生翘曲等，这些变形的组合在混凝土板与基层间的摩阻力、5重庆大学硕士学位论文1绪论粘结力以及板周边约束下，使混凝土板内产生拉和弯拉应力，这种力超过混凝土板的极限抗拉强度时，即发生裂缝[17]。有资料表明，水泥水化放热在终凝后

12小时的水化热温度可达80～90℃，使内部混凝土产生显著的体积膨胀，而板面温度随着晚上气温降低、湿水养护而冷却收缩，致使混凝土路面内部膨胀、外部收缩，产生拉应力。由温差引起的应力，有资料计算，当混凝土弹性模量

Er=2.5×104MPa，温差达到

30℃时，板中的温度应力能达到

5.9MPa，而一般混凝土的抗拉强度仅为

4.3～5.0MPa，所以，当温差达到30℃时，裂缝就难以避免[2]。(3)

施工质量控制由于施工过程中质量缺陷而引起裂缝的因素，有多个方面：路面基层施工质量；混凝土板切缝时间、切缝深度；养护；“先辐板”施工作用等。1)

路面基层施工质量基层是路面的基础，其强度好坏直接影响混凝土面层的质量。面层要求基层平整、密实、强度一致、稳定性好。但在实际施工中往往由于基层的质量达不到要求造成混凝土面层厚薄不均、收缩时容易在薄弱地方产生裂缝。基层质量造成混凝土面层裂缝的原因有：基层材料配料欠准确、拌和不足，摊铺时基层过干、洒水不足，导致下部混凝土失水过快；因为绝大多数基层本身也是一种由胶结材料胶结而成的具有整体性的结构，所以基层本身产生的裂缝，也要影响混凝土板的收缩和徐变；基层碾压欠充分，密实度达不到要求，局部沉降导致混凝土板断裂；基层的平整度和高程控制不严。平整度差会使混凝土板与基层间的摩擦阻力增大；高程控制不严，混凝土板厚度就不均匀，切缝而形成缩缝位置如果处在板比较厚的地方，混凝土板截面的强度削弱得不够，开裂就会在板中强度薄弱的位置发生、形成裂缝。2)

切缝的时间、深度切缝的作用是缩小混凝土路面板的连续长度，使混凝土收缩时按照人为规定的地方断裂（也就是使混凝土只在切缝处断开），把由收缩和翘曲产生的应力控制在一定范围内。切缝的时间应在混凝土强度达到设计强度的

25～30%时进行，时间过早易松动集料颗粒，缝边不齐，强度降低；时间过晚，混凝土由于温度下降和水份蒸发因板块长度受阻，产生裂缝[16]。由于混凝土的早期强度受温度、湿度影响较大，具体的切缝时间应根据当时的气候、养护温度等确定。切缝的深度一般为路面板厚的1/4～1/5，切缝的深度不够、深浅不一或未切到6重庆大学硕士学位论文1绪论路板全宽，就不能起到切缝的作用，也是导致裂缝和断板的原因。3)

养护混凝土终凝成型后，随着外界温度增高（尤其是高温季节）水份蒸发快，如果没有及时覆盖并充分洒水养护，混凝土失水过快，内部和表面的温差过大，则容易产生干缩裂缝。4)“先辐板”施工一般混凝土路面施工时，为避免错台，混凝土板纵向均设置拉杆。当半辐施工时，要求“先辐板”强制“后辐板”与水平伸缩保持一致，而“后辐板”混凝土早期强度（50h以前）远低于“先辐板”，所以在“后辐板”施工时、“先辐板”还未完全断开，“后辐板”在“先辐板”的牵制下就易在“后辐板”薄弱断面形成裂缝。1.3

水泥混凝土路面裂缝修补技术对于水泥混凝土路面裂缝修补技术的研究与应用，国内外都比较全面、系统，修补方式也多种多样。国外欧美等发达国家对快速修补混凝土路面研究起步较早，目前大量采用快硬早强混凝土修补、在4个小时后形成通车能力的快速修补技术。在国内冶金部，铁道部对混凝土路面裂缝采用过注浆修补技术，同济大学也采用无机盐快硬材料对混凝土路面孔洞、缺角进行修补并取得一定成果，在快速修补混凝土方面，铁道部采用42.5级快硬水泥4h达到20MPa并形成通车能力。对于水泥混凝土道面裂缝的修补，目前采用的修补方式有：化学压力灌浆、表面处理法（超薄混凝土、砂浆罩面）、填充密实法（补偿收缩混凝土修补）等。1）化学压力灌浆修补化学压力灌浆又称注入法，它不仅修补裂缝表面，而且能注入到混凝土内部，对裂缝进行粘合、封闭和补强[7]。常用的化学灌浆材料有：甲凝、环氧树脂、聚氨脂等。灌浆施工主要分为布孔、封缝、压气找补、灌浆、检查等工序。灌浆机具主要有气压式的压浆筒、活塞式揿泵、隔膜式的隔膜泵。2）表面处理修补表面处理修补主要针对混凝土表面较细及较浅的裂缝，或是针对混凝土路面表面较大面积的龟裂、脱皮、起砂、露石等质量缺陷。表面处理修补法主要是用环氧树脂或聚合物砂浆进行表面涂刷或罩面，对于路面脱皮、起砂、露石等质量缺陷，也有采用超薄层混凝土（往往是聚合物细石混凝土或早强混凝土）进行罩面修补。3）填充密实法修补7重庆大学硕士学位论文1绪论填充密实法修补用于修补较宽的混凝土裂缝或是路面掉角、孔洞等。顾名思义，它是采用填充材料进行修补。目前应用较多的填充材料是补偿收缩混凝土，90年代也有采用钢纤维混凝土的，现在多采用柔性纤维并加以早强性能。在所有的修补方法中都考虑了修补界面问题，有的采取表面凿毛，有的采取加入界面剂、提高粘结强度[8]。但是在目前文献中对混凝土修补后是否会产生新的裂缝、以及如何防止形成新的界面裂缝尚无报导。以及对路面修补后，修补层面与其它层面形成的色差问题，也未见报道。1.4

