【论水泥路桥路面的快速修补技术8700字（论文）】

论水泥路桥路面的快速修补技术摘要水泥路面以其强度高、承载力大,对路面基层和底基层强度要求低,在公路和桥梁建设中得到广泛应用。然而,由于水泥混凝土的脆性和温度敏感性,这种路面和桥面需设置各种接缝,所以水泥路面一旦开始出现局部损坏,若维修不及时或养护不当,会进一步加剧水泥混凝土路面的破坏。加之近年来公路超速超载情况愈加严重,使得水泥路面过早的出现破坏,并且损坏后修复十分困难。本文主要通过混凝土混合料、外加剂、配合比设计等方面介绍快速修复技术在桥梁路面中的应用，并指出我国的快速技术的发展方向。关键词：快速修复；桥梁路面，外料配比目录TOC\o"1-3"\h\u175651、绪论 375141.1研究目的与意义 3163731.2国内外研究现状 445181.3快速修复技术标准 5287312、水泥混凝土路面病害调查 663842.1水泥混凝土路面的病害类型 6212842.2水泥混凝土路面断板破坏原因 6170253、水泥混凝土桥、路面的快速修复技术 7106673.1水泥 7263283.2外加剂 7245793.3配合比设计 821444、钢纤维混凝土用于路面断板的快速修复技术研究 886714.1钢纤维的种类 9294544.1.1切断钢纤维 9261584.1.2剪切钢纤维 9229704.1.3熔抽钢纤维 9218854.1.4切削钢纤维 9264804.2钢纤维对混凝土的增强机理 10185854.3钢纤维混凝土的施工工艺 10112704.3.1搅拌 10187374.3.2运输 10181164.3.3铺筑 1132014.3.4振捣 1117564.3.5整平与饰面 11246484.3.6抗滑构造 1214589结论 121186参考文献 121、绪论1.1研究目的与意义随着公路交通事业的迅速发展,水泥混凝土路面由于其强度高、刚度大、扩散荷载能力强、稳定性好等优点,在我国得到了长足的发展。据交通部公路司公布的统计数据,截至到年底,我国有铺装路面万公里,其中水泥混凝土路面万公里。水泥混凝上路面的迅猛发展,极大地促进了公路交通事业的蓬勃发展,提高了我国公路路面质量,增强了公路的抗灾能力,改善了公路行车条件以及提高了客货运输效益。然而,我国公路水泥混凝土路面在使用过程中存在着非结构性损坏磨耗、麻面、露骨、剥落、磨光、接缝材料损坏、坑槽、孔洞等与结构性损坏严重裂缝、断板、沉陷、错台、碎裂、拱起等等问题,严重影响了公路使用质量,使得养护工作越来越重,养护费用逐年增加。目前,国内水泥混凝土路面的修复大都采用普通水泥混凝土进行修复,此种方法存在着养生期长、对日常交通影响大等缺陷,而且挖除后的混凝土板,往往造成旧混凝土板块的大量废弃,对沿路的周边环境带来消极影响。因此研发快速、高效的水泥混凝土路面修复材料和技术,同时,解决旧水泥混凝上路面板的再生利用问题是水泥混凝上路面修复过程中堕待解决的问题。1.2国内外研究现状目前,从国内外的研究现状来看,水泥混凝土路面断板的快速修复材料及修复技术主要有以下几个方面：（1）普通水泥混凝土和砂浆用普通水泥混凝土修复路面断板最大缺点在于养生期长、对交通影响大。此外，用普通水泥混凝土进行薄层修补,还存在相容性的问题,主要体现在以下几个方面①新浇注的混凝土收缩明显比旧混凝土大,容易导致收缩开裂②水泥混凝土本身粘度低,与旧混凝土结合差③新旧混凝土间的界面缺陷使混凝土易产生疲劳开裂。