基于“三层修补法”的水泥道面砂浆恢复层材料与结构研究＊

王百林 王 坤 杨体文 叶 青 山宏宇 田耀刚

（宁波市高等级公路指挥部1） 宁波 315105） （长安大学材料科学与工程学院2） 西安 710064）（海南高速公路股份有限公司3） 海口 570203） （镇江技师学院4） 镇江 212003）（贵州省交通规划勘察设计研究院5） 贵阳 550001）

0 前 言

水泥道路发展迅速，随之出现的问题也越来越多，尤以面层砂浆层的破坏较为突出，这类破坏如不及时修补，则会出现更大的破坏，从而造成以后的修复难度大，经济成本高．从技术上讲，影响水泥混凝土路面修补质量的关键在于所采用的修补材料和修补施工工艺［1－2］，目前，国内外修补材料发展很快，如德国的“Draifach”水泥，美国研制的III型水泥，我国苏州水泥混凝土制品研究院研制了PR－I型混凝土快速修补剂，长安大学陈栓发教授等研究的HW系列超早强水泥混凝土修补剂［3］，水泥基修补材料的发展很好，但是在使用过程中也发现了一些不足之处：收缩大，易导致修补材料与旧混凝土的拉开；与旧混凝土相容性差，界面缺陷易使结合部开裂；养护周期长，阻断交通时间长；道路强度不均匀，传递荷载不一致，从而导致使用寿命短，路面的使用功能低［4－5］．

然而修补材料和旧混凝土路面是一个整体性的结构［6］，修补应从整体性考虑，传统的修补技术很显然不能满足经济的发展和人们对路面功能的要求，因此针对此类问题，并解决了修补中经济成本高、养生时间长的缺点，研究出超薄罩面抢通修复材料，并基于修复工艺，提出“三层修补法”．这种方法可以尽快的修复破损路面，减少水分的下渗，减少路面结构和基层的损坏；可以使得修补变得简单易行，减少施工时的交通干扰，尽快恢复交通；修补后使用寿命长，耐久性好．

1 结构层分析

混凝土道面是一种刚度大、扩散荷载能力强、稳定性好的路面结构．然而这些良好的性能主要依赖于混凝土道面的整体性，而当混凝土道面破坏后，修补材料如何保障其整体性就成了一个关键问题．

超薄罩面修复后的修补料与旧混凝土界面结构类似于普通水泥混凝土过渡区的结构，其界面强度应低于修补材料本身的强度，与旧混凝土路面的粘结性是超薄罩面修补材料必须考虑的问题，所以使用良好的界面材料，使其保证良好的粘结性是一种很好的方法．超薄罩面修补材料强度一般都会很大，从而会使其脆性较大，修补后，行车荷载的反复冲击作用，加上环境因素的耦合影响，所修补的砂浆结构层就会产生疲劳破坏［7］，所以在修补材料的表面铺一层养护层，可以很好的解决这个问题．见图1．

图1 修补后破坏图示

基于此，提出了“三层修补法”．在破坏的旧混凝土表面铺一层界面粘结材料，然后应用自己研制出的罩面修补材料，最后在表面铺一层水性养护材料，以解决修补后出现的结构性问题，达到混凝土的整体性，使修补后能得到跟好的路用性能［8－9］．

2 材料性能

表1～2分别为所用的胶凝材料技术指标和修补材料的配合比［10］．

表1 胶凝材料技术指标

表2 配合比

运用的表2配合比，确定该修补材料的主要技术指标见表3．

表3 修补材料主要技术指标

此外，根据三层修补法的原则，研制出水溶性养护材料，此材料的性能对比见表4．

表4 不同养护方式对强度和性能影响结果

对新研制的界面材料进行劈裂试验和抗折试验示意图见图2［11－12］．

图2 界面材料劈裂、抗折试验示意图

经过试验，得出界面处理材料性能见表5．

表5 界面材料劈裂、抗折强度性能指标

3 “三层修补法”