本课题的提出在成都市已修建好的水泥混凝土（以下简称混凝土）路面调查中，发现许多刚修建几年的道路工程中出现了孔洞、缺边、裂缝等缺陷，其中裂缝是主要的缺陷。这一些缺陷不仅仅是影响路面工程的外观，还严重影响行车的舒适性、安全性。对上述混凝土路面缺陷的处理已提到议事日程上。由于这些道路绝大多数交通流量比较大，要对这些工程进行彻底的返修，从时间上、经济上、社会影响上都是不现实的。所以，需要采取特殊的处理方式（如快速修补）来进行处理。同时，通过施工过程的管理和调查，也发现了在水泥混凝土道面浇筑完成后、很短的时间（往往1～2天）内出现裂缝。而且，施工单位和管养单位对混凝土路面裂缝的修补处理方式也各种各样，修补后有的又出现新的裂缝，有的修补界面的色差太明显，修补效果难以得到保证。因此，成都市市政工程管理局下达了对成都市市政道路中水泥混凝土裂缝进行修补的应用研究课题的任务，要求研究达到以下目的：在充分调查的基础上，分析裂缝产生的不同原因，针对裂缝不同形式，提出适合成都地区进行混凝土路面修补方法。对于修补的效果的要求：达到快速修补（对现有交通组织的影响尽可能小）、修补混凝土与老混凝土不出现新的裂缝、新旧混凝土的色差不明显。同时，希望研究结果能对目前水泥混凝土面层施工和裂缝修补起到指导作用。在此基础上确定了以下研究内容：1）试配水泥混凝土路面裂缝修补材料，要求：（1）混凝土强度等级必须满足C30等级的要求；（2）按照常规修补混凝土路面的要求，修补界面处新老混凝土的轴向抗拉（即拉拔）强度应大于1.0MPa；（3）快速修补混凝土要求在夏季4h、冬季8h抗压强度大于20MPa，并形成通车能力；（4）新老混凝土表面色差一致，且界面不被拉裂。2）按照有关温度应力理论，根据室内试验研究成果所提供的有关材料常数，进行温度应力理论计算工作。最后在实际工程现场进行修补现场试验，观察试验效果。8重庆大学硕士学位论文2路面裂缝调查2

路面裂缝调查为了最终达到裂缝的修补效果，对水泥混凝土路面裂缝的调查显得很有必要，从不同的通车年限（使用年限）、不同的路面结构（厚度、面层混凝土强度、不同的基层材料等）、不同的施工季节、交通荷载不同路段等，通过施工单位、监理单位、管理部门进行调查，充分了解裂缝产生的原因、裂缝的表现形式，才能对症下药，达到预期目标。2.1

路面板接缝处开裂情况调查水泥混凝土路面板的接缝形式有三种：一是缩缝，缩缝的间距一般采用

4～6m，为配合长间距胀缝或取消胀缝，则应尽量采用短间距，控制在

5m内，缩缝应尽量窄些，以

5～6mm为宜，缩缝的深度以1/4～1/6水泥混凝土路面板厚为宜。二是纵缝，纵缝有企口缝、平缝两种形式，平缝有设拉杆和不设拉杆两种做法。在调查中发现，无论是企口缝还是平缝，当未设拉杆时，则有局部拉开错台的弊端出现；同时调查发现纵缝间距在5m以上时，容易在板中部发生裂缝。三是胀缝，在现有的水泥混凝土路面中，无论胀缝间距长短，或是在直线、曲线、交叉口、桥头等处，胀缝都有不同程度的破损，多是沿着胀缝两侧板边

50cm范围内板块开裂。在交通流量大、重车多的情况下，裂缝发展迅速，呈挤碎、块状剥落，形成坑槽、台阶，影响行车。在调查中发现，因接缝问题而造成的水泥混凝土路面破损中，因胀缝发生破损的占85～90%，可见胀缝破损现象之严重。在调查中发现，一条城市道路设计为

