水泥混凝土路面裂縫分析與處置.doc

水泥混凝土路面裂縫分析及處置 摘要 水泥砼路面因其具有獨特的優(yōu)勢在公路建設中受到充分重視，且其施工方便，材料簡單，使用壽命長，因此水泥混凝土公路路面適用范圍很廣，高速公路、普通公路、水利工程的防汛道路等，均采用其作為主要結構形式，但它也有自己的一大缺點，就是在其受到損壞以后，維修難度相當大。其中裂縫是最常見也是危害很大的一種病害，對路面的使用性能和使用年限都有很大影響，如不及時治理將會破壞路面，使其失去使用性能。本文在分析水泥砼路面裂縫產生原因的基礎上，提出水泥砼路面裂縫修補材料的選擇原則，并對各類補修材料進行評述，并提出 各種裂縫的處置時的施工方法，為水泥混凝土路面裂縫的處理提供了一些參考。關鍵詞 水泥砼路面; 裂縫產生原因 ; 修補材料; 修補方法目錄摘要.1關鍵詞1 前言.41 裂縫產生原因分析.51.1表面裂縫.51.2貫穿裂縫.51.2.1橫向裂縫.61.2.2縱向裂縫.7 1.2.3交叉裂縫.7 1.2.4板角裂縫.82 裂縫修補技術.82.1裂縫修補材料選擇原則.82.2修補材料與基質砼相溶性.82.3水泥混凝土裂縫修補材料.92.4裂縫修補方法.11 2.4.1壓注灌漿法.112.4.2擴縫灌注法.122.4.3直接灌漿法.122.4.4條帶罩面法.122.4.5表面龜裂的處理.133 結論與建議.134 結束語.145 參考文獻.15 前 言 近年來，我國許多省、市、自治區(qū)修建了大量的水泥砼路面，至2007年，高級、次高級水泥砼路面里程已達68740km，水泥砼路面占高，次高級路面總里程14.7%。大力發(fā)展水泥砼路面，對合理利用水泥資源，提高路面質量，緩和瀝青供應不足的矛盾，具有重要的技術意義。 水泥砼路面剛度大，擴散荷載能力強，穩(wěn)定性好，但隨著里程的增長，加上早期修建的水泥砼路面已接近使用年限，養(yǎng)護維修工作就越來越重，特別是近幾年，由于交通量增大，交通荷載重型化，行車速度的提高，加上水泥砼路面長期暴露在日灑雨淋，凍融，溫差及各種化學物質侵蝕的自然環(huán)境中，加速了結構層和路面層的損壞。其中裂縫的產生會直接影響到面層和結構層的損壞，因而影響著行車速度，舒適性和安全，因此對裂縫的修補尤其重要。由于水泥砼路面裂縫修補是一項技術強，難度大的工作。同時為了使交通更快得到開放，也就必須選擇合理的材料配合，使修復工程更迅速達到一定的強度和耐久性，使交通得以正常運行。1裂縫產生原因分析水泥砼板面的裂縫，可分為表面裂縫和貫穿板全厚度的裂縫（簡稱為貫穿裂縫）。11 表面裂縫水泥砼板面的表面裂縫主要是由砼混合料的早期過快失水和碳化收縮引起的，具體如下： 由于構成混合料的各種固體的顆粒大小，密度不同，混合料不可避免發(fā)生分層離析，再者由于配合比不當，操作不當，砼的顆粒不均勻，離析就會加大，即重顆粒下沉，水分向上遷移，從而形成表面泌水，結果就會使水泥砼表面含水量增加，當混合料表面水的蒸發(fā)速度比泌水速度快時，水的蒸發(fā)面就會深入到混合料表面之內，水面形成凹面。由于凹面較凸面所受壓力大，同時顆粒間產生毛細管張力，促使顆粒凝聚。當水泥砼表面尚未充分硬化，不能抵抗這一表面張力時，砼表面則發(fā)生裂縫。這種塑性裂縫的產生時間，大致與泌水消失時間相對應，在砼澆筑之后數(shù)小時，砼表面將普遍出現(xiàn)細微的龜裂。 砼碳化收縮也會引起其表面龜裂。當砼的水泥用量低，水灰比較大時，空中的CO2易滲透到水泥砼內，與其中的堿性物質起化學反應，生成碳酸鹽和水。 水泥砼的碳化反應在空氣相對濕度為30%50%時最為激烈。