水泥混凝土路面裂縫的處治技術(shù)

1 前言 

　　水泥混凝土路面作為公路工程的重要路面形式之一,得到愈來愈廣泛的應(yīng)用。水泥混凝土路面具有強度高、經(jīng)久耐用、養(yǎng)護費用低等優(yōu)點。然而,就全國水泥混凝土路面使用狀況而言,仍存在許多問題。設(shè)計理論不完善、施工經(jīng)驗不足及養(yǎng)護不規(guī)范、不重視等情況,使許多水泥混凝土路面發(fā)生損壞,出現(xiàn)了早期病害,表現(xiàn)出功能性缺陷等問題,嚴重影響公路使用質(zhì)量。 
　　關(guān)于混凝土路面的裂縫,國內(nèi)外學者做了大量而深入的研究,從混凝土材料的組成機理及外界因素等各方面分析了水泥混凝土路面的斷裂破壞,并取得了大量的研究成果,對混凝土路面斷裂處理提供了科學依據(jù)。作者基于以上研究成果,對混凝土路面的日常養(yǎng)護和病害處治等問題提出了解決方法,并應(yīng)用與工程實踐。 

2 裂縫形成機理分析 

　　水泥混凝土路面破壞的過程是微小缺陷形成、缺陷的逐漸擴展,形成裂縫貫通,最后形成貫穿路面板的裂縫。這個過程大致可以分三個階段: 
　　2.1 初始損傷和初始裂縫的形成階段 
　　在路面板混凝土攪拌、澆筑和成型養(yǎng)護過程中形成孔隙,即初始裂縫。初始裂縫的產(chǎn)生導致路面板在荷載的作用下出現(xiàn)應(yīng)力集中,使裂縫尖端附近的區(qū)域成為損傷最嚴重的區(qū)域。這一階段是水泥混凝土路面板使用前階段,是破壞過程的初始階段。 
　　2.2 損傷的不均衡累積和裂縫有限度擴展的階段 
　　由于路面板底部已經(jīng)出現(xiàn)裂縫,在荷載的作用下裂縫尖端附近區(qū)域產(chǎn)生應(yīng)力集中的現(xiàn)象,使得微小裂縫萌生、擴展、匯 聚,經(jīng)過荷載的反復作用,裂縫尖端附近區(qū)域損傷不斷積累,當某一荷載在裂縫尖端產(chǎn)生的應(yīng)力強度因子大于裂縫尖端附近區(qū)域的開裂韌度時,裂縫就與嚴重損傷區(qū)域中的微小裂縫貫通而擴展,從而穿越了導致嚴重損傷區(qū)域,裂縫尖端到達新的位置。這一階段涵蓋了水泥混凝土路面的整個使用壽命期,是破壞過程中最漫長的階段。 
　　2.3 斷裂階段 
　　當某一荷載的在裂縫尖端產(chǎn)生的應(yīng)力強度因子大于裂縫尖端附近區(qū)域的開裂韌度,裂縫穿越嚴重損傷的區(qū)域,尖端到達新的位置。此時,新的裂縫尖端應(yīng)力強度因子仍然大于新的尖端附近區(qū)域的開裂韌度,所以裂縫迅速貫穿路面板的整個厚度,使板塊徹底斷裂破壞。這一階段是水泥混凝土路面破壞過程中最短暫的階段。 

3 裂縫防治措施 

　　針對水泥混凝土路面裂縫原因,應(yīng)采取有效的全面的預防措施,以減少裂縫出現(xiàn)概率,延長混凝土路面的使用年限,提高行車舒適性。 
　　3.1 減少混凝土的缺陷 
　　減少混凝土缺陷,就是要減少混凝土中的雜質(zhì)、氣孔、微孔隙和微裂縫,降低路面板的初始損傷度?？刹捎锰砑訙p水劑等外加劑的辦法減少用水量,提高攪拌和震搗質(zhì)量。為了減少混凝土中的水分,盡可能采用真空吸水的施工工藝,減少干縮裂縫;減少溫度收縮裂縫的關(guān)鍵在于減少混凝土的內(nèi)外溫差,具體的辦法有三個:一是盡量避免在不利的溫度環(huán)境下施工,二是選用低水化熱的水泥,三是及時保溫;加強水泥混凝土凝結(jié)期間的養(yǎng)護,是減少混凝土中微裂縫的重要措施。 
　　3.2 提高混凝土的韌度 
　　降低初始度,增加有效的受力面積,是提高混凝土韌度的有效措施。除此之外,還可以利用鋼筋、纖維或聚合物等材料,改變混凝土的受力反應(yīng)模式。目前用于混凝土的纖維有鋼纖維、有機纖維、無機纖維和合成纖維,而應(yīng)用比較多的鋼纖維和合成纖維。與普通混凝土相比,鋼纖維混凝土的抗壓強度提高了5～20%,抗彎拉強度提高20～50%,收縮裂縫的總量減少了50%左右,在沖擊荷載作用下的抗裂性能提高了2～3倍。合成纖維是近年來逐漸被采用的纖維材料,合成纖維對改善混凝土的性能有很大的作用。 
　　3.3 減小路面板的收縮應(yīng)力 
　　路面板產(chǎn)生收縮應(yīng)力的條件:一是板塊收縮變形;二是變形受到限制。對于板塊干縮變形的控制,就是對混凝土干縮的控制;板塊的冷縮變形取決于氣溫變化和混凝土的熱膨脹性能,工程措施對此影響很小。減少路面板變形的限制,一是要提高基層的平整度,減少路面板與基層之間的摩擦;二是要阻止過渡層的生成,如在基層上鋪設(shè)塑料薄膜等。 
　　3.4 提高路基及基層施工質(zhì)量 
　　公路路基及基層應(yīng)具備較高的密實度、強度及水穩(wěn)性,因此規(guī)范施工,確保路基及基層施工質(zhì)量是防止水泥混凝土面層出現(xiàn)裂縫的重要前提?；鶎拥募夹g(shù)指標要求達到規(guī)范規(guī)定的壓實度和彎沉值,特別是橋涵構(gòu)造物附近(死角部位)更應(yīng)加強壓實工作,保證路基有足夠的、均勻的強度。路基排水設(shè)施應(yīng)完善,并要充分考慮地下水對路基穩(wěn)定的影響,對半填、半挖等結(jié)合處應(yīng)進行特殊處理?；鶎邮┕r要確?；鶎雍穸纫恢?強度均勻,嚴格控制基層頂面高程和平整度,以確保混凝土路面的厚度一致和減小水泥混凝土與基層的摩阻力。 
　　3.5 施工前嚴格檢查 
　　在準備攤鋪墊層前,應(yīng)對準備鋪設(shè)段的路基恢復放樣,并檢查該段的路基標高、橫坡度、寬度、壓實度等指標是否符合規(guī)范要求,并經(jīng)監(jiān)理工程師簽字認可后,方可進行施工。路面混凝土板施工要嚴格按規(guī)范要求選好材料及材料的級配,保證混凝土質(zhì)量并充分地密實,搞好施工縫、縮縫、脹縫的處治,防止路表水滲入路基。加強對基層彎沉、平整度、高程、橫坡、幅寬等項檢測。