（2）特种水泥近年,国外在特种水泥方面也做了很多工作。如日本的“一日水泥”,英国的“Swiftcrete”，德国的“Draifach”水泥,，意大利的“Supercement”水泥等等。目前国内主要特种水泥包括①快硬硅酸盐水泥。其干缩大,新旧混凝土粘结差、水化热高②高铝水泥。其后期强度会出现倒缩,易发生晶型转变与体积变化③硫铝酸盐和铁铝酸盐水泥。具有一定的膨胀性、抗硫酸盐腐蚀的性能,但后期强会有倒缩,且分布不广泛,不易保存④磷酸镁水泥。有足够的凝结时间,较快的硬化速度和早期强度,但缺乏深入研究,生产和应用均不是很广泛⑤碱硅水泥。能较好地满足快速养护要求,且己有两种产品得到市场的认可。（3）复合修补剂美国新泽西州南部曾在做295与州际公路（1-295）沥青罩面层之前,采用了无氯的促硬剂制备的快硬混凝土,用于混凝土路面的全厚修补。上述修补路面可以保证在养生1一3d后通车,取得了良好的经济效果,但对路面的耐久性尤其是抗磨性未有研究。在国内,江苏省建筑科学研究院研制的JK系列混凝土快速修补剂,系以无机材料为主的新型复合材料,不仅具有快硬早强的特点,而且收缩小,与老混凝土色差小、粘结力强、耐磨、耐久、施工方便,是目前国内陛能最优、价格最低的水泥混凝土快速修补材料之一。西安交大的职雨风等研制出由硫铝酸盐、铝酸盐、硅酸盐及高效表面活性剂复合而成的Hw系列超早强修补剂,其早期强度高,且初凝时间能满足施工要求。（4）聚合物砂浆与混凝上在国外,美国、日本等国己普遍采用掺有聚合物的水泥砂浆剂,以合成聚合物和焦油为主的油灰胶泥进行路面较宽裂缝的修补。在国内,应用聚丙烯醋酸乳液砂浆进行薄层修补的路面工程有宁杭公路、扬州一级公路等,但这种材料还没有得到广泛的应用,有待进一步深入的研究。（5）纤维增强混凝土目前用于修复的纤维增强混凝土有钢纤维增强混凝土、碳纤维增强混凝土和合成纤维增强混凝土。目前植物纤维增强混凝土已经有一些应用,聚合物水泥混凝士的应用也比较多。钢纤维混凝土是一种性能优良的新型复合材料,与普通混凝土相比,其抗拉、抗弯、抗裂及耐磨、耐冲击、耐疲劳、韧性等性能都有显著提高。它可减薄面层,缩缝间距加大,改善路面的使用性能,延长路面使用寿命。在公路水泥混凝土路面断板快速修复中拥有广阔的应用前景,针对我国公国水泥混凝土路面所处的不同区划开展应用性研究具有重要的现实意义。（6）硅粉混凝土硅粉是一种火山灰性极强的掺和料,其早期强度高、后期强度发展良好,新旧混凝土之间粘结良好。将其用于混凝土桥面或路面修复工程,可较快开放交通,且修复后的结构物强度发展稳定、耐久性好。开展硅粉混凝土用于水泥混凝土路面的快速修复项目研究,对提升我国公路水泥混凝土路面断板的快速修复技术,改善我国水泥混凝土路面的使用质量具有重要的作用,同时也会产生良好的经济和社会效益。1.3快速修复技术标准国内对快速修补材料的研究中普遍以控制抗折强度作为控制开放交通的指标,范围约在3.0一3.8MPa之间。美国公路战略研究计划（StrategicHighwayResearchProgram）中混凝土研究项目的专题研究成果提出修补区混凝土（圆柱试件和梁弯曲试件）的最小强度须达到中心点抗弯强度2.1MPa,三点抗弯强度1.7MPa,或抗压强度6.9~13.8MPa时即达到通车标准,换算为立方体抗压强度约为12.3~17.0MPa。《公路水泥混凝土路面养护技术规范》规定用于板块修补的混凝土材料应在24h内达到原板设计强度的70%以上,48h内达到原板设计强度。