水泥混凝土路面快速薄層修補(bǔ)方法研究

覃鐵林

(瀘溪縣公路管理局)

1 水泥混凝土路面快速薄層修補(bǔ)設(shè)計(jì)與施工

1.1 確定薄層設(shè)計(jì)參數(shù)

調(diào)查現(xiàn)有道路的交通量、交通組成,預(yù)估未來交通發(fā)展的增長趨勢;確定路面的結(jié)構(gòu)類型、各結(jié)構(gòu)層的厚度、材料類型;調(diào)查路面損壞的程度、裂縫發(fā)展?fàn)顩r、板的碎裂程度、板底脫空狀況、錯臺發(fā)展?fàn)顩r、接縫的損壞程度;測量路表的平整度、錯臺的大小;檢測確定路面各結(jié)構(gòu)層的參數(shù)、評價接縫的傳荷能力和路面結(jié)構(gòu)現(xiàn)有的承載能力、恢復(fù)老水泥混凝土路面上的接縫的傳荷能力,對裂縫和板底脫空予以修復(fù)。

對于屬于發(fā)展?fàn)顩r的損傷破壞要分析病害原因,特別處理。

1.2 薄層修補(bǔ)設(shè)計(jì)

根據(jù)老混凝土路面調(diào)查評價結(jié)果,確定路面修補(bǔ)目標(biāo),選擇路面修補(bǔ)類型;依據(jù)路面結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)要求或路表物理狀況和修補(bǔ)費(fèi)用比較,確定路面修補(bǔ)層厚度;初估修補(bǔ)層材料組成、路面尺寸,選擇界面粘結(jié)劑類型。計(jì)算新老混凝土粘結(jié)面收縮剪應(yīng)力和新老混凝土界面抗剪粘結(jié)強(qiáng)度,計(jì)算新老混凝土復(fù)合修補(bǔ)層疲勞壽命;檢驗(yàn)界面粘結(jié)結(jié)構(gòu)可靠度是否滿足要求,如抗剪粘結(jié)強(qiáng)度小于剪切破壞應(yīng)力,或疲勞壽命不足,調(diào)整修補(bǔ)材料配合比,或路面板結(jié)構(gòu)尺寸,重新計(jì)算,直到滿足要求。設(shè)計(jì)過程如下。

(1)確定設(shè)計(jì)參數(shù):設(shè)計(jì)使用年限內(nèi)軸載累計(jì)作用次數(shù)Ne;老混凝土設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度 fcm,彎拉彈性模量Ec;鋼纖維混凝土設(shè)計(jì)彎拉強(qiáng)度frm,彎拉彈性模量Er;基層頂面當(dāng)量回彈模量Et;荷載對路面損壞的綜合影響系數(shù) kc;荷載疲勞應(yīng)力系數(shù) kf。

