混凝土路面超薄层罩面修补技术的应用研究.pdf

2 0 1 5年 第 2期 2月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA CONCRET E AND CEMENT PRODUCTS 2 01 5 No 2 F e b r u a r y 混凝土路面超薄层罩面修补技术的应用研究 邓剑涛 ( 福建省建科院路桥所 ， 福州 3 5 0 0 2 5 ) 摘 要： 介绍 了一种加铺 2 c m 混凝土超薄层修复旧混凝土路 面的技 术。 分析 了旧路 面加铺超薄混凝土层 的可行性 ， 研 究了加铺混凝土层的技 术路 线及材料 配比， 探 讨 了施工工艺对混凝土 流动性和力 学性能的影响。工程实践表 明， 采 用 自密实早强型聚丙烯纤维细石 混凝 土超薄罩 面修补技术 ， 养护 7 d后 即可开放 交通。经过一年 多的使用观察发现 ， 路 面无开裂和明显的磨损现象 ， 达到 了设计的预期 目的。 关键词 ： 混凝土路面： 聚 丙烯纤维 ： 自密实混凝土 ； 超 薄加铺层 Abs t r a c t ：A k i n d o f 2c m u l t r a -t hi n c o n c r e t e o v e r l a y o n o l d c o n c r e t e p a v e me n t t e c h no l o g y i s i n t r o du c e dTh e p o s s i bi l i t y o f u l t r a t h i n o v e r l a y i s a n a l y z e d t h e o r e t i c a l l y a n d t h e t e c h n i c a l r o u t i n e a n d mi x t u r e r a t i o o f u l t r a t h i n o v e r l a y c o n c r e t e a r e s t u d i e d T h e i n flu e n c e o f t h e c o n s t r u c t i o n t e c h n o l o g y o n c o n c r e t e l i q u i d i t y a n d me c h a n i c a l p r o p e r t i e s a r e d i s c u s s e d T h e r o a d c a n b e o p e n e d f o r t r af fi c a f t e r c u r i n g 7 d i n t h e e n g i n e e r i n g p r o j e c t b y u s i n g t h e e a r l y s t r e n g t h a n d s e l f - c o m p a c t i n g t y p e po l y p r o py l e ne fibe r fin e s t on e c o nc r e t e p a v i n g t e c h no l o g y Af t e r mo r e t ha n a y ea r o f us e o bs e r v a t i o n ，t h e r e i s n o c r a c k i n g a n d o b v i o u s w e a r p h e n o me n o n o n t h e c o n c r e t e p a v e me n t ， t h e r e