市政道路修補材料的研究應用現狀分析

高建杰

鄭州鐵路豫鼎工程檢測有限公司（450000）

0 前言

早期最常用的市政道路修補材料是瀝青質材料，即在路面裂縫處灌注瀝青材料，以達到封閉裂縫的目的，或是在已損壞的路面表面加鋪一層瀝青混凝土，這只是一種應急方法，不能從根本上解決路面的修復問題。 隨著水泥技術的發展，除了常規的早強硅酸鹽水泥， 各種新型特種水泥相繼出現，如高鋁水泥、鐵鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥、道路硅酸鹽水泥、硫酸鎂水泥等，為路面的快速修補帶來了新的解決途徑。

1 修補材料的分類及主要特點

根據修補材料的種類，可將路面修補材料分為無機材料類、有機材料類、無機有機復合材料類。按用途可分為裂縫灌漿修補材料、 板塊修補材料、罩面修補材料等。常規的水泥砂漿或混凝土具有強度發展慢、養生期長、易收縮開裂等缺點，很少直接用于修補市政道路。一般需要對常規的水泥砂漿或混凝土進行改性處理， 才能滿足市政道路修補材料早、強、快、硬的要求。 常見的無機類修補材料包括快硬水泥砂漿（或混凝土）、膨脹水泥砂漿（或混凝土）、摻復合外加劑的砂漿（或混凝土）、外摻纖維的砂漿（或混凝土）、外摻超細粉的砂漿（或混凝土）等。 有機類修補材料一般具有柔性好、強度高等優點，但也有耐疲勞性差、耐沖擊性差、界面結合不好等缺點，且價格較昂貴。 常見的有機類修補材料包括瀝青及改性瀝青類、環氧樹脂類、聚氨酯類、烯類等。 無機有機復合材料類修補材料可以有效彌補各自的缺點，適當降低成本，是目前研究應用較多的市政道路修補材料。 常見的無機有機復合修補料有聚合物細石混凝土、聚合物改性砂漿等。

2 道路修補技術的研究現狀

不少企業科研所和高校對市政道路修補技術進行了探索，部分科研成果在實踐中得到檢驗。

西南交通大學的羅建杰[1]對TF 系列水泥混凝土快速修補劑進行了全面的研究，并將其用于成都市三環路修補工程。 實測4 h 抗壓強度達到 26.3 MPa，4 h 抗折強度 3.95 MPa。 工程效果良好，得到推廣應用。 東南大學羅翥等[2]在普通硅酸鹽水泥中摻入快速修補劑SBT-K10，配制的混凝土在標準養護條件下12 h 抗折強度超過 4.0 MPa，而且后期強度穩定增長，具有良好的施工性能。 長安大學的申愛琴教授[3]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，開發出新型水泥路面微裂縫修補材料。 經過室內試驗滿足道路用性能要求 武漢市市政工程有限公司王鴻非和徐波等人[4]以氧化鎂、磷鎂酸鹽和硼砂為主，添加部分礦物摻和料和鋼渣粉等，制備了快、硬、早、強磷鎂酸鹽水泥修補劑。 凝結時間約15 min，2 h 抗壓強度達到24 MPa，1d 抗壓強度達到 44 MPa， 滿足快速施工和短時間開放交通要求。 W·G Wong 等[5]測試了苯乙烯、 丙烯酸酯共聚物對水泥砂漿的動彈模量、沖擊韌性和磨耗性能等的影響。當聚合物摻量為15%～20%時，材料的力學性能達到最佳。 W·G Wong 等還提出了膠凝材料內部形成聚合物薄膜的三維網狀結構理論模型，論證了聚合物改善砂漿性能的機理。 Su 等[6]研究了不同齡期丙苯乳液改善砂漿漿體性能的過程，觀察到了聚合物在水泥顆粒表面形成的一層膜。 聚合物薄層快速修補材料在美國工程應用較早，適用于混凝土橋面、路面的修補工程。 修補材料中摻入一定比例的聚丙烯纖維，增強了混凝土抗疲勞性、 延展性和沖擊韌性。 德克薩斯大學Fowler、David W 教授[7]結合相關工程實例系統總結了薄層快速修補聚合物混凝土的性能。 他認為，聚合物混凝土與普通水泥相容性好，剛度大，適宜用于修補10 mm 以下板厚的路面修復工程。在聚合物改性混凝土中摻入纖維可以運用噴涂技術進行薄層修補，較為經濟實用。 抗壓強度較普通混凝土提高 1～2 倍，彈性模量超出普通混凝土50 %，并且從整體上提高了混凝土結構的耐久性。

3 市政道路修補材料的研究方向

采用普通水泥類修補材料雖然成本較低，工藝簡單易行，但養護時間過長，影響交通，而且收縮率大，修復面層容易出現拉裂，新舊混凝土之間的黏結問題未得到有效解決[8]。 環氧樹脂類修補材料雖然具有強度高、硬化快、黏結性好的優勢[9]，但由于與混凝土膨脹系數相差過大、價格昂貴、耐久性差等原因，一直得不到大規模地推廣應用[10]。水泥路面由于受到車載和環境的雙重作用，修補材料單一性能的提升并不能有效改善路面的整體性能。 因此作為水泥路面的修補材料應當兼顧強度、柔韌性與耐久性。 和其他修補劑相比，聚合物改性快速修補材料具有早期強度高、凝結硬化快、黏結性能好、耐久性優良等特點，能增強路面結構的抗滲性、抗凍融性。

目前，需要對以下五個方面的修補材料性能進行改善：①增強修補材料的工作性。修補材料流動性相對普通砂漿有了較大提高，間接降低了水膠比，增大了強度；②改善拌和物的和易性。 聚合物具有一定的引氣性，因而提升了拌和物的黏聚力和保水性；③提升修補材料的柔韌性。 修補材料抗折強度得到一定程度的提高，而抗壓強度變化不大，降低了發生脆性破壞的可能性；④增加抗沖擊性能和耐疲勞性能。 用作面層材料能降低磨耗，減少路面出現磨光、龜裂等病害；⑤提高黏結性能。 保證面層與基底混凝土黏結牢固，不容易發生路面起皮、脫落現象。因此聚合物改性快速修補砂漿是目前市政道路修補材料研究和應用的主要方向。