水泥混凝土路面早期裂縫修補材料研究進展

張 影，申力濤

（山西省交通科學研究院，山西 太原 030006）

0 引言

水泥混凝土和瀝青混凝土是目前最主要的兩種路面材料，我國瀝青資源匱乏，而水泥工業蓬勃發展，這為我國水泥混凝土路面的發展提供了有力的支撐。此外，水泥混凝土路面具有強度高、荷載擴散能力強、穩定性好等優點，因而得到了普及和運用[1]。但是，水泥混凝土路面裂縫問題是其無法克服的缺點，多組分材料中不同組分界面處極易出現薄弱層，且混凝土拌和施工時會產生氣孔、干縮裂縫等[2]；水泥混凝土路面面板厚度級配等不達標、切縫位置不合理[3-4]、路面基層強度不均等外在因素，也會導致水泥混凝土路面在荷載和應力的作用下產生裂縫[3-5]。

截止2012年，我國水泥混凝土路面里程達165.32萬km。至今，一些路面已經開始顯現早期裂縫。可以預計，未來幾年內，我國水泥混凝土路面裂縫處置工作將十分緊迫。水泥混凝土早期裂縫寬度一般在15 mm以內，并且未出現錯臺、唧泥、沉陷等嚴重的結構性病害[6]。此時的裂縫修補以裂縫密封為主要目的，防止雨水侵蝕導致路基削弱、裂縫擴大[7-8]。

在水泥混凝土路面裂縫修補中，修補材料的性能是決定修補效果的關鍵因素。參考通用水泥混凝土路面裂縫修補材料特性[2]，針對早期裂縫修補，需要特別考慮材料的相容性、可灌性、黏接性和耐久性。最早使用的裂縫修補材料以瀝青為主，但其與水泥基材料的黏接性和耐久性較差，因此出現了有機膠黏劑類裂縫修補材料，如環氧樹脂類、聚氨酯類、烯類等；超細水泥的出現，解決了水泥基裂縫修補材料可灌性差的問題，因此引發了水泥及水泥基改性裂縫修補材料的研究熱潮。

1 有機膠黏劑類裂縫修補材料

國內最早廣泛使用的水泥混凝土路面早期裂縫修補材料為瀝青類材料，可以分為冷拌瀝青、熱拌瀝青，利用瀝青材料的可灌性，在路面板的裂縫處灌以瀝青，起到封閉裂縫的作用。瀝青類材料用于水泥混凝土路面裂縫修補，由于黏接性、耐久性等問題，多作為臨時修補材料[7]。為了彌補瀝青類材料的上述缺陷，出現了許多用于水泥混凝土路面裂縫灌縫、密封的有機膠黏劑類材料，比較典型的有環氧樹脂類、聚氨酯類和烯類膠黏劑。

環氧樹脂以其優越的黏接性和強度得到廣泛應用，但是應用于水泥混凝土路面早期裂縫修補時，需要對環氧樹脂進行改性，以提高流動性，降低脆性。李麗峰以環氧樹脂和柔性與剛性復配固化劑，制備了水泥混凝土路面灌縫修補材料，拉伸剪切強度達到18.3 MPa，玻璃化轉變溫度為91.5℃[9]。王子龍通過聚氨酯對環氧樹脂進行增韌改性，合成得到聚氨酯改性環氧樹脂裂縫修補材料，抗壓強度、彎曲強度、拉伸強度、斷裂伸長率分別可以達到36.0 MPa、78.4 MPa、45.2 MPa 和 5.8%[10]。

聚氨酯類裂縫修補材料具有較優的柔性、耐疲勞性和耐沖擊性，特別是其具有優異的耐低溫性能，因此可以應用于高寒地區或冬季施工的裂縫修補工程。周有祿等對聚氨酯進行了柔性改性，制備了可用于高寒地區特殊環境的裂縫注漿的材料，并用于混凝土裂縫修補工程，對混凝土裂縫進行長期動態跟蹤監測[11]。張志耕等采用聚氨酯預聚體與環氧丙烯酸酯，制備了一種可以在-15℃低溫下固化的灌漿材料，用于高寒環境下的混凝土裂縫修補，取得良好的效果[12]。

烯類修補材料主要以烯類聚合物配制或進一步聚合得到，其中丙烯酸酯類裂縫修補材料黏度低并且能與環氧樹脂混溶，因此將兩者的優點結合，開發新材料的研究較多。耿飛等以環氧樹脂改性丙烯酸丁酯增韌的甲基丙烯酸甲酯材料，以過氧化苯甲酰和胺類體系為固化劑，研制出了可用于水泥混凝土路面裂縫修補加固工程的丙烯酸類裂縫修補材料[13]。