f o r e ， t h e t e c h n o l o gy a c h i e v e s t h e e x p e c t e d a i m o f d e s i g n Ke y wo r d s ：C o n c r e t e p a v e me n t ； P o l y p r o p y l e n e fi b e r ； S e l f - c o mp a c t i n g c o n c r e t e ； Ul t r a t h i n c o n c r e t e o v e r l a y 中图分 类号 ： T U 5 2 8 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 5 ) O 2 3 6 0 3 0前 言 目前 ， 我 国许 多混凝 土公路在运营期 间 ， 由于 各种原 因会产生混凝土路面开裂 、 露骨及破损等缺 陷 ， 严重影响了道路的通行性能 。对此一般采用 的 方案是先按照国家有关规范对混凝土路面缺陷 的 现状进行质量评价 再根据评价结果来决定是采用 整板拆除还是采用加铺法进行维修。对于只是路面 使用性能受到影响的混凝土表面薄层破坏缺陷 ， 如 果被维修的混凝土路面板整体结构 尚可利用 ， 路基 弯沉值能满足规范要求 常常采用对现有混凝土路 面的表面进行必要 的处理来延长其使用寿命 。因 此 ， 采用适 当的修补技术来恢复旧混凝土路面的使 用性 能 ， 对节能减排 、 恢复交通安全具有深远 的意 义口 1 。采用混凝土道路薄层罩面修补技术是道路修 复的重要技术措施之一。 混凝土道路薄层罩面修 补技术是在 旧混凝土 路面表面铺筑一层新的薄层混凝土 ， 依靠新 旧混凝 土的紧密连结形成整体结构板块。但加铺层的厚薄 直接影响到道路其它附设工程的正常运行。所以在 保证质量的前提下 。 在充分利用 旧混凝土路面板 的 同时应最大限度的减小新铺混凝土修补层厚度 ， 以 减少对道路其他附设工程 的影响 ， 并 可降低整体 的 维修工程造价闭 。 一 3 6 1 超 薄层 混凝 土罩面 修补 技术 的可行 性分 析 薄层罩面修补混凝土路面技术的关键点之一 在于研制的修补材料必须能与 旧混凝土密切结合 形成一新 的结构体。要求新 旧混凝土材料在物理和 力学性能上相似 ， 并且要有足够的强度 、 耐久性和 稳定性。公路混凝土养护规范要求加铺的混凝土厚 度最小要大于 1 2 c m， 但这个厚度往往会影响道路其 他附设工程的正常运行。为此， 本文在保证质量的前 提下 ， 研究 提出 了 2 c m超薄层 混凝土罩 面修 补技术 。 对 水泥 混凝 土 结构 形 成 机理 分 析 可知 ， 水 泥 混 凝土材料主要是 由水泥胶结体和骨料散粒体组成 。 这两种材料界面相关性好坏决定着水泥混凝土结 构体 的性质。其实新旧材料的结构形成和受力问题 归根 结底 也是 两种材 料 的界 面问题 。 实 际上 。 可 以把相 对稳 定 的 旧混 凝 土 看作 混 凝 土 中 的骨料 ， 而新 混凝 土 中起 到胶 结 作 用 的仍 然 是 水泥胶结体 。因此 ， 影响新旧混凝土整体强度 的主 要因素依然是水泥水化时产生结 晶体的分子间化 学吸引力 、结晶体与骨料表面之间的物理啮合力 。 所 以 首先 在材 料 配 比的设 计 上就 要 遵 守在 满 足 水 泥水化 以及工艺要求条件下尽量减少用水量 ， 减少 由于用水过多造成混凝土 内部存在过多毛细孑 L 从 而 影 响 结 构 强度 ： 其 次 ， 工 艺 要求 尽 量增 加 旧混 凝 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 邓剑涛 混凝土路面超薄层罩面修补技术的应用研究 土 的有效 界 面面 积 ( 强 度满 足要 求 的界 面面 积 ) 。 