高速公路混凝土表面缺陷快速修補(bǔ)應(yīng)用技術(shù)研究

宋曉輝，徐飛萍，陳仁山

（1.山東高速股份有限公司，山東 濟(jì)南 250014；2.山東交通學(xué)院，山東 濟(jì)南 250357）

1 工程技術(shù)背景及研究現(xiàn)狀

濟(jì)青高速公路建設(shè)于1993 年，西起濟(jì)南歷城區(qū)大橋路零點(diǎn)立交橋，東西途經(jīng)5 個(gè)地市及17 個(gè)縣（市），終至青島市北郊的西元莊，為山東的最早的高速公路。全線橋梁、收費(fèi)站廣場等混凝土結(jié)構(gòu)經(jīng)多年的運(yùn)營出現(xiàn)大量表面缺陷，主要表現(xiàn)形式是橋梁混凝土結(jié)構(gòu)表面坑洞、露筋、裂縫、雨后泛白（堿）、保護(hù)層剝落以及混凝土路面起皮、磨損和露骨、坑洞、角隅斷裂、紋裂或網(wǎng)裂等病害。

常見混凝土表面缺陷見圖1、圖2，混凝土路面表面磨光、露骨和錯(cuò)臺(tái)、裂縫或網(wǎng)裂等路面病害傳統(tǒng)的修復(fù)方法有路面灌縫、局部修補(bǔ)、表層鑿除修補(bǔ)等［1-2］。對(duì)圖3、圖4 等梁底板、腹板的坑洞、露筋、泛白、蜂窩、麻面等病害主要有細(xì)石混凝土修補(bǔ)、聚合物砂漿修補(bǔ)、注膠、涂刷混凝土保護(hù)劑等［3-4］。傳統(tǒng)混凝土表面缺陷維修養(yǎng)護(hù)技術(shù)特點(diǎn)見表1。

表1 混凝土路面表面缺陷傳統(tǒng)維修方式

圖1 混凝土路面 磨光、露骨

圖2 混凝土路面錯(cuò)臺(tái)、裂縫、網(wǎng)裂

圖3 梁底板坑洞、露筋、泛白

圖4 表面坑洞、蜂窩、麻面

混凝土表面缺陷為保證新老材料協(xié)同工作，傳統(tǒng)維修技術(shù)主要是鑿除一定深度結(jié)構(gòu)層后修補(bǔ)或表面清理后增層（厚）修補(bǔ)，造成施工及養(yǎng)生期長、造價(jià)高，特別是路面修補(bǔ)對(duì)交通干擾大，并產(chǎn)生大量廢料。隨著高性能無機(jī)聚合材料研究的深入，研發(fā)適應(yīng)于混凝土表層缺陷的材料性能耐久、造價(jià)適中、施工期短的快速修補(bǔ)材料及工藝成為行業(yè)熱點(diǎn)。

2 高性能水泥基混凝土薄層快速修補(bǔ)

2.1 高性能水泥基混凝土薄層修補(bǔ)材料性能

高性能水泥基混凝土修補(bǔ)材料是以高鋁水泥熟料、石膏、粉煤灰等主要膠凝材料，以高強(qiáng)細(xì)集料為骨料并添加一定減水劑、早強(qiáng)劑、膨脹劑、消泡劑等添加劑復(fù)配而成。具有快凝、快硬、早強(qiáng)、高強(qiáng)，微膨脹、密實(shí)、抗?jié)B、抗腐蝕，黏接性能高，抗磨、耐久性能高等特點(diǎn)［5-6］。

針對(duì)混凝土表面缺陷高性能水泥基薄層修補(bǔ)材料，可用3～10 mm 超薄層快速維修，也可用1～10 cm 混凝土表層修補(bǔ)。初凝時(shí)間5～10 min，終凝時(shí)間10～20 min，硬化后產(chǎn)生強(qiáng)度，1 h 抗壓強(qiáng)度能達(dá)到20 MPa 以上，2 h 即可通車；1 d 抗壓強(qiáng)度即可達(dá)到40 MPa 以上；后期強(qiáng)度穩(wěn)步增長，在低溫條件下仍能發(fā)揮較高的小時(shí)強(qiáng)度。對(duì)杭州路人科技股份有限公司的修復(fù)王修補(bǔ)材料和北京華夏先河新材料有限公司的華夏一號(hào)水泥混凝土路面修補(bǔ)料進(jìn)行了性能對(duì)比試驗(yàn)，見表2［7］。

