水泥混凝土路面微裂缝修补材料及性能探讨

(山西八建集团有限公司十二分公司，山西太原 030027)

1 混凝土路面现状

水泥混凝土路面建设在我国的应用由来已久，相对于沥青混凝土路面而言，水泥混凝土路面具有良好的特质，比如易维护、寿命长、刚度大，且有较好的高温稳定性和荷载扩散能力，因而得到了普及和运用。目前，我国已建成的水泥混凝土高级路面近200万km，约占高级路面(沥青、水泥)的60%，当前，公路累计里程在迅猛增长，但早期投入使用的水泥混凝土路面很多已临近使用年限，不断增加着道路维护任务量。进入新世纪以来，机动车数量增长迅猛，公路等级和行车速度都有大幅提升，加之重型交通机械以及超载运输等因素对路面的破坏，再加上化学侵蚀、磨耗和长期暴晒、雨雪、冻融、温差变化等恶劣自然条件，以及长期经受的车辆循环和冲击荷载等，势必会对路面造成大量损坏。为了能使水泥混凝土路面维持较长的使用寿命，并长期保持良好道路状态，就应该在道路使用期间尽早采取较为经济的预防性养护和修复措施。

2 混凝土路面的损坏和养护

按结构性能而言，可将水泥混凝土路面的损坏分为两类。一类是由基层未达标、载荷过重和剧烈温度变化引发的结构性损坏，比如严重裂缝、断板、沉陷、错台、拱起、接缝碎裂等。另一类是由于材料问题或施工质量而引起的非结构性损坏，比如轻微表面裂缝，麻面、剥落、起皮、坑槽和孔洞等。预防性养护是在路面状况比较好的状态下，为使路面能够长期保持这种良好状况，所进行的技术性养护措施。裂缝修补是一种计划性的养护，也是最为常见的一种预防性的养护措施。如在路面有轻微裂缝出现时随即进行灌缝养护等措施，避免裂缝受环境影响和载荷增加而继续扩展引起面板的损坏。微裂缝如不及时修补养护将会影响公路行车的稳定和舒适性，也势必增加后期的道路维修保养费用。

3 混凝土微裂缝养护的材料现状

通常根据路面裂缝特点和所在部位，将裂缝分为表面裂缝、贯穿裂缝及埋藏裂缝等。裂缝修补要根据裂缝成因和变化形态选用合理的技术措施。在工程实践中，对于宽度小于3 mm的称为轻微裂缝，可采用扩缝灌浆法，多采用水泥砂浆或环氧树脂材料。对于宽度在3 mm～15 mm的称为中等裂缝，可采用条带罩面法，多采用快硬混凝土材料。

路面裂缝的修补要有良好的施工工艺，还要有性能较好的修补材料。对于水泥混凝土路面，主要采用水泥浆材、化学浆材和沥青等修补材料，笼统来讲，细缝灌化学浆材，宽缝灌水泥浆材。因为水泥浆材粒径大、流动性不强，在大于3 mm的中等裂缝中用来做灌浆处理。相对于水泥浆材而言，化学浆材和沥青材料价格高、耐久性不强，且与原有的路面混凝土相容性差。道路工程中，能够直接对裂缝进行自然灌浆的水泥基产品非常少。所以，探索一种具有成本优势、工艺操作简便的水泥浆材来用于1 mm～3 mm微裂缝的修补材料，对于道路建设和养护具有重要意义。

4 探索新材料进行微裂缝修补

目前，用于混凝土路面微裂缝修补的材料以化学浆材类居多，主要有环氧树脂、酚醛树脂、乳化沥青和水玻璃等材料，但化学浆材价格高昂、环保性差，对于大规模的水泥混凝土路面修补不具有成本优势，因而应用较少。水泥浆体可用于1 mm～3 mm微裂缝的修补，受限于裂缝的空间，浆体材料粒径应满足要求，水泥砂浆不能作为修补材料。众所周知，聚合物可显著改善水泥材料的耐久性以及力学性能，而高效减水剂可明显影响水泥浆体的流动性，所以，本文尝试在水泥净浆中添加聚合物、高效减水剂等外掺料，旨在探索具有较好经济性和实用性的水泥混凝土路面微裂缝修补材料。使用聚合物、高效减水剂等外掺料对水泥进行改性，可较好地提升修补材料的性能，以达到性能优良、高强度、使用耐久、具有良好变形能力和粘结能力的要求，并与原有混凝土能够良好相容。所以，要严格筛选原材料，设计最优实验方案，确定最佳配合比。修补材料的成型过程其实就是一个对各种材料组成进行优化的过程。

