水泥混凝土路面快速薄层修补方法研究

覃铁林

(泸溪县公路管理局)

1 水泥混凝土路面快速薄层修补设计与施工

1.1 确定薄层设计参数

调查现有道路的交通量、交通组成,预估未来交通发展的增长趋势;确定路面的结构类型、各结构层的厚度、材料类型;调查路面损坏的程度、裂缝发展状况、板的碎裂程度、板底脱空状况、错台发展状况、接缝的损坏程度;测量路表的平整度、错台的大小;检测确定路面各结构层的参数、评价接缝的传荷能力和路面结构现有的承载能力、恢复老水泥混凝土路面上的接缝的传荷能力,对裂缝和板底脱空予以修复。

对于属于发展状况的损伤破坏要分析病害原因,特别处理。

1.2 薄层修补设计

根据老混凝土路面调查评价结果,确定路面修补目标,选择路面修补类型;依据路面结构补强要求或路表物理状况和修补费用比较,确定路面修补层厚度;初估修补层材料组成、路面尺寸,选择界面粘结剂类型。计算新老混凝土粘结面收缩剪应力和新老混凝土界面抗剪粘结强度,计算新老混凝土复合修补层疲劳寿命;检验界面粘结结构可靠度是否满足要求,如抗剪粘结强度小于剪切破坏应力,或疲劳寿命不足,调整修补材料配合比,或路面板结构尺寸,重新计算,直到满足要求。设计过程如下。

(1)确定设计参数:设计使用年限内轴载累计作用次数Ne;老混凝土设计弯拉强度 fcm,弯拉弹性模量Ec;钢纤维混凝土设计弯拉强度frm,弯拉弹性模量Er;基层顶面当量回弹模量Et;荷载对路面损坏的综合影响系数 kc;荷载疲劳应力系数 kf。

(2)初估板厚。初步拟定路面结构、厚度、老混凝土表面凿毛方法、界面粘结剂类型。

(3)计算。计算板的弯曲刚度和等效板厚为

弯曲刚度为

等效板厚为

计算基层顶面的计算回弹模量为

计算等效单层板的荷载应力为

计算复合混凝土板底应力为

计算温度应力为

初步确定板厚为

计算新老混凝土板层间剪应力,包括收缩剪应力 τs、荷载剪应力 τr和温度剪应力 τt。

计算新老混凝土界面抗剪粘结强度。

依据界面处理方法和界面粘结剂类型确定新老混凝土界面抗剪粘结强度 fsr。

确定路面修补厚度。

验算是否满足

若满足,则初拟钢纤维混凝土板厚可作为设计厚度,否则重拟板厚,重新计算。

1.3 老混凝土表面凿毛

依据新老混凝土界面抗剪粘结强度确定的表面凿毛方案,对老混凝土表面进行凿毛处理。使用人工凿毛不符合水泥混凝土路面快速薄层修补的施工要求,必须采用机械施工方法。目前,大规模凿毛方法有高压水射法、专用刻槽机表面刻槽法(如试验中凿毛方法)及酸蚀法。高压水射法在某些路段已经进行了部分试验,如在成都近郊某路段上,采用70MPa高压水流对老混凝土路面进行凿毛处理,处理后的老混凝土表面平均构造深度达到 2～3mm。为增大混凝土表面粗糙度,可在高压水流中加入一定量砂子,但此方法尚处于试验阶段未取得具体数据。酸蚀法借助盐酸对水泥混凝土表面的化学腐蚀作用,能快速获得粗糙表面,且构造深度易于控制,但该方法对道路周围生态环境造成一定破坏,其推广受到限制。使用专用的刻槽机在路面表面刻槽具有很好前景,试验效果较好,但路用施工设备目前还处于研制阶段。

老混凝土表面凿毛时,要特别注意避免破坏下部的老混凝土,以免造成老混凝土产生新的损伤,降低老混凝土路面板整体强度。

使用钢丝刷或高压水清理凿毛后的老混凝土表面,清除表面的碎块、浮浆和油污,要特别注意把路面表面的缝隙清理干净。

最后,将粗糙混凝土表面蒸干,准备涂刷界面粘结剂。

1.4 涂刷界面粘结剂

界面粘结剂粘度大、稠度小、流动性好、耐久性高,能增强新老混凝土界面粘结强度。随着有机粘结材料的不断发展,有机粘结材料已能够满足修补要求,但价格高,耐久性偏低,建议采用水泥基类界面粘结材料。