即混凝土抗折强度要达到3.5MPa（原板设计强度为5MPa）或3.15MPa（原板设计强度为4.5MPa）。目前国内混凝土路面快速修补普遍以抗折强度作为开放交通控制强度,范围约在3.0~3.8MPa之间。综合考虑《公路水泥混凝土路面养护技术规范》的要求以及在借鉴前人的研究成果的基础上,本课题提出适合街州地区水泥混凝土路面快速修补以混凝土试件的3d抗折强度为作为主要控制指标,要求混凝土试件的3d抗折强度达到5.5MPa以上。以混凝土试件的3d抗压强度,28d抗折强度和抗压强度作为辅助控制指标要求3d抗压强度达到35MPa以上,抗折强度达到7.0MPa以上,28d抗压强度达到40MPa以上。2、水泥混凝土路面病害调查2.1水泥混凝土路面的病害类型随着公路等级的提高,路面损坏的概念也从单纯的结构性破坏,扩展到舒适性、安全性等功能性破坏。水泥混凝上路面板在承受车辆荷载的冲击、磨损和反复弯曲作用下,并长期暴露在严峻环境条件下受板中的温度、湿度随环境的变化作用下,其结构性能和使用性能是逐渐衰减的。水泥混凝土路面板的破坏类型按使用状态可分为结构性破坏和功能性破坏两大类,造成水泥混凝土路面破坏的主要原因有结构设计、施工质量、养护管理等方面的原因。水泥混凝土路面的损坏类型主要有以下4种：（1）断裂类—纵横斜向裂缝、交叉裂缝、板角断裂、破碎板（2）变形类—沉陷、胀起等（3）接缝损坏类—卿泥、错台、接缝碎裂、拱起、填缝料损坏等（4）材料和表层损坏类—活性集料反应病害、集料冻融破坏、网裂和起皮、露骨等。其中,水泥混凝土路面断裂类病害和水泥混凝土路面位移类病害是水泥混凝土路面使用过程中最常见、也是危害最严重的,它直接危及交通行车安全。水泥混凝土路面最严重的病害就是路面早期断板,其成因往往是由于基层受到冲刷产生路面板体不均匀支撑而开始发展起来的。2.2水泥混凝土路面断板破坏原因从理论上讲作为高级路面的水泥混凝土路面,适应了当今大流量交通、重轴载及渠化交通的需要。然而,由于各种因素的综合作用,水泥混凝土路面的使用寿命远远低于其预期的使用寿命,极大程度上丧失了它的性能优势。以S315和S305街江段为典型路段分析路面断板情况,表1列出S315和S305街江段断板率。实地调研调表明,引起混凝土路面破坏的原因有很多包括超载、路基压实度不足、地下水和地表水的渗入、施工质量、气温、路面结构形式不合理等,这些因素对混凝土路面破坏的影响因道路所处自然环境条件和交通条件而异,有可能是设计,施工,养护或管理中的某个环节的问题,或者是这几个因素共同作用的结果。根据现场调查，水泥混凝土路面产生病害原因主要有以下几个方面。表1S315和S305混凝土路面断板数（率）年份S315S305断板数断板率断板数断板率200960.09——201090.09——2011120.17——2012450.6930.0920134587.830.092014395963.250.162015——170.543、水泥混凝土桥、路面的快速修复技术我国现有的混凝土桥面修复技术是通过选用优质的水泥基材和造价高的聚合物混凝土，或者添加合适种类的外加剂，缩短其凝结时间，提高早期强度，达到施工后的3～8天通车。但是在实际的桥面修复工程中，1天时间的中断交通都是难以接受的。因此，修复时间越短，就对交通影响越小。下面从几个方面来介绍快速修复技术的应用。3.1水泥水泥是混凝土中最具活性的组成材料，水泥的选择与合理的使用是获得高质量混凝土的关键所在。