高速公路混凝土表面缺陷快速修補應(yīng)用技術(shù)研究

宋曉輝，徐飛萍，陳仁山

（1.山東高速股份有限公司，山東 濟南 250014；2.山東交通學院，山東 濟南 250357）

1 工程技術(shù)背景及研究現(xiàn)狀

濟青高速公路建設(shè)于1993 年，西起濟南歷城區(qū)大橋路零點立交橋，東西途經(jīng)5 個地市及17 個縣（市），終至青島市北郊的西元莊，為山東的最早的高速公路。全線橋梁、收費站廣場等混凝土結(jié)構(gòu)經(jīng)多年的運營出現(xiàn)大量表面缺陷，主要表現(xiàn)形式是橋梁混凝土結(jié)構(gòu)表面坑洞、露筋、裂縫、雨后泛白（堿）、保護層剝落以及混凝土路面起皮、磨損和露骨、坑洞、角隅斷裂、紋裂或網(wǎng)裂等病害。

常見混凝土表面缺陷見圖1、圖2，混凝土路面表面磨光、露骨和錯臺、裂縫或網(wǎng)裂等路面病害傳統(tǒng)的修復(fù)方法有路面灌縫、局部修補、表層鑿除修補等［1-2］。對圖3、圖4 等梁底板、腹板的坑洞、露筋、泛白、蜂窩、麻面等病害主要有細石混凝土修補、聚合物砂漿修補、注膠、涂刷混凝土保護劑等［3-4］。傳統(tǒng)混凝土表面缺陷維修養(yǎng)護技術(shù)特點見表1。

表1 混凝土路面表面缺陷傳統(tǒng)維修方式

圖1 混凝土路面 磨光、露骨

圖2 混凝土路面錯臺、裂縫、網(wǎng)裂

圖3 梁底板坑洞、露筋、泛白

圖4 表面坑洞、蜂窩、麻面

混凝土表面缺陷為保證新老材料協(xié)同工作，傳統(tǒng)維修技術(shù)主要是鑿除一定深度結(jié)構(gòu)層后修補或表面清理后增層（厚）修補，造成施工及養(yǎng)生期長、造價高，特別是路面修補對交通干擾大，并產(chǎn)生大量廢料。隨著高性能無機聚合材料研究的深入，研發(fā)適應(yīng)于混凝土表層缺陷的材料性能耐久、造價適中、施工期短的快速修補材料及工藝成為行業(yè)熱點。

2 高性能水泥基混凝土薄層快速修補

2.1 高性能水泥基混凝土薄層修補材料性能

高性能水泥基混凝土修補材料是以高鋁水泥熟料、石膏、粉煤灰等主要膠凝材料，以高強細集料為骨料并添加一定減水劑、早強劑、膨脹劑、消泡劑等添加劑復(fù)配而成。具有快凝、快硬、早強、高強，微膨脹、密實、抗?jié)B、抗腐蝕，黏接性能高，抗磨、耐久性能高等特點［5-6］。

針對混凝土表面缺陷高性能水泥基薄層修補材料，可用3～10 mm 超薄層快速維修，也可用1～10 cm 混凝土表層修補。初凝時間5～10 min，終凝時間10～20 min，硬化后產(chǎn)生強度，1 h 抗壓強度能達到20 MPa 以上，2 h 即可通車；1 d 抗壓強度即可達到40 MPa 以上；后期強度穩(wěn)步增長，在低溫條件下仍能發(fā)揮較高的小時強度。對杭州路人科技股份有限公司的修復(fù)王修補材料和北京華夏先河新材料有限公司的華夏一號水泥混凝土路面修補料進行了性能對比試驗，見表2［7］。

表2 兩種高性能修補材料指標試驗檢測數(shù)據(jù)對比

通過材料性能試驗，兩種水泥基混凝土薄層修補材料具有強度高、黏結(jié)性強、收縮小、溫度膨脹與普通混凝土接近的優(yōu)良指標，抗磨能力及凝結(jié)時間和強度增長率非常適合混凝土表層缺陷的快速修補需求。

2.2 高性能水泥基混凝土材料薄層修補關(guān)鍵工藝

2.2.1 維修定位及測量放線

局部修補邊界及線形制約著結(jié)構(gòu)表面及混凝土路面修補的質(zhì)量和外觀。所以對修補作業(yè)面測量放線應(yīng)對不規(guī)則的病害部位進行取正找齊邊界，邊界定位準確、規(guī)則。

2.2.2 作業(yè)表面清理、鑿毛處理

對作業(yè)基面切割鑿毛。用切割、鑿毛設(shè)備沿放線進行邊部切割和修補面鑿毛，對超薄層修補切割、鑿毛深度3～5 mm，結(jié)構(gòu)層一定深度修補5～10 cm?，F(xiàn)有施工機具、設(shè)備沒有適合超薄層、薄層清理及快速、均勻鑿毛工藝，需在現(xiàn)有設(shè)備上進行改進。