5 微裂缝修补材料的性能要求

水泥混凝土路面微裂缝的修补效果很大程度上取决于修补材料的流变性能。因为路面中的微裂缝具有不规则且狭小的特征，修补材料浆体在微裂缝中流动时，受缝壁阻力和自身粘滞力影响较大，只有具备较好的流动性和体积稳定性，才能保证浆体填充满裂缝，形成好的修补效果。此外，交通状况的持续性也对修补材料的凝结时间提出了要求。因此，要对修补材料浆体的流动性、可灌性、稳定性、凝结时间等指标做严格要求。

修补材料在狭小的微裂缝中应可灌入自如，应确定好浆体的流动度大小和微裂缝灌入难度的关系，并将此作为配方改善和材料性能测定的依据。道路工程实践中通常可采取可灌性试验来确定，方法是:将混凝土试件从中间劈开形成两个试块，保持两试块竖直靠拢，中间留一条上口宽度1 mm～3 mm的平行裂缝和V形裂缝，使用水泥将裂缝周围做密封处理，通过调整水灰比的方法获得不同的流动度。将搅拌好的水泥浆体倒入缝隙，待水泥浆体初凝以后，分开两个混凝土试块，观察和测量水泥浆的灌入情况。对实验结果进行分析得出，浆体的流动度在220 mm左右时，可灌满整个裂缝。鉴于裂缝的实际情况较实验状况更为复杂，我们把完全灌入裂缝的浆体流动度限定在235 mm左右，将其定义为对1 mm～3 mm微裂缝的可灌性临界值。

用于路面表层裂缝修补的材料，不但要完全灌入裂缝，还必须具有与路面结构相同的路用性能，如力学性能与耐久性能。为保证路面修补效果，避免修补材料与基质材料在修补后发生脱离，修补材料还应具有良好的粘结和变形性能。可见，修补材料必须具有优良的工作性能和路用性能才能充分保障其在工程实践中的应用效果。此外，裂缝修补材料要与路面长期共同承受交通动荷载的冲击振动作用，要求修补材料必须具有适宜的刚度，以缓冲瞬间荷载，防止修补材料中或界面上破坏的再度产生。

6 微裂缝修补材料的工艺控制

1)为优化裂缝修补材料配方，设计正交试验方案，试验结果显示水灰比宜控制在0.5左右、聚合物掺量宜控制在10%左右、减水剂掺量宜控制在0.2%左右。测试结果表明，掺加适量聚合物的修补材料的析水率只有基准材料浆体的50%左右，聚合物的掺入对修补材料浆体稳定性的提高作用效果非常显著。2)修补材料的路用性能测试表明，在水泥中掺加单一聚合物，其力学强度比不掺加聚合物的试件要低。采用两种聚合物混合的方式进行改性，其修补材料的力学强度比基准试件有所提高，并能够达到路面力学强度规范的要求。力学强度最佳时的两种聚合物的共混比例约为3/2～2/3之间。加入聚合物使得修补材料的刚度比普通水泥材料低10%～15%，修补材料在脆性材料的基础上增加了柔性，较大提高了对抗冲击荷载的能力和使用的耐久性。3)加入膨胀剂可极大降低水泥试件体积收缩，甚至可产生微膨胀，这对于改善和增强修补材料与基质混凝土之间的界面作用较大。外掺剂对改善修补材料的孔结构作用明显，降低了总孔隙率，减少了有害大孔，增多了无害小孔，修补材料的抗渗性和耐久性明显提高。

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