环氧沥青及其密级配混凝土处治水泥路面裂缝研究.pdf

环氧沥青及其密级配混凝土处治 水泥路面裂缝研究 闫景侠 ( 毫州市公路管理局， 安徽 毫州 2 3 6 8 0 0 ) 1 背景 由于水泥混凝土材料的固有特性 ， 在路面施工过程中受各 种因素的影响， 产生裂缝是不可避免的。 裂缝一旦出现， 就应及 时进行修补， 否则在车辆荷载的往复作用下， 加上环境因素的 影响， 裂缝将随时间扩展贯穿， 在裂缝处发生应力集中， 混凝土 发生沿缝碎落 、 在裂缝处断裂、 混凝土板产生滑移 ， 破坏了混凝 土路面的整体性。 当破损发展到一定程度， 裂缝处开始唧泥， 板 面出现交叉裂缝 ， 并且导致其它板裂缝 ， 最终使混凝土板丧失 应有的承载力， 整块板发生破坏 ， 严重影响汽车的行车安全 、 舒 适， 甚而造成严重的经济损失。 路面裂缝修补的方法因裂缝严重程度及环境而异， 常用的 修补方法有： 翻修法即指将部分或整块破损混凝土板全部凿 除， 对基层进行处理后重新浇筑新的混凝土的修补方法； 注 环氧沥青密级配填 隙料马歇尔试验结果 表 1 编号 破坏力( N )破坏变形 曲强 破坏应变 曲模 。 ( r n r f 1 ) ( MP a ) ( MP a ) 两种界面粘结材料的粘结强度( 2 O ) 表 3 两种界面粘 结材料 的粘结强度( 6 O ) 表 4 低 温条件 下界面粘结材料的性能 表 5 浆法对混凝土路面和基层之间出现脱空导致的裂缝 ， 可采用板 底注浆法进行基层处理， 并抬高板块， 使之恢复到原来位置； 罩面法将一定 范围 内的混凝 土路 面表 面破 损及疏松 的混凝 土 凿除， 刷洗干净后， 用修补材料进行罩面； 扩缝粘结法将裂缝 全深度扩缝， 灌人修补材料进行粘结修补， 使板体恢复使用功 能； 压注灌浆法对于表面裂缝或细小裂缝， 用钢丝刷或高压 水将裂缝周围的尘土冲洗干净， 并将表面烘干、 预热， 将配制好 的环氧树脂涂抹在裂缝上， 将裂缝完全盖住。常用的有机材料 一 瓣 ： 曲l； 图 1 条带型沥青砂裂缝修补示意 图 筛孔 ( mm) 图 3 环氧沥青密级配填隙料级配 有环氧树脂类和沥青类， 特别是沥青材料在路面裂缝修补中被广泛使用。 这 些有机修补材料都有补强、 粘合和封闭的作用。 上述的水泥路面裂缝处治办法主要实施阶段为裂缝开裂至一定程度 ， 针对混凝土早期裂缝的养护措施一直是养护部门较为棘手的事情，由于早 期裂缝宽度较细， 采用灌缝的方法一般较难保证灌缝饱满， 而且由于缝内存 在较多灰尘无法清洗， 导致效果显著下降。目前规范中推荐采用局部拓宽方 法， 但是实际操作也很难凑效。针对这种情况， 基层养护部1 3 1 1 1 也常将细微 裂缝进行拓宽， 并且进行灌缝或嵌压沥青砂重新形成了密实混凝土路面， 虽 然该种方法存在平整度、 色差等不足， 但是从实际使用情况看， 条带型的嵌 压的沥青砂可以有效地阻止雨水渗入， 更为主要是该养护方法费用较低， 操 作简单方法， 适合基层养护单位使用。 实践发现， 沥青砂处治水泥混凝土路面裂缝缺陷一在于沥青砂填隙料， 夏季高温时沥青砂本身强度不足， 容易发生溢出， 冬季低温沥青砂变形能力 较低， 容易发生开裂； 缺陷二在于界面粘结材料 ， 由于粘结强度低， 夏季在车 辆动水压力下使得粘结料与混凝土界面发生剥离 ，冬季低温时由于填隙料 低温性能差， 导致粘结料与混凝土界面发生剥离。鉴于此， 采用高性能的环 氧沥青材料作为填隙料及界面料 ， 可以有效地降低上述病害的发生， 延长混 凝土路面的寿命。 2 结构设计与受力分析 2 1结构设计 条带型沥青胶砂水泥混凝土路面养护方法的结构设计应由两个部分组 成， 其中一部分为填隙材料， 另一份为界面粘结料。修补方法示意图见 1 。 填隙料目的就是填补在切割扩大的混凝土裂缝中，由于切割混凝土裂 缝的宽度一般为 3 0 mm左右 ， 深度在 5 0 ra m左右， 如果全部采用胶结料进行 填隙， 则所需胶结料数量非常巨大， 造价较高， 此外 ， 采用纯胶结料容易导致 高温稳定性不足， 夏季高温季节胶结料溢出被行驶的车辆带走， 导致路面的 污染。因此 ， 对于填隙料应采取胶砂或者密级配混凝土。 