水泥混凝土路面灌浆材料研究.pdf

第3 期 2 1 1 O 6 年3月 广东土木与建筑 GUANGDON G ARCHI I C T URE CI VI L ENGI N EE RI NG N o 3 MA R 2 0 0 6 水泥混凝土路面灌浆材料研究 黎剑雄 孙晖 ( 1 、 从化市建设工程质量安全监督站 广东从化 5 1 0 9 0 0 ；2 、 广东省建筑科学研究院 广州5 1 0 5 0 0 ) 摘 要 ： 分析水泥混凝土路 面脱 空病害的成 因， 并采用灌浆技 术进行 处理 ， 通过 室内试验研制适合 的路 面灌浆材 料 结果表 明它具有早期强度 高、 流动性好 、 微膨胀等特 点， 在 实际工程 中应 用取得 了良好的效果。 关键词 ： 水泥混凝土路面；脱 空；灌浆 1混凝 土路面 病害分 析 水 泥 混 凝 土 路 面 是 一 种 性 能 优 良 的高 等 级 路 面 具 有 强 度 高 、 刚 度 大 、 扩 散 荷 载 能 力强 、 耐 久 性 好 、 养护量少等优点。但由于施工质量 、 结构设计 标准 、 荷载疲劳作用 、 养护不及时 、 交通量大且超重 型车辆 日趋增多等原因 ， 水泥混凝土路 面在使用过 程 中会 出现各 种病 害 ， 如 纵 向裂 缝 、 角隅 断裂 、 错 台 、 沉陷 、 脱空等 ， 严重影响行车安全【 2 这些病 害可 大 致 分为结 构性 破坏 和功 能性破 坏两 大类 。 大量 的水 泥混凝 土路 面早 期破坏 是 由于路 基 和 基层的不稳固支承形成脱空 路基不均匀沉降造成 的脱空使面板破坏远 比其 自身问题带来的破坏更为 严 重 ， 这 充分说 明板 下脱 空 是水 泥 混凝 土路 面破 坏 的主要原 因 混凝土路面的局部脱空现象较为常见且分布较 广 ， 它 大多发 生在 混凝土路 面 的缝边 板角 下 、 桥 头搭 板及 明涵台背 下 以及 暗 涵上部 与路 面板之 间 的区域 内， 其成因主要如下 ： ( 1 )路面板与基础之间具有一定抗剪能力 但由 于板内温度呈非线形分布 会引起板的翘 曲而导致 板与基础之间的分离 。 ( 2 )由于面层刚度较大，对路基强度要求不高 因此在路基支承均匀的情况下 面层可直接设在路 基上， 但在车辆荷载的作用下 面层和基础对于弯沉 变形 的恢复不一致 ， 导致板在荷载驶离后恢复原状 而路基则残 留部分塑性变形而无法恢复 这就形成 了板 底 同路基顶 面 间的脱空 。 ( 3 )当路面养护不及导致嵌缝料脱落时 水就会 通过纵 、 横缝下渗至路 面基层而导致其强度下降 此 时如遇车载作用 ， 强度较低的路面就会出现 比其它 部位更大的变形 且难以恢复而形成脱空 。 ( 4 )路基密实度不足 填石路堤未振动夯实 路 基设计填土较低 ， 当两侧为农田或鱼塘时， 会导致地 下水位升高 地下毛细水浸蚀基层使其局部强度降 低而出现脱空现象。 水 泥 混 凝 土 板底一旦出现脱一_一 一 r 下 空 就破 坏 了混 ( a ) 初始状态： 地基均匀支撑 凝 土 面板 与 基层 一 厂 原 有 的 密 贴 结 ( b ) 板中部脱空而形成简支 构 ，使弹性地基厂_广 上 的 弹 性 薄 板 受 - i i i 。 - 丌 下 力 形 式 转 为 兰 支梁板或悬臂薄 板受 力模 式 。 如 图 l 所 示 。