论文导读：其次是灌浆技术不过关,一些关键的技术指标即使在《公路水泥混凝土路面养护技术规范》中也不明确,灌浆稳板效果较差。水泥混凝土路面的快速修复,是相对传统的修复材料和修复方法而言的。针对这种要求,可以采取两种方法进行试验,一是预制拼装形式的断板快速修复技术,即将板块的浇注、养护等工艺放置后场完成,现场吊装并进行接缝处理就能开放交通;二是采用特殊的材料在现场完成浇注、并进行短时间养护就能开放交通的快速修复方法,以满足12h内达到通车要求。加强对盐冻破坏修复方法、板底灌浆技术、预制拼装及现浇快速修复等养护新技术的研究和推广,将为我市水泥混凝土路面养护水平的提高提供科学的理论依据和实践经验。
关键词：水泥混凝土路面养护技术，盐冻机理，板底灌浆，预制拼装，快速修复
水泥混凝土路面在使用期间, 不仅承受着数千万计的轮载作用, 还经受着环境中温度、湿度等周期性变化的影响, 最终导致各种损坏的出现。近几年来, 随着国民经济的迅速发展, 交通荷载逐步向重型化发展, 不仅交通量大幅增长, 而且超载、超限现象日益严重, 导致路面加速破坏，水泥混凝土路面的养护任务日益艰巨。因此, 加强养护与维修, 延长水泥混凝土路面的使用寿命, 是公路养护部门面临的一项刻不容缓的任务。
1 盐冻破坏的影响
天津地处华北地区, 冬季下雪后, 为维持交通安全, 通常在路面上洒盐融雪除冰, 结果对水泥混凝土路面造成了极其严重的破坏, 盐冻破坏的主要形式是表面砂浆起壳、粉化、剥落或脱落, 并随着盐水渗透深度增加, 砂浆成粉酥化向混凝土内部发展, 破坏坑穴最深可达10cm,使路面桥面的平整度彻底损失,无法保证行车安全,并有碍路容美观。在水泥混凝土所有耐久性破损问题中, 盐冻破坏的速度是最快的, 比普通冰冻破坏的速度快约10倍。刚刚建成的水泥混凝土路面或表面结构物, 只要在初次降雪时洒了除冰盐, 表面砂浆就会开始剥落破损。免费论文。
研究盐冻破坏, 有助于解决我市混凝土路面的盐冻耐久性, 提高使用寿命, 同时也是事关水泥路面在我市的推广和应用, 因此具有重要的工程意义。
2 灌浆稳板技术
通常情况下水泥混凝土路面在运营3～5年后, 路基已基本完成固结沉降, 产生了差异沉降脱空；同时, 接缝填缝料开始老化、脱落, 使接缝失去防水功能。在重交通作用下产生唧泥、脱空等病害, 面板一旦脱空, 板内的荷载应力就会急剧增加, 经过少量的疲劳循环后, 很快就发生断裂破坏。
为了减少水泥混凝土路面板的脱空破坏, 国内外的水泥路面养护规范都要求进行灌浆处理,并将灌浆技术作为断板前积极有效的预防性养护措施来对待。在我国, 由于大多数水泥路面的养护管理单位对灌浆稳板技术不熟悉, 关键技术并未掌握, 加上目前非破损脱空检验技术上的困难,我国大多数水泥混凝土路面的灌浆效果并不理想。主要原因是脱空发现过迟, 灌浆时机偏晚, 水泥混凝土路面板的残余疲劳寿命已经不多。其次是灌浆技术不过关, 一些关键的技术指标即使在《公路水泥混凝土路面养护技术规范》中也不明确, 灌浆稳板效果较差。甚至有些水泥混凝土路面在灌浆后, 并未使面板的疲劳寿命得到延长,反而加速了断裂破坏。
因此, 必须对灌浆原材料、配合比、浆体与原基层的强度匹配关系、灌浆压力等关键工艺指标和灌浆质量进行深入的研究。
3 断板快速修复技术
水泥混凝土路面的快速修复, 是相对传统的修复材料和修复方法而言的。采用传统的修复方式,路面要经过长时间的养生才能开放交通, 在一些繁忙的交通要道, 这种修复方式已不能满足要求。必须采用快速修复材料和快速修复工艺进行养护。针对这种要求,可以采取两种方法进行试验, 一是预制拼装形式的断板快速修复技术,即将板块的浇注、养护等工艺放置后场完成, 现场吊装并进行接缝处理就能开放交通; 二是采用特殊的材料在现场完成浇注、并进行短时间养护就能开放交通的快速修复方法, 以满足12h 内达到通车要求。
4 新技术研究成果
4.1盐冻破坏机理
试验采用剥落量作为评定水泥混凝土抗盐冻性的技术指标。当30次冻融循环的剥落量大于1.0kg/m2 时, 就判定该混凝土已严重剥蚀破坏, 为不合格；反之, 则判定该混凝土的抗盐冻性为合格。