(2)初估板厚。初步擬定路面結(jié)構(gòu)、厚度、老混凝土表面鑿毛方法、界面粘結(jié)劑類型。

(3)計(jì)算。計(jì)算板的彎曲剛度和等效板厚為

彎曲剛度為

等效板厚為

計(jì)算基層頂面的計(jì)算回彈模量為

計(jì)算等效單層板的荷載應(yīng)力為

計(jì)算復(fù)合混凝土板底應(yīng)力為

計(jì)算溫度應(yīng)力為

初步確定板厚為

計(jì)算新老混凝土板層間剪應(yīng)力,包括收縮剪應(yīng)力 τs、荷載剪應(yīng)力 τr和溫度剪應(yīng)力 τt。

計(jì)算新老混凝土界面抗剪粘結(jié)強(qiáng)度。

依據(jù)界面處理方法和界面粘結(jié)劑類型確定新老混凝土界面抗剪粘結(jié)強(qiáng)度 fsr。

確定路面修補(bǔ)厚度。

驗(yàn)算是否滿足

若滿足,則初擬鋼纖維混凝土板厚可作為設(shè)計(jì)厚度,否則重?cái)M板厚,重新計(jì)算。

1.3 老混凝土表面鑿毛

依據(jù)新老混凝土界面抗剪粘結(jié)強(qiáng)度確定的表面鑿毛方案,對老混凝土表面進(jìn)行鑿毛處理。使用人工鑿毛不符合水泥混凝土路面快速薄層修補(bǔ)的施工要求,必須采用機(jī)械施工方法。目前,大規(guī)模鑿毛方法有高壓水射法、專用刻槽機(jī)表面刻槽法(如試驗(yàn)中鑿毛方法)及酸蝕法。高壓水射法在某些路段已經(jīng)進(jìn)行了部分試驗(yàn),如在成都近郊某路段上,采用70MPa高壓水流對老混凝土路面進(jìn)行鑿毛處理,處理后的老混凝土表面平均構(gòu)造深度達(dá)到 2～3mm。為增大混凝土表面粗糙度,可在高壓水流中加入一定量砂子,但此方法尚處于試驗(yàn)階段未取得具體數(shù)據(jù)。酸蝕法借助鹽酸對水泥混凝土表面的化學(xué)腐蝕作用,能快速獲得粗糙表面,且構(gòu)造深度易于控制,但該方法對道路周圍生態(tài)環(huán)境造成一定破壞,其推廣受到限制。使用專用的刻槽機(jī)在路面表面刻槽具有很好前景,試驗(yàn)效果較好,但路用施工設(shè)備目前還處于研制階段。

老混凝土表面鑿毛時,要特別注意避免破壞下部的老混凝土,以免造成老混凝土產(chǎn)生新的損傷,降低老混凝土路面板整體強(qiáng)度。

使用鋼絲刷或高壓水清理鑿毛后的老混凝土表面,清除表面的碎塊、浮漿和油污,要特別注意把路面表面的縫隙清理干凈。

最后,將粗糙混凝土表面蒸干,準(zhǔn)備涂刷界面粘結(jié)劑。

1.4 涂刷界面粘結(jié)劑

界面粘結(jié)劑粘度大、稠度小、流動性好、耐久性高,能增強(qiáng)新老混凝土界面粘結(jié)強(qiáng)度。隨著有機(jī)粘結(jié)材料的不斷發(fā)展,有機(jī)粘結(jié)材料已能夠滿足修補(bǔ)要求,但價格高,耐久性偏低,建議采用水泥基類界面粘結(jié)材料。

依據(jù)界面粘結(jié)劑的類型,確定最佳的涂刷厚度,同時界面粘結(jié)劑涂刷厚度應(yīng)均勻,路面每處要涂刷到位,不得漏涂。

1.5 鋪筑修補(bǔ)薄層

按設(shè)計(jì)配合比計(jì)算現(xiàn)場配合比,制備水泥混凝土。在制備鋼纖維混凝土?xí)r,鋼纖維在拌合物中的分散要均勻、不結(jié)團(tuán),這對于發(fā)揮鋼纖維在混凝土中增加抗拉強(qiáng)度、韌性和減小收縮至關(guān)重要。而鋼纖維能否均勻分布,主要取決于鋼纖維的長徑比、摻量、骨料的粒徑和含量以及投料的順序和攪拌方式。一般情況下,鋼纖維的體積摻量不超過 2.0%,在有條件時,采用銑削型鋼纖維效果更佳。當(dāng)混凝土的配合比確定以后,投料的順序和攪拌方式成為確保鋼纖維均勻分布的關(guān)鍵。拌和機(jī)械應(yīng)選用強(qiáng)制式拌和機(jī),嚴(yán)格控制投料的順序,投料的順序是先投放粗細(xì)骨料、水泥、外加劑,拌和均勻后,再加水拌和 2min,最后分幾批投入鋼纖維,均勻拌和。

使用自卸汽車運(yùn)輸鋼纖維混凝土,運(yùn)到指定地點(diǎn)卸料的高度不得大于 1.5m,以防止混凝土產(chǎn)生離析。在涂過界面粘結(jié)劑的老混凝土路面板上均勻地?cái)備佷摾w維混凝土,采用平板振搗器平振,前后宜重復(fù) 15 cm,時間保持在 15 s,至表面出漿為止。鋼纖維混凝土本身的流動性差,在邊角處很容易形成蜂窩,應(yīng)特別注意對邊角部位的處理;振搗的時間不宜太長,以避免混凝土出現(xiàn)內(nèi)分層、外分層現(xiàn)象,防止鋼纖維下沉到混凝土下部。在抹平的過程中,由于有鋼纖維的亂向分布,鋼纖維極易冒出路面,會危及行車安全,必須將冒出的鋼纖維抹平。最后,待抹平后的混凝土表面無泌水時,應(yīng)及時對鋼纖維混凝土表面進(jìn)行拉毛處理,拉毛的深度控制在1～ 2mm。

