水泥混凝土路面微裂縫修補材料及性能探討

(山西八建集團有限公司十二分公司，山西太原 030027)

1 混凝土路面現(xiàn)狀

水泥混凝土路面建設在我國的應用由來已久，相對于瀝青混凝土路面而言，水泥混凝土路面具有良好的特質，比如易維護、壽命長、剛度大，且有較好的高溫穩(wěn)定性和荷載擴散能力，因而得到了普及和運用。目前，我國已建成的水泥混凝土高級路面近200萬km，約占高級路面(瀝青、水泥)的60%，當前，公路累計里程在迅猛增長，但早期投入使用的水泥混凝土路面很多已臨近使用年限，不斷增加著道路維護任務量。進入新世紀以來，機動車數(shù)量增長迅猛，公路等級和行車速度都有大幅提升，加之重型交通機械以及超載運輸?shù)纫蛩貙β访娴钠茐模偌由匣瘜W侵蝕、磨耗和長期暴曬、雨雪、凍融、溫差變化等惡劣自然條件，以及長期經(jīng)受的車輛循環(huán)和沖擊荷載等，勢必會對路面造成大量損壞。為了能使水泥混凝土路面維持較長的使用壽命，并長期保持良好道路狀態(tài)，就應該在道路使用期間盡早采取較為經(jīng)濟的預防性養(yǎng)護和修復措施。

2 混凝土路面的損壞和養(yǎng)護

按結構性能而言，可將水泥混凝土路面的損壞分為兩類。一類是由基層未達標、載荷過重和劇烈溫度變化引發(fā)的結構性損壞，比如嚴重裂縫、斷板、沉陷、錯臺、拱起、接縫碎裂等。另一類是由于材料問題或施工質量而引起的非結構性損壞，比如輕微表面裂縫，麻面、剝落、起皮、坑槽和孔洞等。預防性養(yǎng)護是在路面狀況比較好的狀態(tài)下，為使路面能夠長期保持這種良好狀況，所進行的技術性養(yǎng)護措施。裂縫修補是一種計劃性的養(yǎng)護，也是最為常見的一種預防性的養(yǎng)護措施。如在路面有輕微裂縫出現(xiàn)時隨即進行灌縫養(yǎng)護等措施，避免裂縫受環(huán)境影響和載荷增加而繼續(xù)擴展引起面板的損壞。微裂縫如不及時修補養(yǎng)護將會影響公路行車的穩(wěn)定和舒適性，也勢必增加后期的道路維修保養(yǎng)費用。

3 混凝土微裂縫養(yǎng)護的材料現(xiàn)狀

通常根據(jù)路面裂縫特點和所在部位，將裂縫分為表面裂縫、貫穿裂縫及埋藏裂縫等。裂縫修補要根據(jù)裂縫成因和變化形態(tài)選用合理的技術措施。在工程實踐中，對于寬度小于3 mm的稱為輕微裂縫，可采用擴縫灌漿法，多采用水泥砂漿或環(huán)氧樹脂材料。對于寬度在3 mm～15 mm的稱為中等裂縫，可采用條帶罩面法，多采用快硬混凝土材料。

路面裂縫的修補要有良好的施工工藝，還要有性能較好的修補材料。對于水泥混凝土路面，主要采用水泥漿材、化學漿材和瀝青等修補材料，籠統(tǒng)來講，細縫灌化學漿材，寬縫灌水泥漿材。因為水泥漿材粒徑大、流動性不強，在大于3 mm的中等裂縫中用來做灌漿處理。相對于水泥漿材而言，化學漿材和瀝青材料價格高、耐久性不強，且與原有的路面混凝土相容性差。道路工程中，能夠直接對裂縫進行自然灌漿的水泥基產(chǎn)品非常少。所以，探索一種具有成本優(yōu)勢、工藝操作簡便的水泥漿材來用于1 mm～3 mm微裂縫的修補材料，對于道路建設和養(yǎng)護具有重要意義。