4 混凝土路面裂縫病害的處治 

　　4.1 裂縫灌縫技術(shù) 
　　灌縫材料有環(huán)氧樹脂類、聚氨脂與改性聚氨脂類、烯類及瀝青橡膠類。高聚合物材料有耐熱、活性高、內(nèi)聚力高、粘附力強,收縮率較低等優(yōu)點。裂縫修補對于尚未凝結(jié)發(fā)生的塑性收縮裂縫,可用抹子直接抹平或施加二次振搗。輕微斷裂,裂縫無剝落,寬度小于3mm的裂縫,可采用灌入環(huán)氧樹脂方法修補。在施工中產(chǎn)生的收縮裂縫,在未通車前可直接灌注,如果在通車后產(chǎn)生,應(yīng)先清除雜物,在加以灌注。 
　　4.2 局部修補技術(shù) 
　　局部修補技術(shù)對于局部板面斷裂損壞,進行小塊修復,辦法是將凹槽鑿至貫穿板厚,在凹槽邊緣板厚中央打洞,深10cm,直徑4cm,水平間距30～40cm.每個洞應(yīng)先將周圍濕潤,插入一根直徑18～20cm,長約20cm的鋼筋,然后用快凝砂漿填塞搗實,待砂漿硬化后澆筑快凝混凝土振搗實,抹平即可。 
　　4.3 非結(jié)構(gòu)性病害處治技術(shù) 
　　大面積麻面、露骨、平整度差等結(jié)構(gòu)性病害,常采用瀝青混凝土罩面處理,處理厚度應(yīng)大于2.5cm,施工應(yīng)滿足《瀝青路面施工技術(shù)規(guī)范》要求。罩面前要對破碎板及整個路面進行修補和壓漿處理。一般的麻面可不作處理,只對露骨嚴重部分作整段處理,可用聚合物砂漿作薄層處理,其配合比宜為水泥:砂=1:2,用J6 型膠液拌和至均勻稠度,在清洗干凈的混凝土表面涂上IV 型超早強界面劑,待稍干后,將聚合物砂漿均勻攤鋪在路面上,厚度在15mm 以下,抹平、整形、拉紋、養(yǎng)生8h即可開放交通。 
　　4.4 舊水泥混凝土加鋪瀝青層修復施工技術(shù) 
　　在隔離層(粘層)上加鋪瀝青混凝土面層一般應(yīng)分為二層,下面層較厚(一般4～8cm),采用熱穩(wěn)定性較好的開級配粗粒式或中粒式瀝青碎石或瀝青混凝土,上面層較薄(一般厚2～9cm),采用防水性能較好的密級配細粒式或中粒式瀝青混凝土。 

5 工程應(yīng)用 

　　S210大修工程YH-15標秦嶺段,在K128+164～K132+265、K165+455～K176+855段為水泥混凝土路段,由于施工中產(chǎn)生收縮裂縫,在通車7天后部分面板出現(xiàn)不同程度的裂縫。通過技術(shù)、經(jīng)濟論證,選定采用灌縫技術(shù)處理病害,該灌縫材料由環(huán)氧樹脂、二甲苯、鄰苯二甲酸二丁脂、乙二胺、水泥按100:40:10:8:300的配比組成,鉆孔灌漿 

結(jié)束語 

　　對混凝土路面裂縫病害,最關(guān)鍵、最根本的是預防為主,即在設(shè)計和施工階段,應(yīng)采取嚴格有效的、全面的預防措施,嚴格遵守《公路工程施工標準》中的規(guī)定,切實抓好路基及基層強度,混凝土原材料及配合比設(shè)計,混凝土施工工藝等環(huán)節(jié),才能保證水泥混凝土路面的施工質(zhì)量,避免裂縫產(chǎn)生,盡量將可能出現(xiàn)的病害降到最低程度。