混凝土的脹縫與老混凝土重合,處理方法與普通混凝土路面的方法相同。當(dāng)混凝土的強(qiáng)度增長到設(shè)計(jì)強(qiáng)度的25%～30%時,用切縫機(jī)切割出縮縫;切縫的位置與下層老混凝土路面板位置重合,縫深度為3mm。

1.6 后期保持和養(yǎng)護(hù)

水泥混凝土薄層修補(bǔ)材料在凝結(jié)硬化過程中需要大量的水,以形成結(jié)晶水多的硫鋁酸鈣,因此,在鋼纖維混凝土養(yǎng)護(hù)過程中,保持路面長期處于較大濕度狀態(tài)是非常重要的。鋼纖維混凝土施工整平完畢后,應(yīng)立即在其表面噴灑路面養(yǎng)護(hù)劑或采用塑料薄膜覆蓋;拆除模板后,在鋼纖維混凝土路面?zhèn)让嬉惨鶆驀姙B(yǎng)護(hù)劑一遍。同時在養(yǎng)護(hù)期間,嚴(yán)格限制車輛駛?cè)?以防止路面早期荷載作用,引起早期破壞。

2 水泥混凝土路面快速薄層修補(bǔ)質(zhì)量控制與檢查要點(diǎn)

水泥混凝土路面快速薄層修補(bǔ)質(zhì)量控制與檢查除了要滿足水泥混凝土路面通用施工規(guī)范要求以外,還需要在以下四個環(huán)節(jié)上加強(qiáng)管理。

2.1 老混凝土表面鑿毛和清理

老混凝土表面鑿毛應(yīng)均勻,不能擾動或破壞下層未鑿毛的老混凝土。測定混凝土表面粗糙度,可以使用鋪砂法,每100m長路段上測點(diǎn)數(shù)不能少于 3個。在鋪筑鋼纖維混凝土薄層前,應(yīng)清理老混凝土鑿毛表面。粗糙的混凝土鑿毛表面上極易粘附浮漿、污物,這些雜質(zhì)會降低新老混凝土粘結(jié)強(qiáng)度,影響修補(bǔ)效果。使用高壓水清理表面后,在鋪筑前也應(yīng)排除積水,蒸干表面水。

2.2 界面粘結(jié)劑涂刷厚度

界面粘結(jié)劑涂刷厚度必須嚴(yán)格控制在 0.5～1.5mm范圍內(nèi)。因此,一方面要控制好界面粘結(jié)劑配合比,使之具有適當(dāng)粘性、稠度和流動性;另一方面在涂刷操作過程中要仔細(xì)、認(rèn)真,防止漏刷。

2.3 做好涂刷界面粘結(jié)劑和鋪筑修補(bǔ)薄層銜接工作

界面粘結(jié)劑涂刷厚度很薄,水分蒸發(fā)快,涂刷后要立即澆筑水泥混凝土修補(bǔ)薄層,控制涂刷和澆筑混凝土的時間間隔不得超過 20mm,以免界面粘結(jié)劑變干、凝固,喪失粘結(jié)能力。一般情況下,兩個工序間隔時間不超過 20m in。因此,涂刷界面粘結(jié)劑和鋪筑修補(bǔ)薄層要協(xié)調(diào)安排,連續(xù)施工。

2.4 做好養(yǎng)護(hù)階段保水、保溫工作

水泥混凝土路面快速薄層修補(bǔ)要做好養(yǎng)護(hù)階段保水和保溫工作。由于混凝土修補(bǔ)層很薄、混凝土比表面積很大,混凝土中的水分更容易散失。另外,修補(bǔ)薄層對溫度敏感性也大,因此施工后的路面上要立即噴灑養(yǎng)護(hù)劑或覆蓋塑料薄模,在溫度變化大時,應(yīng)及時覆蓋草簾等物,做好保水、保溫工作。

此外,在施工時間選擇上也應(yīng)該避免夏季和冬季,易選擇在春季和秋季;施工中如遇大風(fēng)天氣也必須采取措施,防止水分散失。

[1] 胡長順,王秉綱.復(fù)合式路面設(shè)計(jì)原理和施工技術(shù)[M].北京:人民交通出版社,2000.

[2] 劉秉京.混凝土技術(shù)[M].北京:人民交通出版社,2000.

[3] 趙國藩,彭少民,黃承逵.鋼纖維混凝土結(jié)構(gòu)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2000.