按 照上 述 分 析 在 旧混 凝 土 上 加铺 一 层 新 混 凝 土 与其 厚 薄关 系不 大 主 要是 解 决 新 旧混 凝 土 的 界 面问题及如何设计一种能与之 匹配 的新混凝 土材 料的配合 比和工艺的问题 ， 在实际应用 中可采用高 效减水剂 、 微膨胀剂 、 界 面剂 、 界面粗糙工艺等措施 来 解 决此 问题 。 薄层罩 面修 补混凝 土路面技术 的关键 点之二 是采用 自密实混凝土技术 。薄层罩面混凝土振捣施 工引起 的表面提浆容易产生面层骨料含量 降低从 而导致路面耐磨性下降。 而采用 自密实混凝土可以有 效解 决 此 问 题 ， 它是 在 混 凝 土 中按 比例掺 加 高 效 减 水剂 、 细矿物粉料和粗细骨料制成的具有较高流动 性能的 白密实混凝土 、 只需轻微人工振捣抹面即可。 薄层罩 面修 补混凝 土路 面技术 的关键点 之三 是研制具有抗裂 、耐磨及抗冲击性能 的修补材料 。 针对 导 致 薄层 罩 面 混凝 土 路 面易 磨 损 、 易 开 裂 的 问 题 ， 薄层罩 面材 料必须要有较小 的收缩率 、 较强的 粘结力和较好 的耐磨性与抗冲击性能。聚丙烯纤维 是 目前较为广泛使用的一种有机合成纤维品种 ， 它 具有价格低廉 、 来源广泛的优点 。由于聚丙烯纤维 直径小 ，在较少的掺量下就能获得很好的效果 。 常 常用于抑制混凝土的塑性开裂。国外有研究表 明， 掺 加适 量的聚丙烯纤维与水泥用量相 同的普通 高 强混凝土相 比 ， 耐磨强度可提 高 5 0 以上 ， 还可 以 显 著改 善混 凝 土 的抗 冲击 、 抗 疲 劳等性 能 。 基 于 上 述分 析 本 研 究 旨在对 破 损 的混凝 土 路 面进行超薄层结构补强或薄层罩面修复设计 ， 并利 用硅酸盐水泥 、 高效减水 剂 、 膨胀剂 、 界面剂 、 矿物 掺合料 、 聚丙烯纤维 、 细碎石 、 河砂等材料配制 出 自 密实混凝土 。通过在某实际路面修复工程中进行应 用 ，为 自密实 聚丙 烯纤 维 细骨 料混凝 土 在实 际超 薄 层加 固路面工程提供技术依据。 2 超薄层混凝土罩面修补路面方案设计 超 薄 层 混 凝 土 罩 面修 补 路 面方 案 设 计 可 以参 考 我 国现 行 水 泥 混凝 土路 面加 铺层修补设计方法 采用弹性地基上等效 单层板方法设计结合式加铺层 。 设计步骤 为 ： 按照现有规范对混凝土路面结构损 坏状况进行调查 、 评估 ， 确定加铺层形式 ； 用旧路面上测定的弯沉值反算得到 当 量回弹模量值 ， 分别按等刚度原则转换成 等效单层板 ，得到等效单层板 当量厚度 ： 按上述设计参数和等效单层板厚度 ， 应 用新 建 路 面 设 计 方 法计 算 满 足设 计 要 求 的等 效单 层板 荷 载疲劳 应力 和温 度疲 劳应 力 。再 按 层间结合条件 ， 将单层板应力分摊到新加铺层和 旧 面层上 ， 检验它们是否满足混凝土强度标准。 3 自密 实聚丙 烯 纤维细 石 混凝土 加 固材料 的制 备 3 1 原 材 料与试 验 方法 水 泥 为 4 2 5 R 普 通 硅 酸盐 水 泥 ： 减 水 剂 为聚 羧 酸盐减水剂 ， 固含量 4 0 ， 减 水率 3 0 ： 粗集 料为 5 1 0 mm连续级配细碎石 ； 细集料为中砂 ， 细度模数 2 6 ； 膨胀剂、 聚丙烯纤维等。 水泥 、干粉膨胀剂和砂骨料要预先搅拌均匀 。 