研究表明: 水溶液结冰产生的膨胀率和膨胀压随着盐浓度的提高显著降低。但在完全饱水条件下,溶液结冰产生的膨胀压均非常高, 例如水和4%NaCl溶液的结冰压分别高达40.3MPa和36.3MPa, 即使是高浓度溶液, 如10%NaCl溶液的结冰压也有25.8MPa, 足以使高强混凝土解体破坏。根据溶液平衡结冰膨胀率、膨胀压和毛细管平衡饱水度的数据综合计算分析表明, 2%～6%中低浓度盐溶液产生的结冰膨胀压( 即破坏力) 最大。
盐冻剥蚀最主要的原因是盐使混凝土内部平衡饱水度显著提高, 且盐浓度愈高, 饱水度愈大, 这是除冰盐引起混凝土破坏的最主要原因。
对处于高盐或干湿频繁交替环境的混凝土, 盐结晶产生的膨胀也是其破坏的一个重要原因。NaCl除冰盐一般无化学侵蚀问题, 但CaCl2除冰盐在一定条件下可形成膨胀性的复盐。处于( 10±5) ℃的20%CaCl2 溶液可形成新的水化产物: CaCl2·Ca (OH) 2·H2O复盐(2.344, 3.144)。这类复盐属膨胀性产物, 加剧混凝土化学腐蚀破坏。
试验显示, 除Na2SO4 外, 各种融雪剂、NaCl、CaCl2、尿素和海水均有不同程度的融冰雪效果。不论其化学成分是有机物还是无机物, 只要具有融冰雪功能, 就会产生盐冻剥蚀破坏, 融雪剂不可滥用。
掺引气剂和降低水灰比是提高混凝土抗盐冻性的最主要技术措施。建议在我市水泥混凝土的路桥施工时必须掺引气剂, 按《公路水泥混凝土路面施工技术规范》( JTGF30-2003) 规定, 含气量应控制在5.5%±0.5%的范围内, 混凝土水灰比不大于0.40。
建议高抗盐冻性能混凝土尽可能使用Ⅰ型硅酸盐水泥或普硅水泥, 禁止使用高掺量磨细石灰石的水泥。除硅灰外, 应少掺或不掺矿渣和粉煤灰等各种掺合料。混凝土粗集料应选用碎石, 不宜用卵石。当骨料在24h 内的吸水率大于2%时, 不宜选用。
试验表明: 由于钢纤维的热传导性极好, 对气泡结构有损伤, 钢纤维混凝土的抗盐冻性能较差。在相同的含气量下, 混凝土的抗盐冻性能随钢纤维掺量增加而降低。免费论文。
对于有抗盐冻性要求的混凝土结构, 应尽可能采用自然养护。如果必须采用蒸养, 则蒸养温度宜小于60℃, 蒸养前预养静置时间大于10h。
非引气的传统快硬水泥和普硅水泥均不适合于作为盐冻破坏路面混凝土的修补材料。而新型超快硬高强磷酸盐水泥基材料具有非常高的抗盐冻性能,适用于修补因盐冻引起的道路破坏。
4.2板底灌浆技术
提出了板底压浆施工前路面检测的内容和方法,检测内容包括板底脱空的判定、板体使用状况调查、板缝弯沉检测、高程测量以及钻芯试验。其中, 板底脱空的判定是调查的重点, 主要通过外观判别法、弯沉检测法和探地雷达法进行综合判定。
从压浆效果、施工可控性、应用经济性等因素考虑, 通过配合比优化实验, 确定混凝土路面板底压浆浆液配比技术指标: 灌浆液水灰比≤0.45、竖直管流动度≤140s、水平管流粘度系数应≤49×10- 3Pa·s、灌浆液的泌水率应≤1.0%、灌浆液的膨胀率应≥3.0%的要求、根据强度匹配的试验, 提出灌浆液的3d 强度应满足≥10MPa。
提出了灌浆施工工艺要求, 包括制浆、布孔、压浆、清洗、封孔、养生、灌缝、压浆配套处治措施及安全施工的具体要求。
提出了压浆后的评价指标, 主要有填充性指标、弯沉检查指标、强度和膨胀性指标及耐久性指标。
填充性指标采用钻孔取芯进行检验, 有条件的地方也可采用探地雷达进行论证。要求抽检5%的压浆板块, 合格率应达到90%; 弯沉检查: 压浆处治7d 后测量板缝弯沉, 小于0.1mm 的弯沉值比例应大于90%；在压浆施工过程中, 每公里取现场施工浆液做抗压、泌水和膨胀3个指标的试验合格；耐久性指标: 板底压浆一年之内, 不发生唧泥现象,原有的路面板病害保持稳定不进一步发展。
4.3边角快速修复技术
选用道桥修复材料( 超快硬修补水泥)，快硬硫铝酸盐水泥及聚醋酸乙烯白乳胶, 分析了5 种不同配比混凝土的弯拉强度、劈裂强度和抗压强度, 及新旧混凝土的粘结弯拉强度、粘结劈裂强度和粘结抗剪强度。研究了旧混凝土界面潮湿状态和界面洁净程度对粘结性能的影响。并结合路用特性, 比较不同修复材料的耐磨性。