4

块板、双向

6

车道，路面共宽

30m，水泥混凝土板厚

24cm（实测板厚

22.4～25.8cm），在约

1500m

长的范围内，共设置胀缝缝

16

条，间距

30～120m

不等，未设传力杆。当时竣工验收后因外观好，被评为全国城市道路水泥混凝土路面优质工程。但是通车仅仅一年，该路面中

16条胀缝就有14条破损，破损率高达87.7%。同时，还专门在成都市三环路施工过程中，对于水泥混凝土路面侧面暴露在外的切缝端部裂缝扩展情况进行了调查，其调查结果列于表2.1。从上表中可以看出，切缝端部裂缝的扩展速度相当快，裂缝的宽度有高达25mm的，分析裂缝形成和扩展的原因是切缝时间的过早或过晚，以及切缝口的不平整度造成的。9重庆大学硕士学位论文2路面裂缝调查表2.1

成都市三环路切缝端部裂缝扩展调查结果Table

2.1Theinvestigationresultofcut-slotsidecracksexpansioninthree-ring

highway路段混凝土浇筑龄期3个月端部裂缝扩展（拉裂）平均间距（m）南三环五段北三环二段南三环二段北三环五段54个月15（占45%左右）20（占55%左右）2个月55个月25在北三环二段调查中了解到，当混凝土浇筑

5～6h（最短的时间是

4h）后产生裂缝，原因是白天浇筑好的混凝土，在傍晚下了一场暴雨，此时路面混凝土还来不及锯缝，混凝土就已开裂，且裂缝间距为

4～5m。上述情况以及表

2.1中的调查结果和后面的理论计算结果相当吻合。从对于路面板接缝处的裂缝（开裂）调查情况看，未设胀缝或伸缩缝过窄，以及胀缝间距不能适应路面伸缩需要的，或者在施工过程中切缝时间过早过迟，都会出现接缝质量病害。同时,调查中也发现,接缝处表现出多种形式：接缝碎裂、填料破损、板角断裂、边角剥落、裂缝等。2.2

结构性裂缝调查造成混凝土结构性裂缝的原因有：基础不均匀沉降、龄期不够过早地承受荷载、过早拆模、超负荷使用、施工控制不当、碰撞作用、设计方面的原因等。而造成水泥混凝土路面板结构性裂缝的原因主要是两个方面：一是板底脱空，造成板底脱空的原因是基层施工质量，基层不密实、压实度达不到要求，水泥混凝土面层形成后、因基层沉降、承受行车荷载和混凝土面板自重作用下，混凝土面板就出现裂缝或断裂；二是检查井的影响，在城市道路建设中，地下管线较多，在混凝土路面上预留有各中管线检查口，这些孔口的预留容易在其周围产生应力集中，在设计和施工上如不采取加强措施，则在孔口出发生裂缝的机率很高。在调查中发现，检查井的影响相当大，究其原因，虽然检查井采取了加强措施，但是由于检查井的基层回填质量难以保证（原因是压实机具无法到达检查井周围50～80cm范围内），所以检查井周围开裂机率高达

90%以上，情况相当严重。还有就是检查井周围砌筑砂浆和加强井圈因龄期等原因、造成强度偏低、一上荷载，井周就出现开裂。10重庆大学硕士学位论文2路面裂缝调查比较典型的结构性裂缝如下所述：在成都市东西干道调查中，发现西段内侧快车道中，在一雨水井周围有四条裂缝形成一个矩形状，其长宽间距为

2～3m×4～5m。后来经过查阅竣工资料，通过有关部门及当时的施工监理单位调查了解情况，查实在此雨水井下管道交叉接头处下面正好有一箱式矩形砖混结构基础。而形成矩形状裂缝的原因是：估计当时在井下箱形基础施工回填土时，压实不够密实，随着时间和荷载作用下，因其不均匀沉陷造成的。对二环路的调查中，在东二段混凝土路面发现数条与切缝大致平行方向贯通混凝土浇筑带的裂缝。据现场监理工程师介绍，这些裂缝均是混凝土浇筑完后数十天甚至好几个月后产生的，经分析这是地基沉陷、导致混凝土面板板底脱空、从而引起的结构性裂缝。同时在同地段进行修补混凝土现场试验时，发现有的部位混凝土与基础之间有手掌可以伸进去的缝隙也证实上述分析结果。从裂缝调查结果可以看出，对于混凝土面层结构性裂缝来说，裂缝的处理只是一个方面，根本上须在施工过程中加强基层施工质量控制，注意路面下构筑物（如检查井）周围的回填质量。同时，从调查结果得出，施工质量要求、施工工艺要求都必须按照规范的要求严格进行。因为对结构性裂缝的处理相当麻烦，处理效果也不容易达到保障。2.3