添 加 的高 效 早 强 减 水 剂 和 聚 丙 烯 纤 维 必 须 预 先 与 水 拌合 均 匀 ， 然 后再 将 粉料 与水 料按 配 合 比一次 性 搅拌 ， 最后再加人细碎石骨料搅 拌 ， 制成现场浇捣 使用 的水泥复合细骨料混凝土。否则易造成硬化不 均匀 ， 严重影 响超薄层罩面混凝土的质量 。试验按 照有 关 规范 方法 进行 。 3 2 加 固材料 试验 结果 与分 析 试验设计 四组试样 。编号 1 编号 4试样分别 为对照组 、 掺加外加剂组 、 掺 2 0 的 5 1 0 m m粒径 细 碎石 组 和在 编号 3试样 基础 上掺 加 0 9 k g m ， 的 聚 丙烯纤维组 ， 试验结果见表 1 ( 泌水率都为 0 ) 。 由表 1可以知道 ， 聚丙烯纤维 细石混凝 土( 编 号 4 )的初始流动度达可到 2 8 2 mm， 7 d 、 2 8 d弯拉强 度 分别 为 5 4 MP a 、 5 8 MP a ， 7 d 、 2 8 d抗压强度分别 为 4 5 1 MP a 、 6 3 3 MP a ， 满足极特重交通荷载 5 0等级的 要 求 。可 以确定 它是 一种 早强 型加 固材 料 。聚丙烯 纤 维 细石 混 凝 土膨 胀 率低 有利 于 减少 界 面 处 上下 层 出现剥离和滑移现象 ， 增加新 旧混凝 土变形协调 性 ， 并 有利 上下 层共 同形 成整 体增 强 的复合 结构 。 4 超 薄 层加 固路面施 工 工艺及 工 程应 用 4 1 超 薄层 混凝 土加 固路 面施 工工 艺 施工工艺对超薄层加 固材料性能影响很 明显 。 故对其技术要求应更为严格 。施工工艺根据 J r G F 表 1 超薄层混凝土罩 面加 固材料 的性 能试验结果 一 3 7 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 5年第 2期 混凝土与水泥制品 总第 2 2 6 期 3 0 2 0 0 3 公路水泥混凝土路面施工技术规范 的要 求进行 。在铺筑前应先对原路面进行凿毛处理 ， 以 提高新 旧混凝土的粘结性能 ， 原则是要露出旧混凝 土 的 骨 料 ， 尽 量 凿 除 骨 料 周 围的水 泥砂 浆 ， 并 注 意 避 免破 坏 其原 有结 构 ， 同时要 把 混凝 土 表 面 的油 污 清理干净。然后用高压水清洗凿毛的混凝土表面 ， 经过凉干后再涂刷一 层混凝 土界面剂 以增强新 旧 界 面粘结 强度 由 于此 类 混 凝 土 的水 泥 初 期 水 化 反应 速 度 比 较快， 凝结速度也相对较快。因此 ， 每批混凝土的拌 料量不宜太大， 并应尽量缩短拌合物到现场的运输 距离。 5 c m以内的浇筑厚度采用人工压实抹平即可 ， 如板块较厚时可采用插入式轻型振动棒捣实 ， 然后 再抹平混凝土表面 ， 不得有蜂窝麻面 ， 上述工艺过 程 应该 在 3 0 m i n内完成 。需要 压纹 也要 在混凝 土终 凝前完成 ， 视天气情况一般为 2 4 h 。 因为水泥水化热快速释放的特点 ， 当新拌混凝 土的表面水分蒸发大于泌水速度时， 混凝土就容易 产生 干缩 裂缝 。所 以 ， 在 浇 筑 完毕 后应 立 即覆 盖薄 膜或喷涂养护剂等 ， 防止表 面水分失水太快 ， 避免 出现裂缝等现象 影响到混凝土表面的强度和耐磨 性 。在浇筑完毕刻痕后 ， 应连续不断浇水保湿直至 达到强度要求开放交通。在施工时间选择上应该避 免夏季 白天高温时段和冬季晚上低温时段 ； 施工 中 如 遇大 风 和下 雨 天气 也必 须 采取 保 护 措施 ， 防止 水 分的散失和雨水浸泡。 4 2 超 薄层混 凝土 加 固路面 工程应 用 某高速公路 收费站的通道路 面由于路基 问题 导致 部 分通 车道 的混凝 土 路 面下沉 开 裂 造 成 收 费 站无法正常使用 分析原因是当时基础的碾压压实 度不够 ，混凝土路面的损坏状况评定等级为中等。 