对于快速修复工程，国外常常用快凝或快硬水泥，除了常规的早强水泥和掺外加剂的水泥以外，新型水泥也得到开发。日本广泛地应用调凝水泥（或称喷射水泥），这种喷射水泥的终凝时间为15min，而普通的硅酸盐水泥为190min。由喷射水泥拌制的砾石混凝土掺入0.3%的缓凝剂后，初凝时间约为40min，而普通的混凝土需要5h，一天龄期的喷射水泥混凝土的抗弯强度可达到4.1MPa。抗拉强度可达到2.5MPa。采用喷射水泥进行路面维修可在12h以内完成，并恢复交通。美国开发了一种成为“派拉蒙特”（Pyrament）的混合水泥，这种混合水泥拌制的混凝土，24h抗压强度达到13.4MPa以上，而28天抗压强度可达到82.7MPa，4h抗弯强度约为3.4MPa。纽约州采用派拉蒙特混合水泥，12h完成一座桥梁接缝的修复。肯塔基州的巴克利地方机场，在寒冷气候条件下，5h内重建了7.6M×18.3M的机场跑道。3.2外加剂为了提高水泥混凝土的质量，加速或延缓凝结时间，提高抗冻和抗硫酸盐的侵蚀，控制强度的增长，以及提高和易性和修整性等，通常在拌制混凝土期间，或者之前在混凝土配料中掺加一种以上的化学外加剂、粉煤灰和其他矿物混合料。混凝土外加剂有数百种之多，但是，新型的外加剂仍然在研究开发。在桥梁路面工程中，许多种类的外加剂得到了广泛的应用。在快速修复工程中，较多采用促凝剂或早强剂，以加快混凝土早期强度的增长，缩短凝结时间，其中最常用的促凝剂是氯化钙。但是，氯化钙容易造成混凝土中的钢筋腐蚀，因此，不含氯化物的促凝剂引起了人们越来越多的关注，硫酸盐、甲酸盐、硝酸盐和三乙醇胺等已成功地应用于混凝土。三乙醇胺是一种油质、水溶性、鱼腥味的液体，是氨和乙烯氧化物反应的产物，可加速C3A水化成六方铝酸盐的过程，但不会加速六方铝酸盐转化成立方铝酸盐的过程。甲酸钙、亚硝酸钙和硫代硫酸钙等也可加快混凝土的凝结。早强剂是一种专门解决工程中需要尽快或尽早获得水泥混凝土强度问题的专用外加剂，早强剂的使用不仅能确保公路水泥混凝土工程的质量和使用耐久性，而且也能提高公路工程中水泥混凝土结构施工和修复的速度，减少交通堵塞,实现更大的经济效益和社会效益。通过在混凝土中掺加钢材、木材、碳、纤维素、碳铅合成纤维和聚丙烯纤维等纤维材料，可有效地控制混凝土上开裂，减少收缩和渗透，以及提高抗冲击力，这些纤维增强混凝土得到广泛的研究与应用。同时，纤维也可作为维修材料使用，提高材料的力学和物理性能。在快凝水泥中，加入聚丙烯纤维，可提高水泥的性能。SHRP（美国战略公路研究计划）中的一项创造性的研究项目表明，在混凝土中掺加碳纤维可拌制阴极保护的导电混凝土。在碾压混凝土中掺加钢纤维，可提高碾压混凝土开裂后的强度和耐久性。3.3配合比设计混凝土混合料配合比设计，是按比例地选择水泥、集料、水、外加剂或其他成分，以最低成本生产符合工程性质要求的混合料的过程。我国多采用体积配合比设计方法，先确定集料级配，水泥：细集料：粗集料的比例，再按照水灰比加入水使混凝土达到所需的和易性与标号要求。随着工程技术的要求与计算机技术的发展，混凝土配合比设计领域的发展集中在以下几个方面：①通过发展计算机辅助技术来简化标准设计程序；②在混合料配合比设计中应越来越多地使用外加剂与矿物混合料；③研究开发混合料配合比新理论，重点研究集料级配和性能的影响。开发混合料配合比的专家系统是未来的发展方向，专家系统应建立在成功经验与粒径分布和流变理论模型的基础上，能更准确地预测和易性、强度和耐久性，根据用户输入的材料特性、环境和荷载条件及设计的使用寿命，专家系统会自动地选择合适的材料和配合比，以确定费用最经济而且符合所有输入条件的混合料。