温度应力裂缝调查水泥混凝土路面早期裂缝形成的原因,是由于多种因素影响使混凝土收缩产生的，当混凝土收缩时产生的拉应力大于混凝土的极限抗拉强度时就引起开裂。水泥混凝土生成过程中，水泥和水化合生成水泥石，除体积减小外，还要放出大量水化热，水化热使混凝土内部的温度升高，体积膨胀，而在混凝土表面散热快，温度低，有内外温差产生的拉应力大于混凝土的极限抗拉强度时就引起开裂，一般这种裂缝多为从混凝土表面开始的横缝和斜缝[18]。在黄忠大道的水泥混凝土路面调查中就发现较多的这类裂缝。温度变化时也会造成混凝土裂缝。水泥混凝土是一种复合材料结构，具有热胀冷缩、湿胀干缩的性能。当夏日白天浇筑混凝土时气温较高，空气干燥，到了夜间气温下降，温差引起混凝土路面收缩，从而引起混凝土路面开裂。在二环路西二段水泥混凝土路面调查中，有大约300m长，30m宽的路面中，多处出现了温度裂缝。通过对施工单位的管理人员、监理单位的现场人员了解情况，这段面层是在

7

月中旬浇筑，当时温度高达

34℃，施工完成后、未及时进行洒水养护，所以导致大面积的裂缝。11重庆大学硕士学位论文2路面裂缝调查2.4

传统修复法新旧混凝土破损调查对水泥混凝土路面裂缝等缺陷的传统修复法主要有两大类：一类是填充法，对混凝土破损的部位进行开槽、扩孔，或者先清除表面的松散混凝土，进行修补，采用的材料有普通细石混凝土、钢纤维混凝土、早强混凝土、乳化环氧树脂混凝土、砂浆等；另一类是对裂缝进行灌缝或表面罩面。这类修补往往在工程竣工验收前、由施工单位自行进行修补，或者是投入使用后，由管养单位进行修补，往往修补仅仅是应付当时表面的现象，对裂缝产生的原因、是否会扩展未进行深层次的考虑研究。从调查中发现，传统修复法新旧混凝土破损的表现形式有：新旧混凝土的结合界面出现新的裂缝；修补混凝土自身因收缩等原因开裂；整个修补混凝土剥落、混凝土表面出现坑洞；还有二者的色差情况比较严重。并且，从调查的路段来统计，传统修复法新旧混凝土破损的机率相当高，在已通车的路段的修补

95%以上的又出现了新的破损。这种修补处理方式不仅达不到修补效果，还费时费工，一方面对老的裂缝的处理不利、使混凝土表面的破损更严重，另一方面社会影响也不好。为了验证传统修复法新旧混凝土破损进程，了解传统修复法新老混凝土界面开裂情况，在在东三环路五段、南三环路六段等区段，按传统修复补法，将裂缝两侧混凝土挖去70㎝，再浇筑同等级混凝土，结果发现几乎所有的修补段新老混凝土界面开裂，需要重新修复。2.5

路面翻砂露石孔洞病害情况调查水泥混凝土面层的破损病害种类比较多，也对路面翻砂露石孔洞病害情况进行了调查。由于成都地区混凝土粗骨料全部采用岷江水系卵石（即是碎石也是由大卵石轧制而成），而在以往很长时间内，岷江又是漂木运输通道，年输木量达数十万立方。因此在粗骨料中往往夹带者木屑等杂物，在拌制混凝土后，形成局部孔洞。经调查发现在东三环二段，南三环六段，二环路北二段较为严重，其原因是施工时，骨料供应相当紧张，以至放松了质量控制。这些表面孔洞深度一般1～3㎝，大小也只有3～5㎝。在老成渝路及三环路个别路段，发现有较严重的混凝土表面翻砂，个别部位还有露石现象，其原因是多方面的，有原材料本身的、有施工质量的、有施工工艺的等等。水泥混凝土表面翻砂、露石现象，不仅影响面层的美观，也影响行车舒适性，对路面的耐久性能也有影响、降低使用年限。通过调查，觉得对这些孔洞、表面翻砂、露石的修补宜采用聚合物砂浆罩面。12重庆大学硕士学位论文2路面裂缝调查在后来的现场修补试验中，也证实了这一点。2.6

本章小结水泥混凝土路面的裂缝的表现形式多种多样，造成的原因往往也是多方面。通过对成都市已通车的城市道路和刚竣工验收的一些道路中出现的裂缝进行了充分调查，路面的裂缝从大的方面可以分为几类：1）结构性裂缝：主要表现为板块开裂，造成的原因是基层的沉降、开裂以及检查井和其它构筑物周围的回填质量；2）接缝处裂缝：表现形式较多，有横向、纵向、斜向裂缝，接缝碎裂等；造成的主要是接缝设计位置和接缝施工质量；3）温度因素裂缝：主要原因是混凝土内部和表面的温度差，引起的开裂；4）混凝土表面的孔洞、表面翻砂、露石病害；5）修补破损：由于传统的修补方式而导致新的病害。要对混凝土路面的裂缝进行处理，保证修补效果，就必须分析裂缝产生的原因，根据不同的原因、不同的裂缝表现形式，采取相应的措施。13重庆大学硕士学位论文3

原材料与试验方法3

原材料与试验方法3.1

原材料本试验所用主要原材料有：(1)