在 车载 的 作用 下 将 产 生 过大的应力 、 应变和弯沉 严重影响水泥混凝土路面 板的使用性能和疲劳寿命 最终导致混凝土板过早 发 生 断裂 而形成 裂缝 灌浆 是 通过 把水 泥砂浆 加 压灌 注到水 泥 混凝 土 板底 以填充板底空隙 并把已液化的泥浆挤出 3 灌 人 的浆体在板下硬化后 ，可恢复板体与基层的连续 性 ， 有效改善板体受力状态 。对因水泥混凝土路面板 缝间唧泥而引起的下沉 、微裂和松动但尚未产生严 重破碎的水泥板 及时进行板底水泥砂浆灌注 既可 有效防治水泥板病害 延长路面使用寿命 又可降低 养护成本和提高经济性 ， 具有一定的推广应用价值。 2 灌 浆材 料分 类与 配合 比试验 常用 的 灌浆 材料 分 为 有 机 和无 机 两 大类 。 前 者 主要是一些高分子聚合物， 如环氧树脂 、 聚氨脂类材 料等。 目前应用较多的则是无机类灌浆材料 它们 61 维普资讯 2 伽 6 年3 月 第3 期 黎 剑雄等： 水 泥混凝 土路面 灌浆 材料研究 M A R 2 0 o 6 N 0 3 在使 用性 能上具 有强 度低 、 凝结 慢 、 泌水 大 、 易离 析 、 收 缩 大等缺 点 ， 在 很大 程 度 上 降低 了灌浆 加 固的效 果。灌浆加固材料应具有流动性好 、 早期强度高 、 无 离析或泌水、 无收缩等基本特点。 由于灌浆材料硬化后的抗折 、 抗压强度都要与 水泥混凝土路面的基层 、 路面强度较为接近 ， 以及灌 浆材料的上述特点对浆体的要求非常高 ， 一般的水 泥材 料并 不 能满 足这 方 面 的要 求 ， 因此要 求 研 制 合 适的灌浆材料。 2 1 原材 料 试 验 主要用 料为 4 2 5 R硅 酸盐水 泥 、 特 细砂 、 粉 煤灰 、 自来 水 、 减 水剂 及膨胀 剂 。 2 2 砂 浆配合 比 试验 目的是测试各种不同配合比的路面灌浆材 料 的抗 折 与抗压 强度 、 膨胀 等性 能 ， 并 要求 材料 流动 度适 中和不泌水 ， 以找出符合工程应用 的最佳配合 比的灌浆材料。拟采用 5种基本的配合比， 见表 1 。 2 3 试 验方 法 按照 公路工程水泥混凝土试验规程 ( J T J 0 5 3 一 裹 1灌浆材料 的试验配合比 9 4 ) 中规定的方法进行 ， 其中抗折 强度试 验 在 I n s t r o n 5 5 6 7万 能材 料试 验 机 ( 如 图 2 a ) 上 进 行 ， 采 取 位 移 控 制 模 式 加 载 速 度 为 0 0 0 1 m m s ， 抗折强度计算公式为 f 3 F L 2 b h ( M P a ) 式中L为支撑 间距 取 1 0 0 ra m： F为 极 限荷 载 ( N) ； b 、 h分别为试件的宽和高， 均 为 4 0 ra m。 抗 压 强 度 试 验 在 H T 9 5 0 1万 能 材 料 试 验 机( 如 图 2 b ) 上 进 行 ， 采 取位 移 控 制 模 式 ， 加载速度为 0 5 m m m i n 抗压强 度计算公式为 R = P S( M P a ) ， 式 中 P为破坏荷 载 ( N) ； S为受 压面 积 取 4 0 m m x 6 2 5 m m。 6 2 3试 验 结果分 析 3 1 抗 折试 验 其结果见表 2，可见 A组的抗折强度早期增长 不明显 ， 7 d强度仅约为 3 d强度的 1 - 3倍 ， 但后期增 长则较明显 ， 1 4 d强度达 3 d强度的 2 4倍 ； B、 C组抗 折强度前期增长较明显 ， 能较好地满足灌浆路面早 强 通 车 的 要求 ： D、 E组 强 度 增 长 不 如 B、 C组 明显 ； 由于 C组试件不足 ， 故缺少该组 1 4 d抗折和抗压试 验数据。