4、钢纤维混凝土用于路面断板的快速修复技术研究水泥混凝土路面断板的处理方法一般情况下是将破碎严重路段的旧混凝土板挖除,再铺上与原设计标号相同或者比原设计标号高的混凝土。但是普通混凝土的强度和路用性能都已经不能满足路面的使用要求,而且常规的水泥混凝土路面修复方法,一般均需要养生一甚至更长的时间才能通车。这给交通和经济的发展造成了极大的不便。因此,研究水泥混凝土路面快速修复技术就成为道路研究工作者巫待解决的课题。目前普通水泥混凝土路面修复存在的主要问题是新旧水泥混凝士结合强度低,强度发展缓慢,很难在短期内开放交通。钢纤维混凝土具有高抗折强度、良好的抗冲击性和抗裂性,并且能大大缩短路面快速修复的时间,因此钢纤维混凝土可以应用于水泥路面的新建和快速修复项目中。由于钢纤维混凝土的组成材料较多,影响钢纤维混凝土性能的因素比较复杂,如混凝土的水灰比、早强剂掺量、钢纤维掺量、混凝土的配合比及混凝土搅拌工艺和浇筑方法等。按常规的试验方法很难在较短时间内找出既符合设计和施工要求又经济合理的混凝土施工配合比,故采用正交试验来分析各个因素对钢纤维混凝土的强度的影响规律。从而找出满足工程实际要求的混凝土优化配合比并进行路用性能的验证。4.1钢纤维的种类钢纤维的品种及其性能对钢纤维混凝土的质量和施工都有很大的影响。按生产工艺分有切断钢纤维、剪切钢纤维、熔抽钢纤维和切削钢纤维四种。4.1.1切断钢纤维用切断机将冷拔钢丝按需要的长度切断而成。由于钢丝经过多次冷拔,材料经受了强烈的塑性变形,抗拉强度大大提高,一般为600~3000MPa。切断钢纤维的横截面有圆形或长方形,因表面平直光滑,故与混凝土的基体粘结强度较低。常通过变形处理以增强其表面的机械咬合力,提高粘结强度。4.1.2剪切钢纤维使用旋转切削的刀具将一定厚度的带钢剪切扭曲成矩形断面而形成。由于截面被扭曲成矩形,增强了钢纤维与混凝土基体的粘结力,其抗拉强度在380~800MPa之间。4.1.3熔抽钢纤维将碳钢熔化成钢液,经由一个带有刻痕且能高速旋转的熔抽轮的高速旋转,将钢液甩出快速冷却而成。抗拉强度为380~800MPa。这种钢纤维原料来源广泛,制造工序简单,价格较便宜。4.1.4切削钢纤维又称铣削型钢纤维。钢纤维的原材料是钢锭或低碳钢厚钢板,用旋转的平铣刀铣削而成,钢纤维的长度为钢板的宽度。钢纤维在切削过程中受到极大的塑性变形和加工硬化,抗拉强度为380~800MPa。4.2钢纤维对混凝土的增强机理钢纤维对混凝土的增强机理是研究钢纤维对混凝土增强、增韧和阻裂的效应,从本质上改善其物理、力学、化学性能,并造就材料新性能的理论基础,也是进行钢纤维混凝土性能设计的依据。现有钢纤维混凝土的基本理论是在纤维增强塑料、纤维增强金属的基础上运用与发展起来的,对钢纤维混凝土的增强机理,主要形成了两种理论,一种是复合力学理论,另一种是纤维间距理论、。这两种理论表明了钢纤维混凝土的强度、纤维特性以及粘结性能的依赖关系。纤维间距理论,是1963年由J·B·Batson和J·P·Romualdi提出来的。该理论认为在混凝土内部存在不同尺寸和形状的空缝、缺陷和微裂缝,根据线弹性断裂力学理论解释纤维对裂缝发生和发展的约束作用,欲增强混凝土这种本身带有内部缺陷的脆性材料的抗拉强度,必须尽可能地减小内部缺陷的尺寸,增强这一材料的破坏韧性,缓和裂缝尖端应力集中的程度,降低裂缝尖端的应力强度因子。