界面粘结料 目的是加强填隙料与混凝土粘 结 ， 防止雨水渗入 ， 以避免雨水对基层造成破坏， 虽然用量较少 ， 但其作用不可忽视 。 如果没有优质 的材料进行粘结处理， 创造一个等于或大于混合料 强度的层间体， 层间界面就会成为一个薄弱环节， 粘结料起不到粘结作用， 反而起到了润滑的作用。 2 _ 2受力分析 采用 A B A Q U S进行水泥路面裂缝填隙的力 学分析 ， 由于实际水泥路面的裂缝不规则， 无法建 立统一模型，本研究分析特殊裂缝在采用环氧填 隙前后的受力对比， 如图2所示， 裂缝为横缝， 长 度为混凝土板宽度一半。 通过有限元分析，可以发现水泥混凝土路面 板产生裂缝后容易在裂缝附近产生应力集中， 最 大应力通常在车轮与路面板表面接触处产生； 水 泥混凝土路面裂缝在环氧沥青密级配混凝土填隙 后， 能使裂缝处最大应力值有较大幅度的降低， 尤 其对重载车辆作用时， 降低的幅度更大； 水泥混凝 土路面力集中程度减轻，能使裂缝周围的应力分 布于更大面积上 ， 改善路面受力条件。 3 环氧沥青密级配填隙料性能 3 。 1级配与用油量 填隙料 的性能以及实施受到诸多因素的影 响， 如最大粒径不能太大， 否则无法进行填隙， 填 隙料要密实防水， 沥青用量尽可能少， 较好的施工 和易性， 较高的强度性能与抵抗变形能力， 较好的 粘结性能等。诸多因素中， 较多因素是相互矛盾， 如为了造价低， 沥青用量尽可能少 ， 但容易导致填 隙料不密实， 虽然夏季高温稳定性好 ， 但是低温抗 裂性能差。 从上述要求出发， 填隙用环氧沥青混合 料优先选择密级配混合料，本研究借鉴环氧沥青 钢桥面铺装的经验， 选用的级配见图3 ， 经过和易 性拌合试验， 确定用油量为 6 5 。 3 2路用性能 环氧沥青具有较高的强度，采用设计的集料 级配， 将集料在 1 2 0 保温 4 h ， 将环氧沥青两组分 按照规定 比例混合均匀后，按照规定油石比添加 到集料中， 拌合后成型马歇尔试件和车辙试件， 成 型试件在 1 2 0 养生 4 h后取出， 并进行马歇尔试 验，试验结果见表 1 。车辙试件切割成 2 5 0 mm 3 0 mm3 5 mm小梁， 在 一 2 0 C 下进行弯曲试验， 加 载速度为5 0 mr n mi n t2 1 ， 试验结果见表 2 。 从表 1 数据可以看出，环氧沥青密级配填隙 料具有较高强度，其稳定度基本上超过了 3 0 K N， 孔隙率低于 3 0 。 可见环氧沥青密级配填隙料具 有较高强度， 减小与水泥混凝土之间刚度差异， 进 而形成平顺过渡带， 最为关键是， 环氧沥青固化后 具有不熔特点， 因此 ， 采用环氧沥青密级配作为填 隙料 ， 可以保证夏季不发生流淌， 而且由于孔隙率较低， 可以有 效地防止雨水下渗到基层。 从表 2数据可以看出， 环氧沥青密级配填隙料具有较高弯 曲强度， 基本上达到了2 0 MP a以上， 较普通及改性沥青混凝土 强度高。 此外， 环氧沥青密级配填隙料低温弯曲模量较高， 与水 泥混凝土路面模量差距较普通及改性沥青混凝土小 ， 这样可以 保证环氧沥青密级配填隙料与水泥混凝土强度与刚度一致 ， 使 得整体受力均匀。 4 环氧沥青界面粘结料性能 4 1常温性能 本研究选择 S B S改性沥青与环氧沥青材料作为界面粘结 材料。成型强度不低于 C 4 0的水泥板 ， 按规定用量将配制好的 环氧沥青粘结层材料涂刷于水泥板表面， 然后将直径为 5 0 m m 的拉拔头粘在水泥板表面。试件成型后， 将其放入 5 0 的电热 鼓风干燥箱中预固化 2 4 h ， 升温至 1 2 0 C 继续养护 1 2 h 。取出冷 却至室温待用。对于 S B S改性沥青材料 ， 采取相同标号的水泥 混凝土板， 将 S B S改性沥青加热至 1 7 0 C， 按规定用量将 S B S 改性沥青涂刷于水泥板表面， 然后将直径为 5 0 mm的拉拔头粘 在水泥板表面。 试件成型后， 静置至室温进行拉拔试验， 加载速 率 5 0 m m m i n ， 试验结果见表 3 。 从表 3数据可以看出， 环氧沥青 界面粘结材料较 S B S改性沥青具有较高拉拔强度， 随着环氧沥 青用量提高， 则拉拔强度提高。 