水泥采用四川省金顶集团公司生产的“峨眉”牌普通硅酸盐

32.5R

水泥和四川省乐山杨湾水泥厂生产快硬硫铝酸盐

42.5

级水泥，两种水泥所检验各项性能指标见表3.1和表3.2，经检验两种水泥符合国家相应的水泥标准。表3.1

“峨眉”牌普通硅酸盐32.5R的各项性能Table

3.1Eachperformanceof“emei”brand32.5Rordinary

silicatecement细度80um筛凝结时间初凝

终凝117min

210min抗压强度MPa抗折强度MPa品种3d28d3d28d7.8峨眉

P.O.32.5R6.5%22.744.84.7表3.2

杨湾快硬硫铝酸盐42.5级水泥的各项性能Table

3.2Eachperformanceof“yangwan”brand

32.5sulfoaluminatecement凝结时间初凝

终凝抗压强度MPa抗折强度MPa品种12h1d3d12h6.11d3d快硬硫铝酸盐42.5级

44min

119min32.338.144.56.77.2(2)

外加剂1)

膨胀剂用于配制补偿收缩混凝土的膨胀剂，经过材料比选，决定选用成都市青白江外加剂厂生产的UEA

型混凝土膨胀剂。经检测各项性能指标满足

JC476—2001《混凝土膨胀剂》的要求,试验结果见表3.3。表3.3

UEA型膨胀剂的各项性能Table

3.3Eachperformanceof

of

UEA

expansileadmixture凝结时间限制膨胀率14d，水中（%）抗压强度抗折强度细度80um筛余（%）项目（MPa）（MPa）初凝145min终凝7d28d49.77d28d7.2实测指标7.4208min0.0233.85.414重庆大学硕士学位论文3

原材料与试验方法同时，在大量室内试验开始之前，还对该外加剂配制的补偿收缩混凝土进行了一些性能试验，试验结果见表3.4。表3.4

补偿收缩混凝土性能Table

3.4

Theperformanceof

compensatescracksconcrete峨眉

P.O.32.5R内掺纵向限制膨胀率纵向限制干缩率

抗压强度水泥品种项目（10-4）（10-4）（MPa）UEA掺量龄期14d2.790d28d12%混凝土设计等级C30性能指标2.337.82)

促凝剂经过材料比选，决定采用中国建筑科学研究院建材研究所研制的CNL－Ⅱ型混凝土促凝剂，掺量范围（水剂）5～7%，CNL－Ⅱ型混凝土促凝剂是一种配制特快硬混凝土的专用外加剂，它的特性有：配制的特快硬混凝土，4小时抗压强度达到20MPa，抗折强度达到3MPa，能满足快速修补的时间要求。采用CNL－Ⅱ型混凝土促凝剂和快硬硫铝酸盐42.5级水泥配制的混凝土性能见表3.5。表3.5

特快硬混凝土性能Table

3.5

Theperformanceofespecially

fast-hardenedconcrete抗压强度（MPa）坍落度及损失(mm)3h4h8h1d3d初始30分钟后10.321.231.838.441.22516说明：采用快硬硫铝酸盐

42.5级水泥，CNL－Ⅱ型促凝剂（水剂）掺量为水泥重量的

6%，混凝土水灰比0.45，试验温度为20℃。3)

界面修补剂为达到比较好的修补效果，对界面剂的选择决定同样选用中国建筑科学研究院建材研究所研制的

ZV

型界面修补剂。ZV

型界面修补剂是以高分子共聚物为基本原料，掺加适量改性剂、有机助剂配制成的水乳状产品，PH值为6～6.5，粘度为

200～500厘泊。ZV

型界面修补剂对混凝土、砖、石材都有很强的粘结强度，它可以直接掺入水泥砂浆和混凝土中，15重庆大学硕士学位论文3

原材料与试验方法配制成聚合物砂浆和聚合物混凝土，大大增加粘结强度、抗折抗拉强度，提高抗渗性能和变形性能，也可以掺入水泥浆中配制薄层涂料和界面处理浆。(3)

砂采用成都市水泥混凝土道路工程中所较多采用的广汉河砂：细度模数

2.5～2.7，含泥量和泥块含量等性能指标经检验全部符合标准

JGJ52—92《普通混凝土用砂质量标准及检验方法》。(4)

石采用成都市水泥混凝土道路工程中所较多采用的广汉卵石，最大粒径选用两种、分别为

40mm和20mm，含泥量、泥块含量、压碎值、针片状总含量等性能指标经检验全部符合标准

JGJ53—92《普通混凝土用碎石或卵石质量标准及检验方法》。(5)

水室内试验用水采用自来水，其性能指标经检验符合JGJ63—89《混凝土拌合用水标准》。3.2

试验方法(1)

试验方法依据试验方法的选择均参照现行的国家标准或行业标准，主要有：1)JGJ55—2000《普通混凝土配合比设计规程》；2)GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法》；3)GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法》；4)GBJ82-85《普通混凝土长期及耐久性能试验方法》；5)JGJ98-2000《砌筑砂浆配合比设计规程》；6)JGJ70—90《建筑砂浆基本性能试验方法》。(2)

试验方案的设计1)