从抗折强度及其随时间的增长情况看来 ， 各组均能较好地满足灌浆路面的抗折强度及早强要 求 。 3 2 抗 压试验 分析 抗折试验结果见表 2 ，可见按各组配合 比制成 的试件 ， 其 3 d抗压强度都远大于所要求的 4 MP a ， A 组 强 度 后 期 增 长 较 快 ， 1 4 d强 度 为 3 d强 度 的 2 3 9 倍 ， 较不稳定 ； 其它组的抗压强度均较稳定 ， B组 3 d 抗压强度已达 2 9 8 9 M P a ，均高于 A、 D、 E组 ， 7 d 、 1 4 d 强度分别为 3 d强度的 1 2 1 倍和 1 2 5倍。 对于灌浆材料 ， 其抗压强度应与基层材料相似 而低于路面材料， 以保证整体路面的协调变形 ， 防止 出现因灌浆材料强度不适而导致路面整体性不均匀 沉降 ， 出现弯折破坏。路面水泥混凝土抗压强度约 为 3 0 4 0 MP a ，由表 2可见 A、 C组抗压强度甚至高 于路面， 不利于路面受力而容易造成破坏； E组较弱， B 、 D组相对较好 ， 能较好地满足要求。( 下转第 5 4页) ( a )I n s t o n 5 5 6 7型 ( b )H T 9 5 0 1 型 图 2万 能 材 料 试 验 机 实 物 照 片 表 2各组 抗 折 和 抗 压 强 度试 验 结 果 试件 抗折强度 ( MP a ) 抗压强度( MP a ) 龄期 A B C D E A B C D E 1 d 1 0 4 1 1 3 1 5 9 0 9 2 1 0 4 4 0 9 4 6 2 8 21 4 O 8 4 0 3 3 d 3 0 7 5 1 1 4 8 6 3 5 0 3 6 9 2 8 51 2 9 8 9 5 1 3 3 2 5 0 7 1 8 5 5 7 d 3 9 6 6 1 9 5 5 1 5 0 3 4 6 8 3 6 7 8 3 6 2 3 5 8 2 8 3 6 0 4 2 3 5 1 1 4 d 7 3 5 6 4 0 一 一 5 5 3 5 3 8 6 8 2 2 3 7 4 6 一 一 3 9 6 2 2 7 O 6 2 8 d 4 4 7 4 8 0 5 9 6 4 8 0 4 6 9 7 8 5 5 4 8 21 6 2 61 4 6 1 6 3 6 1 6 维普资讯 2 加6 年3 月 第3 期 广东 土木与 建筑 M A R 2 加6 N o 3 ( 2 )不完全委托监理模式 由建设 单 位 和监 理( 咨询 ) 单 位 共 同完成 项 目 管 理 工 作 。业 主根 据工 程需 要 ， 只 对工 程 建设 的某 一 阶段 、 某一部分或其中的某项T作 内容的监理进 行委 托 。对 于某 些 业主 来说 ， 在 投 资控 制 方 面 的力 量 可 能较薄 弱 需 要监 理单 位在 某个方 面 为其把 关 ； 而对其他业主来说 。 他们需要 的是以现场质量监督 为主 的施工 监理 服务 。 多层次 的市场 需求 最终 形成 多层 次 的服 务来 源 ， 对 这 一类 的监理 收费 ， 标准 相应 可 以低一些 。 4 2以建设工程的性 质规模 、 难易程度 、 工作条件 等设 定 收费 的增 减 系数 。 ( 1 )工程 施 工 监理 的 收 费不 但 要 看项 目投 资 的 大小 。 更 重要 的是要 考虑 工程 的施 工条件 、 施工 难度 和技 术含量等。如市政工程建设项 目。 