表2 兩種高性能修補(bǔ)材料指標(biāo)試驗(yàn)檢測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比

通過材料性能試驗(yàn)，兩種水泥基混凝土薄層修補(bǔ)材料具有強(qiáng)度高、黏結(jié)性強(qiáng)、收縮小、溫度膨脹與普通混凝土接近的優(yōu)良指標(biāo)，抗磨能力及凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度增長率非常適合混凝土表層缺陷的快速修補(bǔ)需求。

2.2 高性能水泥基混凝土材料薄層修補(bǔ)關(guān)鍵工藝

2.2.1 維修定位及測(cè)量放線

局部修補(bǔ)邊界及線形制約著結(jié)構(gòu)表面及混凝土路面修補(bǔ)的質(zhì)量和外觀。所以對(duì)修補(bǔ)作業(yè)面測(cè)量放線應(yīng)對(duì)不規(guī)則的病害部位進(jìn)行取正找齊邊界，邊界定位準(zhǔn)確、規(guī)則。

2.2.2 作業(yè)表面清理、鑿毛處理

對(duì)作業(yè)基面切割鑿毛。用切割、鑿毛設(shè)備沿放線進(jìn)行邊部切割和修補(bǔ)面鑿毛，對(duì)超薄層修補(bǔ)切割、鑿毛深度3～5 mm，結(jié)構(gòu)層一定深度修補(bǔ)5～10 cm。現(xiàn)有施工機(jī)具、設(shè)備沒有適合超薄層、薄層清理及快速、均勻鑿毛工藝，需在現(xiàn)有設(shè)備上進(jìn)行改進(jìn)。

2.2.3 工藝流程次序和時(shí)間進(jìn)度控制

對(duì)于薄層修補(bǔ)主要的定位測(cè)量及放線、基面清理、材料拌和、材料攤鋪與做面、作業(yè)面保護(hù)及開放交通（恢復(fù)使用）等工藝流程，必須計(jì)算好每步工藝搭接及流水施工步距。特別是材料拌和、攤鋪與做面及作用面保護(hù)流程應(yīng)根據(jù)材料凝結(jié)時(shí)間、修補(bǔ)量、設(shè)備容量及強(qiáng)度增長速率準(zhǔn)確控制。

3 工程應(yīng)用

濟(jì)青高速公路濟(jì)南段部分橋梁主梁板及收費(fèi)廣場混凝土路面表面缺陷，特別是收費(fèi)廣場混凝土路面表面由于車輛制動(dòng)、起步荷載作用頻繁，混凝土露骨、脫皮、邊角斷裂等病害發(fā)生較多。這些表面缺陷如不及時(shí)處理，在雨水及荷載作用下發(fā)展極快，會(huì)導(dǎo)致梁板等結(jié)構(gòu)內(nèi)部病害出現(xiàn)或混凝土路面唧漿、脫空、錯(cuò)臺(tái)等嚴(yán)重病害，影響車輛通行和安全。傳統(tǒng)處理方式不僅工藝復(fù)雜、勞動(dòng)量大、安全措施要求高，特別是作業(yè)工期長，路面作業(yè)經(jīng)常影響暢通和引發(fā)安全隱患，急需采用快速修補(bǔ)、及時(shí)開放交通的新的技術(shù)手段。高性能水泥基混凝土薄層修補(bǔ)材料的性能能很好地滿足該項(xiàng)工程需求，因此，2020 年3 月對(duì)路段內(nèi)的K01+230、K12+190、K23+650、K38+045、K42+340、K47+400 等10 處 的混凝土路面缺陷、舊橋主梁底板等混凝土表面缺陷，采用水泥基高性能修補(bǔ)材料修復(fù)王混凝土薄層修補(bǔ)技術(shù)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)處治。