钢纤维的加入能约束裂缝的产生和发展,起到降低应力强度因子、减缓裂缝尖端应力集中的作用,即在复合材料结构形成和受力破坏的过程中,有效地提高了复合材料受力前后阻止裂缝引发与扩展的能力,达到钢纤维对混凝土增强与增韧的目的。4.3钢纤维混凝土的施工工艺为了使确定的钢纤维配合比能达到最佳的性能,在施工时应尽量按照以下工艺进行控制施工。4.3.1搅拌为防止钢纤维搅拌结团,搅拌楼一次拌和量不宜大于其额定搅拌量的80%,同时也保护搅拌机叶片,防止钢纤维搅断。投料顺序和方法以搅拌过程中钢纤维不结团和保证生产率为原则,通过试拌或根据经验确定。为了保证钢纤维在混凝土中的分散性和均匀性,钢纤维混凝土应比普通混凝土规定的纯拌和时间延长20~30S。采用先千拌后加水的搅拌方式时,干拌时间不宜少于1min；采用小容量搅拌机拌和时,钢纤维混凝土总拌和时间应较搅拌楼拌和时间延长1~2min,采用先干拌后加水的搅拌方式时,干拌时间不宜少于1.5min。4.3.2运输钢纤维混凝土从拌和出料、运输、浇筑至铺筑完毕的时间应符合表2的规定。不满足时应通过试验加大缓凝剂或保塑剂的剂量,使用缓凝剂延长凝结时间后表中数值可增加0.25~0.5h。对于己超过表2规定摊铺允许最长时间的混凝土不得用于路面摊铺。表2钢纤维混凝土拌和物从出料到运输、铺筑完毕允许时间施工时间的日间平均气温（℃）到运输完毕允许最长时间（h）到铺筑完毕允许最长时间（h）5~91.001.2510~190.500.7520~290.350.5030~350.250.35运送混凝土的车辆装料前,应清净厢罐,洒水润壁,排干积水。装料时,自卸车应挪动车位,防止离析。搅拌楼卸料落差不应大于2.0m。运输过程中应防止漏浆、漏料和污染路面,途中不得随意耽误。混凝土一旦在车内停留超过初凝时间,应采取紧急措施处置,严禁混凝土硬化在车厢罐内。4.3.3铺筑钢纤维混凝土必须尽量加快施工速度,否则,很快会凝结导致难以摊铺。为保证面板中钢纤维分布的均匀性及结构的连续性,在一块板内的浇筑施工过程不得中断。由于钢纤维的顶托,钢纤维混凝土布料松铺高度宜比普通混凝上略高10mm左右。在浇筑和摊铺过程中,严禁因拌和物干涩而加水,但可喷雾防止表面水分蒸发。4.3.4振捣钢纤维混凝土拌合物布料长度大于10m时,可开始振捣作业。为确保钢纤维分布的均匀性,应采用大功率平板式振捣器振捣密实,再采用振动梁压实整平。钢纤维混凝上铺筑到厚度一半后,可先采用2.2KW一3.0KW的平板式振捣器振捣一遍,然后加高铺筑混凝土到顶,等初步整平后换用1.2KW一1.5KW的平板式振捣器再振捣一遍。平板式振捣器振捣时,振捣器沿纵向一行一行地由路边向路中移动,每次移动平板时前后位置的搭头重叠面为左右约为20cm平板宽度。不得漏振。振动器在每一位置的振动时间一般为15~25s,不得过久,应以振至钢纤维混凝土混合料泛浆,不明显下降、不冒气泡,表面均匀为度。在模板边缘、传力杆等平板式振捣器不易振到的地方,可用高频率插入式振捣棒顺路线方向插入,使钢纤维成纵向条状集束。振捣棒每次移动距离不宜超过振捣捧有效作用半径的1.5倍,并不得大于500mm,插入式振捣棒与模板间距一般为10cm左右,振捣时间宜为15一30s。4.3.5整平与饰面三辊轴整平机按作业单元分段整平,作业单元长度宜为20一30cm。振捣与整平两道工序时间间隔不宜超过15min。三辊轴滚压振实料位高差宜高于模板顶面5一20mm,过高时应铲