混凝土试验的设计由于大多数修补混凝土处的老混凝土因龄期较长，一般均在一定程度上强度超过设计强度指标。考虑到施工水平等因素，一般

C30

等级的混凝土实配

28d

抗压强度为38MPa左右，在此修补混凝土

28d龄期抗压强度按40MPa左右配制，其中快速修补混凝土4h抗压强度按略高于20MPa配制，以尽量使修补后新老混凝土的强度接近一些。本研究课题考虑了三种混凝土配合比，即峨眉普通硅酸盐水泥混凝土，峨眉普通硅酸盐水泥+UEA

膨胀剂混凝土、快硬硫铝酸盐水泥混凝土。主要用于填充法16重庆大学硕士学位论文3

原材料与试验方法修补混凝土裂缝缺陷。为了验证界面修补剂的处理效果，避免新旧混凝土修补界面开裂破损，同时还设计进行新旧混凝土粘结的轴向拉伸与抗折试验。其试验方法设计是：成型时先将早已成型的半节旧混凝土试件接缝面打毛（露出粗骨料）冲洗干净，再放入试模中浇筑另一半新混凝土。其接缝面分别采用涂刷

ZV

型界面修补剂与未涂刷ZV

型界面修补剂，进行二者的比较试验。试验内容主要包括抗压强度、抗折强度、受压弹性模量、轴向抗拉强度、极限拉伸值、拉伸变形模量、干缩变形、湿胀变形以及线膨胀系数试验等项目。2)

砂浆试验的设计砂浆试验的设计主要考虑采用硫铝酸盐水泥、加入

ZV

型界面修补剂配制聚合物砂浆。聚合物砂浆主要用于混凝土表面的缺陷（如面层的翻砂、脱皮、局部坑洞、麻面等）罩面修补。试验内容主要包括抗压强度、抗折强度、轴向抗拉强度、拉伸变形模量、极限拉伸值等项目。（3）色差调配试验设计考虑到新的普通硅酸盐水泥混凝土与旧的混凝土有一定的色差，但修补通车后不久，色差便不是很明显，所以对于普通硅酸盐混凝土修补不进行色差调配。但是因硫铝酸盐水泥拌制的混凝土成淡黄色，而与普通硅酸盐水泥混凝土浅灰色相差甚远。这不但对混凝土路面外观带来极不协调的色彩，影响混凝土路面的美观，而且更严重的是由于颜色反差太大，很可能影响到夜晚行车的安全性，因此有必要进行硫铝酸盐混凝土色差调配试验。色差调配试验设计主要考虑采用粉煤灰、YCH、CKQ等三种材料进行调色试验，目的是降低或尽可能避免色差。17重庆大学硕士学位论文4

室内试验及结果4室内试验及结果4.1

修补材料性能试验按照试验方案，本研究考虑利用三种混凝土配合比及一组聚合物砂浆来进行试验，即峨眉普通硅酸盐水泥混凝土，峨眉普通硅酸盐水泥+UEA膨胀剂混凝土、快硬硫铝酸盐水泥混凝土、快硬硫铝酸盐水泥聚合物砂浆。混凝土配合比见表4.1。表4.1

混凝土配合比Table

4.1

Themix

proportionofconcrete每

1

m3材料用量（kg）实测坍

28d抗压落度

强度（㎝）

（MPa）试验编号水泥品种砂率W/C（%）水泥水砂石230.440.403433390393172157625590121311985.54.540.041.3峨眉P.0快硬硫铝酸盐水泥40.380.2037/5406002051206111041/4.0/41.570.9161200注：编号

3

掺加

UEA

型膨胀剂

43kg；编号

2、3

中卵石最大粒径

Dmax=40mm；编号

4

卵石最大粒径中

Dmax=20mm；编号

16

为聚合物砂浆，每

m3

掺入

240

kg

聚合物

ZV

型混凝土界面剂液体。从表

4.1

中的室内试验

28d

抗压强度可以看出，本研究课题所配制的三种混凝土的28d抗压强度较为接近，因而使以后的研究成果具有较好的可比性。针对上述三种混凝土及一种砂浆配比进行了抗压强度、抗折强度、受压弹性模量、轴向抗拉强度、极限拉伸值、拉伸变形模量、干缩变形、湿胀变形以及线膨胀系数试验等项目试验，全部试验结果列于表

4.2

和表

4.3

和表

4.4

中。这里需要说明一点的是，聚合物砂浆试验用砂与上述混凝土用砂采用一批样，只是将砂中

0.30

㎜以下颗粒大部分筛去。该砂浆水灰比为

0.20，看起来偏小，但实际砂浆流动度亦很大，这可能是混凝土聚合物修补胶含有水份对混凝土水灰比的影响造成的。按照试验方案的设计，于此同时还进行了新老混凝土粘结的轴向拉伸与抗折试验，其试件成型时先将早已成型的半节旧混凝土试件接缝面打毛（露出粗骨料）冲洗干净，再放入试模中浇筑另一半新混凝土。试件的接缝面分别采用涂刷

ZV

型18重庆大学硕士学位论文4

室内试验及结果界面修补剂与未涂刷ZV型界面修补剂处理，然后进行二者的比较试验，其试验结果也列入表4.2和表4.3中。表4.2

混凝土力学性能试验结果（一）Table

4.2

Themechanicsperformancetestresultofconcrete(1)试件编号2抗压强度（MPa）压缩弹性模量(104MPa)