2.2.3 工藝流程次序和時間進度控制

對于薄層修補主要的定位測量及放線、基面清理、材料拌和、材料攤鋪與做面、作業(yè)面保護及開放交通（恢復(fù)使用）等工藝流程，必須計算好每步工藝搭接及流水施工步距。特別是材料拌和、攤鋪與做面及作用面保護流程應(yīng)根據(jù)材料凝結(jié)時間、修補量、設(shè)備容量及強度增長速率準確控制。

3 工程應(yīng)用

濟青高速公路濟南段部分橋梁主梁板及收費廣場混凝土路面表面缺陷，特別是收費廣場混凝土路面表面由于車輛制動、起步荷載作用頻繁，混凝土露骨、脫皮、邊角斷裂等病害發(fā)生較多。這些表面缺陷如不及時處理，在雨水及荷載作用下發(fā)展極快，會導(dǎo)致梁板等結(jié)構(gòu)內(nèi)部病害出現(xiàn)或混凝土路面唧漿、脫空、錯臺等嚴重病害，影響車輛通行和安全。傳統(tǒng)處理方式不僅工藝復(fù)雜、勞動量大、安全措施要求高，特別是作業(yè)工期長，路面作業(yè)經(jīng)常影響暢通和引發(fā)安全隱患，急需采用快速修補、及時開放交通的新的技術(shù)手段。高性能水泥基混凝土薄層修補材料的性能能很好地滿足該項工程需求，因此，2020 年3 月對路段內(nèi)的K01+230、K12+190、K23+650、K38+045、K42+340、K47+400 等10 處 的混凝土路面缺陷、舊橋主梁底板等混凝土表面缺陷，采用水泥基高性能修補材料修復(fù)王混凝土薄層修補技術(shù)進行養(yǎng)護處治。

舊橋梁板表面和混凝土路面病害主要是寬度小于0.2 mm 的微裂紋，以及麻面、脫皮等表層破損，包括坑槽、孔洞等非結(jié)構(gòu)性破壞。經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟性分析論證后，可運用上述方案并改進施工工藝后對破損路面進行局部修補。

3.1 施工工藝流程

3.1.1 準備及測量放線

施工準備包括安全圍護、路面交通控制等。根據(jù)修補結(jié)構(gòu)部位，混凝土表面裂縫、起皮、麻面采取3～5 mm 超薄層的修補，表面坑洞、露筋采取1～3 cm 的薄層修補。對每個作業(yè)面進行矩形放線，提升修補效果。

3.1.2 作業(yè)面切割、鑿毛清理

作業(yè)面切割整齊、鑿毛深度均勻，鑿毛、清理工序要迅速。傳統(tǒng)較大型的路面拉毛機雖然作業(yè)效率高，但是適應(yīng)于大面積、較厚層基面處理。局部和淺層修補常用的小型切割機和沖擊鉆等設(shè)備作業(yè)效率低、處理不均勻?；骅徝⑶謇碓O(shè)備需要進行改進和升級，以適應(yīng)該種技術(shù)方案。結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備和材料特性項目團隊開發(fā)了新的鑿毛設(shè)備，包括將車體、連接架、固定框體、彈性板、鑿毛機構(gòu)和滑動桿等部分見圖5、圖6。

圖5 鑿毛設(shè)備鑿毛機構(gòu)

圖6 鑿毛工作現(xiàn)場

3.1.3 維修基面清洗

鑿毛后利用壓縮空氣吹掃基面后，需用壓力水槍對基面上殘留的粉塵進行沖洗和浸入作業(yè)面，作業(yè)流程為吹掃—沖洗—吹掃，保持修補基面干凈、潮濕、無積水，以便于下保證后續(xù)材料攤鋪工序質(zhì)量。

3.1.4 材料攪拌和攤鋪。

由于材料凝結(jié)、硬化速度快，一次拌和量應(yīng)適中，與攤鋪面積和初凝時間相一致，保證在材料初凝前快速完成作業(yè)面攤鋪和做面。

3.1.5 作業(yè)面保護及交通開放。

修補作業(yè)后，保證作業(yè)面1 h 內(nèi)不能被擾動。對于收費廣場路面超薄層修補，根據(jù)凝結(jié)和硬化情況1～2 h 后開放交通。

3.2 維修效果

對濟青高速公路濟南段部分舊橋梁、板及收費廣場混凝土路面表面缺陷維修前和后，分別用回彈儀進行了回彈強度檢測和外觀檢查［6］，實測強度和外觀統(tǒng)計結(jié)果見表3。

表3 濟青濟南段舊橋梁、板及收費廣場混凝土路面表面缺陷處置前后強度統(tǒng)計

4 結(jié)語

總結(jié)了高速公路舊橋梁板和混凝土路面缺陷的常用傳統(tǒng)病害處理技術(shù)的優(yōu)缺點，對新型高性能泥基混凝土材料修復(fù)王和華夏一號表層缺陷修補性能進行了對比試驗研究，在試驗驗證合格基礎(chǔ)上，結(jié)合示范應(yīng)用進行高性能水泥基混凝土材料薄層修補技術(shù)設(shè)備和工藝改進，采取該項新技術(shù)方案工程的養(yǎng)護工程取得了良好的效果。