研究表明: 道桥修复材和快硬硫铝酸盐水泥的早期强度都很高, 且强度发展快。特别是道桥修复材, 不仅快硬早强, 而且粘结性能优异。
在快硬硫铝酸盐水泥中掺入适量的乳胶, 除了可降低混凝土脆性、提高耐磨性外, 混凝土本身的强度和粘结性能都相应降低, 因此, 应慎用各类有机材料, 确实需要加入时,必须通过试验确定合理掺量。本次试验结果表明: 综合考虑强度、粘结性能和耐磨性, 乳胶掺量不宜超过10%。
界面的干湿及洁净状态对粘结性能有很大的影响作用, 一般旧混凝土基体处于饱和态可提高粘结性能。旧混凝土界面干净时粘结抗剪强度可比界面不做任何处理的高出55%, 粘结劈裂强度可高出15%。免费论文。
提出了适用于高等级公路和低等级公路边角修复的胶凝材料类型和工程配合比。
4.4预制拼装快速修复技术
从理论上分析了预制板弯拉强度和几何尺寸的确定方法, 阐明了预制拼装修复技术的各道施工工艺, 并对预制拼装和现浇修复的经济性进行比较。提出了预制拼装修复技术应用建议。研究表明: 预制拼装修复技术是目前所有快速修复技术中用时最短、占用道路面积最小、对道路交通影响最小的一项实用技术。路面修复时间从面板拼装至重新开放交通不超过5h, 是真正意义上的无阻碍交通快速修复方法。路面修复后能达到新建路面的使用功能。
综合考虑快速修复路面的使用性能和施工性能, 预制拼装板的设计弯拉强度应不小于原路面结构的设计弯拉强度, 且宜采用2.5m×2.0m 的小板, 面板配筋量以满足吊装要求即可。为提高接缝传荷能力, 减少热变形破坏, 预制板块厚度应与旧板厚度一致。
板间接缝采用碎石和环氧砂浆填塞, 顶面用TST改性沥青粘结料密封, 既可实现良好的荷载传递, 又能防止雨水渗透破坏, 使用效果优异。
预制拼装水泥混凝土路面的修复成本小于现浇快通水泥混凝土路面, 具有良好的经济效益, 在养护修复工程中极具应用前景。
4.5现浇快速修复技术
可使用近几年研究开发的SBT-K10快速修补剂,掺加了该修补剂的混凝土初凝时间略大于1h, 坍落度不小于3cm, 能很好地满足施工要求。且具有早期强度发展快、后期强度不倒缩、脆性低的优点,混凝土在标准养护条件下12h 抗折强度超过4.5MPa, 抗折强度7d 后基本稳定,抗压强度直至90d 龄期仍能持续增长。快速修补混凝土在早期具有微膨胀特性, 弥补了传统快速修补混凝土收缩大的缺点。
SBT-K10型快速修补剂具有良好的耐久性, 用其配制的混凝土的抗渗、耐磨性能优于普通混凝土, 28d 碳化深度小于10mm; 抗冻性能满足《公路水泥混凝土路面施工技术规范》( JTGF30-2003) 中严寒地区路面混凝土抗冻标号不宜小于F250 的要求。
工程应用结果表明, SBT-K10型快速修补剂与水泥具有良好的适应性, 用其修补路面可满足10h开放交通要求,真正实现了“隔夜快通修复”的要求。
5 结束语
通过对盐冻破坏机理的研究, 提出高抗盐冻性水泥混凝土路面等的设计施工技术原则。这对大幅度提高我市水泥混凝土路面、桥面等结构物的耐久性和使用寿命, 降低维护费用,具有显著的经济效益和社会效益。
确定灌浆原材料的技术要求; 研究浆液配合比、可灌性; 分析浆体强度发展规律及其与原基层的强度匹配关系; 探索灌浆压力等关键工艺指标和灌浆质量的关系等是灌浆稳板研究的主要内容。灌浆稳板是水泥混凝土路面预防性养护中的关键技术。是保持水泥路面结构完好、保证交通畅通、降低养护费用的必备养护技术之一。
采用快硬材料进行修复, 重在研究和挖掘。但特种快硬水泥材料在全国范围内产地、产量有限,不易购买, 目前尚未大量普及应用, 且价格昂贵,修复成本较高, 因此仅能用于少量的应急修复工程。从施工性能及经济性来看, 预制拼装是水泥路面快速修复的发展趋势。
加强对盐冻破坏修复方法、板底灌浆技术、预制拼装及现浇快速修复等养护新技术的研究和推广,将为我市水泥混凝土路面养护水平的提高提供科学的理论依据和实践经验。
|