轴向抗拉强度（MPa）水泥品种4h8h24h3.87d28d4024h1.561.482.617d28d3.213.172.832.902.9824h0.380.382.17d28d2.613.003.183.112.581.622.462.1峨普峨普+UEA硫铝酸盐硫铝酸盐硫铝+色素硫铝+界32.733.236.739.637.12.642.612.662.712.762.052.452.5533.841.341.543.240.8421.3

30.831.936.239.336.44-14-24-34-42-12-23-13-230.22.181.071.99硫铝无界峨普+界峨普无界峨普+UEA峨普+UEA+界2.4637.236.760.942.338.770.91.442.423-3

峨普+UEA无界284-14-24-316硫铝+色素硫铝+色素+界硫铝+色素无界硫铝砂浆28.436.344.92.591.452.332.3932.6表4.3Table

4.3Themechanicsperformancetestresultof

concrete(2)极限拉伸值（10-6）

拉伸变形弹性模量(104MPa)混凝土力学性能试验结果（二）试件编号2抗折强度（MPa）28d5.66.26.36.46.24.45.84.26.06.35.05.85.9水泥品种24h7d7728d8424h7d28d3.333.333.103.143.123.183.243.463.461d7d4.95.15.85.95.73.24.43.55.15.44.15.45.4峨普峨普+UEA硫铝酸盐////2.872.792.86384934103105110107116118119542.784-14-24-34-42-12-23-13-23-34-14-24-316硫铝酸盐5.25.25.3硫铝+色素硫铝+界104462.752.98硫铝无界8196峨普+界71峨普无界86峨普+UEA峨普+UEA+界峨普+UEA无界硫铝+色素硫铝+色素+界硫铝+色素无界硫铝砂浆51783.183.48103662.742.472.431.714.85.4981525.65.719重庆大学硕士学位论文4

室内试验及结果表4.4

混凝土干缩与湿胀变形试验结果Table

4.4

Thedry

shrinkageandwetbulgedistortionofconcrete干缩值(10-6)

湿胀值(10-6)线膨胀系数试件

水泥编号

品种4h

8h

24h

3d

7d

14d

28d

4h

8h

24h

3d

7d

14d

28d

(10-6/ºC)234峨普峨普//////102

142

204

316//59

67

78

83

888.958.86103

157

224

321

132

138

147

164

182

187

193+UEA快硬硫铝

151

230

311

400

459

496

555

66

75

83

160

216

248

285

14.41注：①

试件编号对相应的配合比；②

表中“/”因抗拉强度太低变形未测出；③

表中的“色素”是指为调整新旧混凝土色差，课题选用的掺加材料；④

表中的“界”是指在混凝土中加入了

ZV

型界面修补剂；“无界”指未加入

ZV型界面修补剂⑤

砂浆的部分试验项目参照了水泥混凝土试验标准进行。室内试验的目的是通过试验，确定现场修补试验所用的材料及配合比，从室内试验资料和试验结果进行分析，可以看出以下几点：1)

从表中可以看出，本课题所设计的混凝土配合比较为合理，其早期（4h、8h）及

28d

强度符合原来设想，其抗折强度也明显超过C30

混凝土设计强度

4.5MPa的要求，可以用作现场试验混凝土配合比；2)

编号4#快硬硫铝酸盐32.5级水泥混凝土中所用骨料最大粒径为20㎜，故水泥每立方用量偏多，故其干缩值偏大，考虑到工地现场一般修补混凝土部位最小线形尺寸均远远大于20厘米，故在实际使用时，考虑采用二级配混凝土（最大粒径分别为Dmax=40㎜和Dmax=20㎜）；3)

对于膨胀剂UEA：掺加混凝土膨胀剂

UEA后，在本次配合比试配过程中，混凝土水灰比减少

0.04，胶材总用量增加

46kg/m3；与未掺膨胀剂

UEA

的混凝土相比较，它的膨胀量

7d

增加了

133%，28d

增加了

119%，其膨胀效果较好。但是在抗压强度方面并不像所有厂家介绍的可以等量代替水泥使用，本次试验结果在净增加了

12%左右的胶材（含

UEA）用量后，其各龄期混凝土抗压强度才与未掺UEA

混凝土的抗压强度相同。这一点在现场修补时必须充分考虑到，避免修补混凝土强度偏低；4)

从表中可以看出，掺

UEA

膨胀剂混凝土与未掺的混凝土各龄期的干缩值大致相同。掺

UEA对混凝土的干缩影响不大，但在潮湿养护下，其产生的膨胀变形则十分显著，这对防止新老混凝土界面开裂十分有利。因前者胶材总用量增加20重庆大学硕士学位论文4

室内试验及结果了12%左右，一般胶材用量多者混凝土的干缩值亦大。故实质上掺加UEA膨胀剂有降低混凝土干缩的作用。而各龄期的膨胀值较未掺者增加了

1倍以上，说明

UEA膨胀剂对混凝土膨胀效果作用较大，这对防止新老混凝土界面开裂是有利的；5)