依据界面粘结剂的类型,确定最佳的涂刷厚度,同时界面粘结剂涂刷厚度应均匀,路面每处要涂刷到位,不得漏涂。

1.5 铺筑修补薄层

按设计配合比计算现场配合比,制备水泥混凝土。在制备钢纤维混凝土时,钢纤维在拌合物中的分散要均匀、不结团,这对于发挥钢纤维在混凝土中增加抗拉强度、韧性和减小收缩至关重要。而钢纤维能否均匀分布,主要取决于钢纤维的长径比、掺量、骨料的粒径和含量以及投料的顺序和搅拌方式。一般情况下,钢纤维的体积掺量不超过 2.0%,在有条件时,采用铣削型钢纤维效果更佳。当混凝土的配合比确定以后,投料的顺序和搅拌方式成为确保钢纤维均匀分布的关键。拌和机械应选用强制式拌和机,严格控制投料的顺序,投料的顺序是先投放粗细骨料、水泥、外加剂,拌和均匀后,再加水拌和 2min,最后分几批投入钢纤维,均匀拌和。

使用自卸汽车运输钢纤维混凝土,运到指定地点卸料的高度不得大于 1.5m,以防止混凝土产生离析。在涂过界面粘结剂的老混凝土路面板上均匀地摊铺钢纤维混凝土,采用平板振捣器平振,前后宜重复 15 cm,时间保持在 15 s,至表面出浆为止。钢纤维混凝土本身的流动性差,在边角处很容易形成蜂窝,应特别注意对边角部位的处理;振捣的时间不宜太长,以避免混凝土出现内分层、外分层现象,防止钢纤维下沉到混凝土下部。在抹平的过程中,由于有钢纤维的乱向分布,钢纤维极易冒出路面,会危及行车安全,必须将冒出的钢纤维抹平。最后,待抹平后的混凝土表面无泌水时,应及时对钢纤维混凝土表面进行拉毛处理,拉毛的深度控制在1～ 2mm。

混凝土的胀缝与老混凝土重合,处理方法与普通混凝土路面的方法相同。当混凝土的强度增长到设计强度的25%～30%时,用切缝机切割出缩缝;切缝的位置与下层老混凝土路面板位置重合,缝深度为3mm。

1.6 后期保持和养护

水泥混凝土薄层修补材料在凝结硬化过程中需要大量的水,以形成结晶水多的硫铝酸钙,因此,在钢纤维混凝土养护过程中,保持路面长期处于较大湿度状态是非常重要的。钢纤维混凝土施工整平完毕后,应立即在其表面喷洒路面养护剂或采用塑料薄膜覆盖;拆除模板后,在钢纤维混凝土路面侧面也要均匀喷洒养护剂一遍。同时在养护期间,严格限制车辆驶入,以防止路面早期荷载作用,引起早期破坏。

2 水泥混凝土路面快速薄层修补质量控制与检查要点

水泥混凝土路面快速薄层修补质量控制与检查除了要满足水泥混凝土路面通用施工规范要求以外,还需要在以下四个环节上加强管理。

2.1 老混凝土表面凿毛和清理

老混凝土表面凿毛应均匀,不能扰动或破坏下层未凿毛的老混凝土。测定混凝土表面粗糙度,可以使用铺砂法,每100m长路段上测点数不能少于 3个。在铺筑钢纤维混凝土薄层前,应清理老混凝土凿毛表面。粗糙的混凝土凿毛表面上极易粘附浮浆、污物,这些杂质会降低新老混凝土粘结强度,影响修补效果。使用高压水清理表面后,在铺筑前也应排除积水,蒸干表面水。

2.2 界面粘结剂涂刷厚度

界面粘结剂涂刷厚度必须严格控制在 0.5～1.5mm范围内。因此,一方面要控制好界面粘结剂配合比,使之具有适当粘性、稠度和流动性;另一方面在涂刷操作过程中要仔细、认真,防止漏刷。

2.3 做好涂刷界面粘结剂和铺筑修补薄层衔接工作

界面粘结剂涂刷厚度很薄,水分蒸发快,涂刷后要立即浇筑水泥混凝土修补薄层,控制涂刷和浇筑混凝土的时间间隔不得超过 20mm,以免界面粘结剂变干、凝固,丧失粘结能力。一般情况下,两个工序间隔时间不超过 20m in。因此,涂刷界面粘结剂和铺筑修补薄层要协调安排,连续施工。

2.4 做好养护阶段保水、保温工作

水泥混凝土路面快速薄层修补要做好养护阶段保水和保温工作。由于混凝土修补层很薄、混凝土比表面积很大,混凝土中的水分更容易散失。另外,修补薄层对温度敏感性也大,因此施工后的路面上要立即喷洒养护剂或覆盖塑料薄模,在温度变化大时,应及时覆盖草帘等物,做好保水、保温工作。

此外,在施工时间选择上也应该避免夏季和冬季,易选择在春季和秋季;施工中如遇大风天气也必须采取措施,防止水分散失。

[1] 胡长顺,王秉纲.复合式路面设计原理和施工技术[M].北京:人民交通出版社,2000.

[2] 刘秉京.混凝土技术[M].北京:人民交通出版社,2000.

[3] 赵国藩,彭少民,黄承逵.钢纤维混凝土结构[M].北京:中国建筑工业出版社,2000.