舊橋梁板表面和混凝土路面病害主要是寬度小于0.2 mm 的微裂紋，以及麻面、脫皮等表層破損，包括坑槽、孔洞等非結(jié)構(gòu)性破壞。經(jīng)過技術(shù)、經(jīng)濟(jì)性分析論證后，可運(yùn)用上述方案并改進(jìn)施工工藝后對(duì)破損路面進(jìn)行局部修補(bǔ)。

3.1 施工工藝流程

3.1.1 準(zhǔn)備及測(cè)量放線

施工準(zhǔn)備包括安全圍護(hù)、路面交通控制等。根據(jù)修補(bǔ)結(jié)構(gòu)部位，混凝土表面裂縫、起皮、麻面采取3～5 mm 超薄層的修補(bǔ)，表面坑洞、露筋采取1～3 cm 的薄層修補(bǔ)。對(duì)每個(gè)作業(yè)面進(jìn)行矩形放線，提升修補(bǔ)效果。

3.1.2 作業(yè)面切割、鑿毛清理

作業(yè)面切割整齊、鑿毛深度均勻，鑿毛、清理工序要迅速。傳統(tǒng)較大型的路面拉毛機(jī)雖然作業(yè)效率高，但是適應(yīng)于大面積、較厚層基面處理。局部和淺層修補(bǔ)常用的小型切割機(jī)和沖擊鉆等設(shè)備作業(yè)效率低、處理不均勻。基面鑿毛、清理設(shè)備需要進(jìn)行改進(jìn)和升級(jí)，以適應(yīng)該種技術(shù)方案。結(jié)合現(xiàn)有設(shè)備和材料特性項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)開發(fā)了新的鑿毛設(shè)備，包括將車體、連接架、固定框體、彈性板、鑿毛機(jī)構(gòu)和滑動(dòng)桿等部分見圖5、圖6。

圖5 鑿毛設(shè)備鑿毛機(jī)構(gòu)

圖6 鑿毛工作現(xiàn)場

3.1.3 維修基面清洗

鑿毛后利用壓縮空氣吹掃基面后，需用壓力水槍對(duì)基面上殘留的粉塵進(jìn)行沖洗和浸入作業(yè)面，作業(yè)流程為吹掃—沖洗—吹掃，保持修補(bǔ)基面干凈、潮濕、無積水，以便于下保證后續(xù)材料攤鋪工序質(zhì)量。

3.1.4 材料攪拌和攤鋪。

由于材料凝結(jié)、硬化速度快，一次拌和量應(yīng)適中，與攤鋪面積和初凝時(shí)間相一致，保證在材料初凝前快速完成作業(yè)面攤鋪和做面。

3.1.5 作業(yè)面保護(hù)及交通開放。

修補(bǔ)作業(yè)后，保證作業(yè)面1 h 內(nèi)不能被擾動(dòng)。對(duì)于收費(fèi)廣場路面超薄層修補(bǔ)，根據(jù)凝結(jié)和硬化情況1～2 h 后開放交通。

3.2 維修效果

對(duì)濟(jì)青高速公路濟(jì)南段部分舊橋梁、板及收費(fèi)廣場混凝土路面表面缺陷維修前和后，分別用回彈儀進(jìn)行了回彈強(qiáng)度檢測(cè)和外觀檢查［6］，實(shí)測(cè)強(qiáng)度和外觀統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3。

表3 濟(jì)青濟(jì)南段舊橋梁、板及收費(fèi)廣場混凝土路面表面缺陷處置前后強(qiáng)度統(tǒng)計(jì)

4 結(jié)語

總結(jié)了高速公路舊橋梁板和混凝土路面缺陷的常用傳統(tǒng)病害處理技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)新型高性能泥基混凝土材料修復(fù)王和華夏一號(hào)表層缺陷修補(bǔ)性能進(jìn)行了對(duì)比試驗(yàn)研究，在試驗(yàn)驗(yàn)證合格基礎(chǔ)上，結(jié)合示范應(yīng)用進(jìn)行高性能水泥基混凝土材料薄層修補(bǔ)技術(shù)設(shè)備和工藝改進(jìn)，采取該項(xiàng)新技術(shù)方案工程的養(yǎng)護(hù)工程取得了良好的效果。