2 水泥基裂縫修補材料

水泥基裂縫修補材料在研究初期受到水泥漿體可灌性的限制，多用于水泥混凝土路面坑槽或大裂縫的修補，直至后來超細水泥的出現，水泥基裂縫修補材料也可以用于水泥混凝土早期裂縫的修補。至今，廣泛開展的普通水泥、超細水泥的改性研究使水泥基裂縫灌漿材料的應用領域得以擴展。目前研究較多的是聚合物乳液和礦渣改性水泥基灌漿材料。

申愛琴等利用具有柔性、雙組分防水及黏結性能的聚合物乳液改性超細水泥制備了水泥混凝土結構物微裂縫修補材料，改善了界面黏附狀況，強化了柔韌性、抗滲性及抗腐蝕性等性能[2]。周靈以普通水泥作為基質材料，用聚合物和高效減水劑作為主要改性劑，開發出了一種新型水泥路面微裂縫修補材料[14]。何凡以聚合物乳液對水泥基材進行改性，制備了路面裂縫修補材料，發現摻加聚合物可有效改善水泥漿體的可灌性，減輕水泥砂漿的干縮，但是會滯緩改性水泥漿體的凝結時間[15]。楊清宇采用聚丙烯酸酯乳液對超細水泥進行改性，得到可灌性好、拉伸剪切強度1.5～3 MPa、耐久性好的灌縫材料，并且進行了經濟效益分析[6]。徐媛制備了SBR改性乳化瀝青改性的水泥砂漿，研發出滿足各項路用技術指標要求，并且適合寒冷地區水泥混凝土路面裂縫修補的材料[16]。

王曉飛采用磨細礦渣改性超細水泥，研究了改性裂縫修補材料的各項性能，分析了磨細礦渣改性超細水泥水化產物、微觀結構和水化熱，探討了其改性機理，揭示了改性材料微觀結構與宏觀路用性能的相關性[17]。肖葳研制出了一種硅粉改性超細水泥的裂縫修補材料，分析了硅粉對超細水泥基裂縫修補材料性能的影響機理[18]。李銘以礦渣為基材，采用泡花堿和水泥熟料雙堿激發，研制出凝結時間短、抗壓抗折強度高并且經濟環保的路面修補材料[19]。石艷以普通硅酸鹽早強水泥為基材，適當摻加粉煤灰、礦渣粉、熟石灰粉和石英粉，采用較低的水膠比，研究開發了一種強度高、流動性好、抗凍性強、微膨脹的路面裂縫修補材料[20]。李湘前主要研究了礦物摻合料（粉煤灰、礦物纖維）和水灰比對混凝土塑性開裂的影響，不同摻合料和外加劑對橋面鋪裝混凝土早期收縮的影響[21]。雷毅通過堿激發工業廢渣水泥、硅酸鹽水泥和硫鋁酸鹽水泥復配兩種基材，研究了超早強基體性能，并采用聚合物乳液進一步改性，研制出了早強性能突出、黏結性能優良、凝結時間適中的水泥混凝土路面快速修補材料，可以6 h開放交通[22]。

3 展望

目前對水泥混凝土路面早期裂縫修補材料的研究主要集中在材料改性和配方研究。國內現有的有機膠黏劑類裂縫修補材料存在的主要問題是成本過高，而水泥基裂縫修補材料大多仍處于研發狀態，材料的耐久性和環境適應性都有待驗證。因此，今后一段時間內，水泥混凝土路面早期裂縫修補材料的研究應主要集中在以下方面：

a）材料的改性及配方研究。材料的改性及配方研究將仍是水泥混凝土路面裂縫修補材料的研究熱點，通過改性及配方研究，改善材料自身性能和環境適應性。

b）經濟性分析和材料成本控制。目前對水泥混凝土路面裂縫修補材料的經濟性分析相對較少，很多性能優良的材料都因為成本較高而無法推廣應用，因此，進行經濟性分析和降低材料成本將是水泥混凝土路面裂縫修補材料研究的重要目標。

c）相關技術規范的更新和補充。現行的水泥混凝土路面裂縫修補材料相關的技術規范存在材料規定單一和缺乏耐久性規定的問題，是限制材料應用的一個重要因素，因此相關技術規范的更新和補充顯得十分必要。