从表中可以看出，快硬铝酸盐水泥混凝土的膨胀性能较普通水泥混凝土大了3倍多，较掺

UEA膨胀剂的普硅水泥混凝土大了50%左右，同龄期（7d，28d）的极限拉伸值均较峨眉普硅水泥混凝土大

20%左右。分析这是因为快硬硫铝酸盐水泥自身的特性所决定了的膨胀特性，至于极限拉伸值增高则是因为其水泥用量高于峨眉普通硅酸水泥混凝土的水泥用量，故混凝土的极限拉伸值亦大。4h后抗压强度大于20MPa，能满足快速修补的技术要求。4.2

混凝土色差调配试验本课题任务下达时，明确提出了必须考虑和消除修补后新旧混凝土的色差，在试验方案设计时，也考虑到新的普通硅酸盐水泥混凝土与旧的混凝土有一定的色差，但修补通车后不久的色差不是很明显，所以对于普通硅酸盐混凝土修补不进行色差调配。因快硬硫铝酸盐水泥拌制的混凝土成淡黄色，而与普通硅酸盐水泥混凝土浅灰色相差甚远。这不但对混凝土路面外观带来极不协调的色彩，影响混凝土路面的美观，而且更严重的是由于颜色反差太大，很可能影响到夜晚行车的安全性，因此有必要进行快硬硫铝酸盐混凝土色差调配试验。在试验方案设计时，预计选用粉煤灰、CKQ、

YCH

等三种材料来进行调色试验，其中

CKQ、

YCH

两种材料是利用市场上所售的几种色粉、加入其它材料混合配制而成的材料，然后根据试验结果确定最终的调配材料。首先选用粉煤灰进行试验，因为修补混凝土对混凝土的早期强度要求较高，为保证混凝土的早期强度，粉煤灰掺量控制在

15%的范围内。在调配硬化后，进行色差的目测和强度试验，发现颜色偏深、强度有所降低，所以否定了利用粉煤灰来进行调色。其次选用CKQ材料进行了不同掺量的调配试验，试验结果也不理想，同样否定了利用CKQ来进行调色。最后采用

YCH

进行了不同掺量的调配试验。试验结果表明采用

YCH

材料选用不同的最佳掺量后，能达到与峨眉普硅

32.5R水泥混凝土和快硬硫铝酸盐水泥混凝土目测基本一致的颜色。其后用该掺量比例掺入混凝土中，再进行混凝土力学性能试验，试验结果列于表

4.2、表

4.3

中。从该表中的试验结果可以看出，所有的力学性能试验项目的试验结果，调色后的混凝土性能与未调色的混凝土性能相比较，性能相同或者基本相同，所以在现场路面混凝土的修补过程中的调配色差21重庆大学硕士学位论文4

室内试验及结果就直接利用这种材料。4.3ZV型界面剂界面处理性能试验本课题研究的目的中有一个要求是要处理好修补界面，避免修补的新旧混凝土界面开裂。为了验证使用的

ZV

型界面剂的粘结效果，进行该界面剂的有关性能试验。本次课题中对

ZV

型界面剂的使用有两个方面：一是配制聚合物砂浆，二是对修补混凝土界面进行处理。(1)

配制聚合物砂浆对

ZV

型界面剂性能试验中，采用了峨眉普通硅酸盐

32.5R

水泥和硫铝酸盐32.5

水泥来配制砂浆。分别进行了抗压强度、抗折强度、粘结强度、弹性模量试验，结果见表4.5。因为使用快硬硫铝酸盐

42.5

水泥的目的是进行快速修补，所以试验龄期选择3天。试验配合比为：水泥：中砂：ZV

型界面剂：水=1：2.5：0.4：0.20。表4.5聚合物砂浆性能试验Table

4.5

Theperformancetestofpolymermortar龄期（天）28抗压强度（MPa）27.5抗折强度（MPa）7.9粘结强度（MPa）2.8弹性模量（MPa）8.9×103水泥品种普通硅酸盐32.5R快硬硫铝酸盐42.5水泥326.18.83.19.3×103(2)

配制界面处理浆用

ZV

型界面剂配制界面处理浆作用有两个方面：一是用于混凝土表面涂膜、装饰和封闭细裂缝；二是用于增加新旧混凝土界面强度，代替凿毛处理的传统作法。试验时主要测试其抗折粘结强度。配制时，水泥同样选用峨眉普通硅酸盐

32.5R水泥和快硬硫铝酸盐42.5水泥。试验结果见表4.6。表4.6Table

4.6Feltstrengthoftheinterfacegrout抗折粘结强度（MPa），25℃界面处理浆粘结强度界面处理浆水泥水泥：ZV（重量比）4h0.31.36h0.71.58h1.31.91d2.42.82d2.73.23d2.93.4普硅水泥硫铝水泥1：0.81：122重庆大学硕士学位论文4

室内试验及结果(3)

为进一步了解

ZV

型界面处理剂的性能，进行了下列试验，试验结果见表4.7。表4.7ZV

型界面剂其它性能试验Table

4.7OtherperformancetestofZVinterfaceadmixture试验项目实测值（MPa）试验方法参GB7124参ISD-679参ISO