修复工艺对修复效果的影响很重要［13］，基于此，经过长期研究与实践，提出了“三层修补法”的工艺来实现，流程见图3．

图3 三层修补法流程图

4 工程应用

将研制出的材料在河南商城县道X006商城至安徽方向路段，施工的工艺如下．

1）涂界面处理剂（见图4） 界面清除后，首先要进行表面润湿，用干净的自来水充分湿润清洁的路面板，然后，在修复砂浆与混凝土道面之间涂界面材料，它是保证砂浆修复质量的关键．涂界面粘结剂时按以下2个步骤进行：（1）现场制备界面材料，并立即将配制好的界面剂进行喷涂施工，静止停放时间不得超过15～20min（根据气候条件不同而不同）；（2）采用人工喷涂界面处理剂，用刷子或扫帚将配置好的胶浆涂刷于处理后的混凝土表面，要求喷涂均匀，厚度约为0．8～1．1mm，用量为0．15kg／m2．每次喷涂界面剂的面积不要太大，要在界面剂初凝之前将砂浆摊铺到位．因此应加强界面剂喷涂与砂浆浇筑施工之间的密切配合．

2）修补砂浆搅拌和浇筑［14］（见图5） 修复砂浆拌制的关键是在砂浆的拌和过程中，保证纤维均匀分布于砂浆之中，所以要求砂浆拌和时采用强制式拌和机搅拌．拌和中严格按照水灰比要求，不得随意加水．

图4 修补面润湿与涂界面剂

浇筑时，凝结时间会因施工地点的气温和风速而有所不同．将搅拌好的料倒入清理过的道面上，采用压实振动的抹面方法，并根据实际情况进行表面收浆处理．由于受可操作时间影响，物料必须在45min内浇筑完．

图5 修复砂浆的搅拌、浇筑与饰面

3）养护．薄层修补难度很大，传统养生方式难以满足要求，此次试验路段使用开发的专用养护材料，具有与混凝土亲和性强，能在其表面形成胶状硅酸盐，且具有填充表面孔隙、促进水化，还能减缓水分蒸发，预防表面微裂纹，提高混凝土强度及耐久性等作用．修复后使用效果图见图6．

图6 修复后使用效果图

图为薄层修复一年后路面使用情况．从图中可以看出，修复部分使用情况良好，表明光滑，与原混凝土具有较好的粘结性，未出现病害的现象．

5 结 论

1）水泥混凝土道面薄层修复后具有在2h就可以达到通车的能力，且早强快硬，后期强度没有发生衰减．

2）“三层修补法”对施工工艺的要求简单，一般的施工单位可以进行施工．

3）“三层修补法”能够满足修补路面的整体性结构要求，使路面耐久性更好，并且对于气候条件要求苛刻的都有很好的效果，具有很好的实用价值，经济性好，易于大面积推广使用．

［1］李炜光，陈栓发，李建平，等．水泥混凝土路面的快速修补［J］．公路，2002（2）：55－58．

［2］COURARD L．Parametric study for the creation of the interface between concrete and repairs products［J］．Materials and Structures，2000，33（225）：65－72．

［3］陈栓发．超快速硬修补材料及其作用机理研究［D］．西安：长安大学，2000．

［4］李炜光，孙己龙，陈栓发．超早强修补水泥混凝土早强机理研究［J］．公路交通科技，2004（6）：40－43．

［5］江光炫，田 军．水泥混凝土路面快速修补技术综述［J］．华东公路，2004（1）：72－74．

［6］李保红．水泥混凝土路面局部破损快速修补材料的研究［D］．长沙：湖南大学，2004．

［7］李 华，缪昌文，金志强，等．水泥混凝土路面修补技术［M］．北京：人民交通出版社，1999．

［8］SHILSTONE J M．Needed paradigm shift in the techno logy for normal strength concrete［C］．Proceedings on Concrete Techno logy：Past，Present and future，Detro it，USA：ACISP－144，1994．

［9］ADACHI I，SHIBUYA K，KIMURA S．Most suitable treatment of the existing conerete pavement［J］．Joumal of Chibe Institute of Technology，1991，25（37）：64－73．

［10］王新民，李 颂．新型建筑砂浆干拌砂浆指南［M］．北京：中国建筑工业出版社，2004．

［11］彭 勃，戴 炜，单远铭．QTA－Ⅰ型混凝土路面快速修补剂［J］．中南公路工程，1998（9）：32－34．

［12］高丹盈，赵 军，汤寄予．钢纤维高强混凝土劈拉强度尺寸效应试验研究［J］．建筑材料学报，2004，7（3）：295－299．

［13］缪昌文，孙光萍，薛建新，等．JK系列混凝土快速修补剂的研制与应用［J］．施工技术，1995（5）：15－17．

［14］何建杰．水泥混凝土路面快速修补材料与工艺研究［D］．成都：西南交通大学，2006．