同样的投 资 对于桥梁工程和道路工程就会体现出不同的技术难 度 。 即使 同是 桥 梁工 程 ， 也有 过 江 过海 的特 大桥 梁 和普通陆地高架桥之分 ， 监理 面临的技术难度和承 担 的 风险 也不 一 样 。因此 。 在 同样 的 投 资总 额情 况 下 ， 桥梁 工程特 别是 特大 桥梁工 程 其监 理单 位投入 的人力素质要求较高 ， 付 出的成本要比道路工程 和 普通高架桥要高得多， 其监理收费就应相应提高。 ( 2 )对 同一工程 不 同的施工 阶段 其 监理 费也 应 有 所 区别 。 如某 道路 一期 工程 里程 6 3 k in 概算 造价 约 2 5亿元 ， 监理工期 8个月， 保修期 1年。由于工 期短 ， 故需配备驻场和其他监理人员 5 0人以上 ， 监 理 费超 过 2 0 0万 元 ，费 率为 概算 造价 的 0 8 0 1 ， 人 均经费 5 5万元 年。同样是以上工程项 目， 建成投 入使用后每年的养护维修工程费约 3 5 0万元 ，配备 监理人员 6 人， 监理费按人均经费 5 5 万元 年计算， 约为 3 3 万元， 费率是养护费的 9 4 3 。可见， 两者不 能以 同一 的监理 费率 而论 。 4 3 设定优质优价 ， 奖优罚劣的标准。 引导监理在提高服务水平 提高技术含量上获 得 更大 的经 济效 益 。 如工程 项 目获得 鲁班 奖 、 省 优或 市优 ， 提出合理化建议节省 了投资、 缩短了工期等的 奖励标准 ； 又如出现质量 、 安全事故以及由于管理失 误 ， 造 成投 资增加 ， 工期 延误 等 的惩罚 标准 。 需要注意的是 。 以上收费标准要充分体现政府 定价和市场运作相结合模式 ， 体现国家 、 业 主、 监理 单 位 的责 、 权 、 利 的关 系 ， 以求 达到双赢 的效果 。 5结束语 多年 的实践证明 ， 推行工程建设监理制度是我 国建设事业进程中的一个里程碑 。 有利于我 国建设 事业 走 向规 范 化管 理 ， 与 国 际 同行 业 接轨 。面 临 监 理行业 中出现的各种问题 ， 只要积极寻求解决办法 。 同时抓住市场机遇 。 相信监理事业的发展前景将是 相 当广 阔 的 ( 上接第 6 2页) 故本文推荐 B组 、 D组作为路面灌浆材料的配合 比。 3 3 砂级 配 的影 响 本 次试验 采用 的砂 粒最 大粒 径 为 2 5 ra m。尤其 是掺量较大时出现明显的不均匀下沉现象 ，故建议 采用特细砂， 细度模数 1 2 1 ， 控制最大粒径 0 6 5 ram。 4结论 水泥混凝 土路面的板底脱空是一种常见病 害 会严重影响行车舒适性及安全 ， 本文介绍了路面脱 空板 的成 因 、 危 害以及 处理 对策 ， 并通 过试验 研制 出 符合工程应用的灌浆材料 ， 并经从化市公路局在实 际路段使用此配合比对路面灌浆修复前后的路面进 行弯沉检测 ， 证明灌浆效果显著 ， 行车舒适性得到显 著改善。 5 4 参考文 献 1 赵永利 ， 王建伟 ， 黄晓明 脱空水泥混凝土路 面板灌浆加 固材料的配制及施工 J 筑路机械与施工机械化， 1 9 9 8 ( 1 5 ) 2 姚燕旺 ， 利 仲波板底 灌浆 法防治水泥混凝土路面病害 探讨 J 广东交通科 技 ， 2 0 0 2 ( 1 ) 3 何浩 ， 张定 昆公路水泥混凝土路面机械压浆施工技术 J 华东公路 ， 2 0 0 2 ( 6 ) 4 J T J 0 5 3 9 4公路工程水泥混凝 土试验规程 S 维普资讯