业 主方要求研制一种能满足快速可靠 的修复方法。 要 求混 凝 土的结 构层 厚度 最小要 达 到 2 c m最厚 为 原有路面沉降的最大值。 其沉降差异最大达到 1 5 c m。 考虑到通车压力。经过调查验算并经得业主同意 ， 采 用先 对 混 凝 土 板 基 础 压 注早 强无 收缩 的 C 1 5水 泥 浆体 以加固路基 ， 在其之上加铺 自密实早强型聚丙 烯纤维高强细石混凝土结构层的修复方案 。 原混凝土路 面板 的交通荷载等级为 5 0 ，长宽 为 3 m x 4 m， 厚度为 2 5 e m。板底基础注浆孔按梅花型 分布 ， 孔间距为 1 5 m 要求每块板要有一个注浆孔 ， 埋注浆管深 3 m。浆液水灰 比 1 0 0 5 ，注浆时掺入 2 的高 效早 强减水 剂 和 5 膨胀 剂 。注浆 时浆液 从 稀到浓 ， 在终止注浆时浆液水灰 比达到 0 5 ， 注浆最 大压力控制在 0 5 0 6 M P a范围内。在终止注浆前 ， 一 38一 维持注浆压力 3 0 mi n 。 在对下沉开裂的路基进行注浆后 ， 凿除所有下 沉开裂 的旧混凝土和不下沉的两端混凝土表面 ， 两 端混 凝土 的凿 除厚度 不小 于 2 e m，并 且凿 除 到露 出 原来混凝土骨料 为准。清理疏松的混凝土 ， 再用高 压水枪冲洗干净 ， 晾至表干， 然后涂刷界面剂 ， l h后 浇注 自密实早强型聚丙烯纤维高强细石混凝土。浇 注混凝土后 ， 在初凝后终凝前完成 路面刻痕 ， 然后 覆 盖塑 料 薄膜 和 土工 布 洒 水 养护 7 d后 检验 弯 拉 强 度 为 5 3 MP a 、 抗 压 强 度 为 4 2 5 MP a ， 达 到 通 车 条 件 恢 复路 面标 线 后 开放 交 通 。后 续检 验 2 8 d的弯 拉强度为 5 5 MP a 、抗压强度为 6 0 9 MP a ，满足道路 交通荷载为 5 0的等级要求 。经过一年多的使用观 察检查 铺筑的混凝土表面无开裂和磨损现象 ， 达到 了设 计的预期效果 。工程效果如 图 1 所 示。 图 1 铺筑加铺混凝土前后的道路施T 现场照片 5结语 ( 1 ) 新 旧混 凝 土 的界 面 粘结 强 度是 影 响 路 面修 复效果 的关键 因素。 ( 2 ) 通 过试 验 ， 配 制 出 了初始 流 动度 为 2 8 2 m m， 7 d 、 2 8 d弯拉 强度 分别 为 5 4 MP a 、 5 8 MP a ， 7 d 、 2 8 d抗 压强度 分别为 4 5 1 MP a 、 6 3 3 MP a的 自密实早强 型 聚丙烯纤维细石混凝土。满足交通荷载 5 0等级的 要求。 ( 3 ) 通过对旧混凝土道路表面的有效处理能进 一 步提高新 旧混凝土的界面粘结强度 ， 加强后期养 护措施 自密实聚丙烯纤维高强早强细石混凝土可 以满足现场工程的需要 。经某高速公路收费站通道 路面一年多的使用实践表明， 该技术是可行 的。 参 考 文献 ： 1 刘春华 水泥 混凝 土路面快速薄层修补材料 D】 长沙： 湖 南 大学。 2 0 0 8 ： 5 2 秦 中强 新 旧混凝 土界面结合状态研究 D 武汉 ： 武汉理 1 ： 大 学 2 0 0 6 ：4 3 4 4 收 稿 日期 ： 2 0 1 4 1 2 2 5 作者简介 ： 邓剑涛( 1 9 6 1 一 ) ， 男 ， 高级工程师。 联系电话 ： 1 3 8 0 5 0 5 3 5 3 8 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m