4 探索新材料進行微裂縫修補

目前，用于混凝土路面微裂縫修補的材料以化學漿材類居多，主要有環(huán)氧樹脂、酚醛樹脂、乳化瀝青和水玻璃等材料，但化學漿材價格高昂、環(huán)保性差，對于大規(guī)模的水泥混凝土路面修補不具有成本優(yōu)勢，因而應用較少。水泥漿體可用于1 mm～3 mm微裂縫的修補，受限于裂縫的空間，漿體材料粒徑應滿足要求，水泥砂漿不能作為修補材料。眾所周知，聚合物可顯著改善水泥材料的耐久性以及力學性能，而高效減水劑可明顯影響水泥漿體的流動性，所以，本文嘗試在水泥凈漿中添加聚合物、高效減水劑等外摻料，旨在探索具有較好經(jīng)濟性和實用性的水泥混凝土路面微裂縫修補材料。使用聚合物、高效減水劑等外摻料對水泥進行改性，可較好地提升修補材料的性能，以達到性能優(yōu)良、高強度、使用耐久、具有良好變形能力和粘結能力的要求，并與原有混凝土能夠良好相容。所以，要嚴格篩選原材料，設計最優(yōu)實驗方案，確定最佳配合比。修補材料的成型過程其實就是一個對各種材料組成進行優(yōu)化的過程。

5 微裂縫修補材料的性能要求

水泥混凝土路面微裂縫的修補效果很大程度上取決于修補材料的流變性能。因為路面中的微裂縫具有不規(guī)則且狹小的特征，修補材料漿體在微裂縫中流動時，受縫壁阻力和自身粘滯力影響較大，只有具備較好的流動性和體積穩(wěn)定性，才能保證漿體填充滿裂縫，形成好的修補效果。此外，交通狀況的持續(xù)性也對修補材料的凝結時間提出了要求。因此，要對修補材料漿體的流動性、可灌性、穩(wěn)定性、凝結時間等指標做嚴格要求。

修補材料在狹小的微裂縫中應可灌入自如，應確定好漿體的流動度大小和微裂縫灌入難度的關系，并將此作為配方改善和材料性能測定的依據(jù)。道路工程實踐中通?？刹扇】晒嘈栽囼瀬泶_定，方法是:將混凝土試件從中間劈開形成兩個試塊，保持兩試塊豎直靠攏，中間留一條上口寬度1 mm～3 mm的平行裂縫和V形裂縫，使用水泥將裂縫周圍做密封處理，通過調整水灰比的方法獲得不同的流動度。將攪拌好的水泥漿體倒入縫隙，待水泥漿體初凝以后，分開兩個混凝土試塊，觀察和測量水泥漿的灌入情況。對實驗結果進行分析得出，漿體的流動度在220 mm左右時，可灌滿整個裂縫。鑒于裂縫的實際情況較實驗狀況更為復雜，我們把完全灌入裂縫的漿體流動度限定在235 mm左右，將其定義為對1 mm～3 mm微裂縫的可灌性臨界值。

用于路面表層裂縫修補的材料，不但要完全灌入裂縫，還必須具有與路面結構相同的路用性能，如力學性能與耐久性能。為保證路面修補效果，避免修補材料與基質材料在修補后發(fā)生脫離，修補材料還應具有良好的粘結和變形性能?？梢?，修補材料必須具有優(yōu)良的工作性能和路用性能才能充分保障其在工程實踐中的應用效果。此外，裂縫修補材料要與路面長期共同承受交通動荷載的沖擊振動作用，要求修補材料必須具有適宜的剛度，以緩沖瞬間荷載，防止修補材料中或界面上破壞的再度產(chǎn)生。

6 微裂縫修補材料的工藝控制

1)為優(yōu)化裂縫修補材料配方，設計正交試驗方案，試驗結果顯示水灰比宜控制在0.5左右、聚合物摻量宜控制在10%左右、減水劑摻量宜控制在0.2%左右。測試結果表明，摻加適量聚合物的修補材料的析水率只有基準材料漿體的50%左右，聚合物的摻入對修補材料漿體穩(wěn)定性的提高作用效果非常顯著。2)修補材料的路用性能測試表明，在水泥中摻加單一聚合物，其力學強度比不摻加聚合物的試件要低。采用兩種聚合物混合的方式進行改性，其修補材料的力學強度比基準試件有所提高，并能夠達到路面力學強度規(guī)范的要求。力學強度最佳時的兩種聚合物的共混比例約為3/2～2/3之間。加入聚合物使得修補材料的剛度比普通水泥材料低10%～15%，修補材料在脆性材料的基礎上增加了柔性，較大提高了對抗沖擊荷載的能力和使用的耐久性。3)加入膨脹劑可極大降低水泥試件體積收縮，甚至可產(chǎn)生微膨脹，這對于改善和增強修補材料與基質混凝土之間的界面作用較大。外摻劑對改善修補材料的孔結構作用明顯，降低了總孔隙率，減少了有害大孔，增多了無害小孔，修補材料的抗?jié)B性和耐久性明顯提高。

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