4 2高温性能 采用常温陛能研究中的拉拔试验来测试环氧沥青粘结层 的高温 性能 ，试验 温度 为 6 0 C，直剪试 验加 载速率 为 l O m m m i n 。为了进行性能对比， 采用环氧沥青与 S B S改性沥青 两种材料 ， 其中环氧沥青的用量为 0 6 k g m ， S B S改性沥青的用 量为 0 8 k g m ： ， 试验结果见表4 。从表中数据可以看出， 在 6 0 下， 环氧沥青仍具有 0 1 MP a以上的拉拔强度 ， 而此时 S B S改性 沥青的拉拔强度基本上载 0 0 3 MP a以下， 甚至由于强度较低而 无法夹持 。 4 3低温性能 规范【 3 】 4 等均采用低温弯折性试验方法表征防水粘结层 低温性能 ， 该方法对于一般柔性材料较为适宜， 但是由于环氧 沥青在低温下具有较高的强度， 很难内绕在圆棒上， 因此， 采用 该法不能较好地表征材料的低温性能 ， 本研究采用低温拉伸试 验方法测取材料在低温下的抗拉强度及断裂延伸率， 以考察材 料的低温性能。 试验结果见表 5 。 从表中数据可以看出， 在不同 低温条件下 ，环氧沥青均具有较高的破坏变形值和拉升强度， 通过拉伸曲线下面积计算获得断裂韧性指数可以看出， 环氧沥 青具有较高的断裂韧性指数。 5 结论 环氧沥青密级配填隙料及环氧沥青界面粘结料具有较 高强度和较好低温变形性能。 采用环氧沥青密级配填隙料及环氧沥青界面粘结料可 以有效地处理水泥混凝土路面的早期裂缝， 尤其当裂缝处于较 为细微阶段， 无法实施灌缝 ， 采用该方法对裂缝进行处理， 可以 有效减缓裂缝发展 ， 阻止雨水等下渗， 防止基层在雨水浸湿下 软化 ， 减少新生裂缝的产生 ； 可以迅速开展交通， 减少对正常的 交通影响 。 参考文献 1 徐 昌， 闽景侠 条带型沥青砂封层与混凝土路面裂缝养护 J 1 _华 东公路 ， 2 0 0 4 ( 1 0 ) 2 J T J 0 5 2 2 0 0 0 ， 公路工程沥青及沥青混合料试验规程 s 北京： 人 民交通 出版社 ， 2 0 0 0 ( 上接第 5 6页) 更容易发生。 有资料表明， 当风速为 1 6 m s 时， 混凝土中的水分 蒸发速度为无风时的 4 倍。 一些高层建筑的楼面为什么更容易 产生裂缝， 就是因为高空中的风速比地面大。目前， 许多施工工 地在浇筑混凝土时， 都不能做到及时覆盖保湿养护， 一般总要等 到最后一遍抹光结束后才覆盖， 还有好多工地根本不盖。 4 3 2养护 时间 在夏季 ， 如果是夜间施工气温比较低， 保湿养护可在混凝 土浇筑后混凝土初凝时( 2 h 一 3 h ) 进行； 白天施工气温较高时， 保 湿养护可在混凝土浇筑后 l h 1 5 h 进行； 但在炎热、 干燥又伴 有大风的季节里， 保湿养护应在第一次抹压时立即进行。用普 通硅酸盐水泥、 复合硅酸盐水泥拌合的混凝土， 养护时间不得 少于7 d ； 商品混凝土、 掺用缓凝型 l, J J u 剂或有抗渗要求的混凝 土。 不得少于 1 4 d 。 5 小结 混凝土现浇结构的裂缝是 目前较难克服的质量通病之一。 特别是住宅工程的裂缝的出现往往会引起质量投诉、 纠纷及索 赔要求等。因此， 作为工程建设的各责任主体及当地建设行政 主管部门对此高度重视 ， 尽量避免裂缝的 出现 。处理裂缝的方 法很多， 在处理前要进行认真检查、 分析裂缝成因， 为制定合理 的处理方案提供可靠依据。 只有选择了合适的修补材料和正确 的施工方法， 混凝土裂缝的修补才能达到预期的目的。 参考文献 1 G B 5 0 2 0 4 2 0 0 2 ， 混凝土结构工程施工质量验收规范【 s E 京： 中 国建筑 工业 出版社 ， 2 0 0 2 2 G B 5 0 3 6 7 2 0 0 6 ， 混凝土结构加固设计规范 s 北京： 中国建筑工 业出版社 ， 2 0 0 6 3 韩素芳 ， 耿维 恕 钢筋混凝土结构 裂缝控制指南 M 北京 ： 化学 工 业 出版社 ， 2 0 0 6 4 王铁梦工程结构裂缝控制 M E 京： 中国建筑工业出版社， 1 9 9 7