碳化引起的收縮僅限于水泥砼路面表面，只產生混凝土的表面裂縫，碳化收縮的速度較失水速度慢，因而帶來危害并不大，但都會給水泥砼路面的耐磨性，表面抗滑性及行車舒適性帶來不利影響。12 貫穿裂縫水泥砼路面貫穿裂縫為貫穿板全厚度的橫向裂縫，縱向裂縫，交叉裂縫，板角斷裂等。121 橫向裂縫垂直于行車方向的有規(guī)則裂縫稱為橫向裂縫，導致水泥砼路面出現(xiàn)橫向裂縫的原因較多，大致可以歸納如下幾方面：（1）干縮裂縫 在水泥砼中，水在水泥石中以化學結合水，層間水，物理的吸附水，還有毛細管水等狀態(tài)存在著。當這些水在砼硬化過程中失去時，水泥漿體就會產生收縮，這就是干縮，當收縮受到條件限制時，產生收縮應力，這就會引起干燥收縮裂縫。水泥漿體干縮的限制主要是砼骨料對水泥漿的限制。在普通水泥砼中，水泥漿的收縮率被限制了90%，所以砼內部經常存著引起干縮裂縫的應力狀態(tài)。干縮裂縫引發(fā)的路面橫向裂縫，往往是在砼水化硬化的早期。有資料表明，水泥砼20年收縮量的14%34%發(fā)生在水泥砼的14d齡期內，40%80%發(fā)生在3個月齡期內。（2）冷縮裂縫和一般材料一樣，水泥砼具有熱脹冷縮性能。砼板塊的冷縮卻是在相鄰部或整體性限制條件下發(fā)生的，熱脹屬于變形壓縮，而冷卻則屬于拉伸變形，這樣就容易引起開裂。水泥砼在硬化過程中是一個放熱反應，板塊溫度上升。在通常溫度范圍內，砼上升1，每米膨脹0.01mm，這種變形，對大面積板塊極為不利。 水泥水化過程中放熱速度是變化的，初始較慢，25min后增濕，大約在水泥終凝后12h的水化熱溫度可達8090，使內部砼產生顯著的體積膨脹，而板面溫度隨著晚上氣溫降低，濕水養(yǎng)護而冷卻收縮，致使砼路面內部膨脹，外部收縮，產生很大的拉應力，當外部砼所受拉應力一旦超過砼當時的極限抗拉強度時，板塊就會產生裂縫或橫向斷裂。此外，從表中可得到，由于放熱過程中放熱率變化，水泥砼溫度將產生變化，當混凝土從最高溫度降溫時，由于受到已有基層或已有硬化混凝土的約束力，在溫度下降時，就不能自由收縮，就會產生裂縫。（3）切縫不及時 為防止水泥砼路面的干縮裂縫和冷縮裂縫，人們采用切縫將路面分塊。我國現(xiàn)行的水泥砼路面設計規(guī)范規(guī)定，路面板長不大于6m，板塊寬不大于5m。但由于施工中切縫的時間難以控制得當, 造成砼路面出現(xiàn)橫向裂縫。從砼收縮因素考慮，最后是水泥砼中水泥水化初階段切縫，但因砼抗壓強度不足，根本無法切縫。 一般砼抗拉強度僅為抗壓強度的1/81/7，即約為4.3Mpa5.0Mpa。可見，氣溫下降30的溫度就歷程將超過砼的抗拉強度，板塊的橫向斷裂就難以避免。但對于己切縫的砼板，除第一天的應力有可能大于該齡期的抗折強外，其余溫度應力均小于相應齡期的要求。所以切縫不及時，就會導致水泥砼路面橫向裂縫產生。122 縱向裂縫順向方向出現(xiàn)的裂縫稱為縱向裂縫。水泥砼路面的傳荷順序為面層，基層、墊層、路基。盡管面層板傳到路基頂面的荷載應力值很小，往往不會超過0.05Mpa，但路基的支承條件卻是很重要的。由于填料土質不均勻，溫度不均勻，膨脹土、凍脹，壓實不足等多種原因，都會直接導致路基支承不均勻，在砼澆筑之前未嚴格檢查基底彈性模量Et是否符合規(guī)范要求，而盲目施工，在路基稍有沉陷的情況下，在板自重和行車壓力作用下而產生縱向斷裂。剛開始時縫很細，一般小于0.05mm，但隨著雨水侵入和浸泡基層，使其表層軟化，液化而產生唧泥、淘空，使裂縫加大。拓寬路基時，由于路基處理不當，新路基出現(xiàn)沉降，砼板下沿縱向出現(xiàn)脫空。在車輛荷載作用下，使砼板發(fā)生縱向斷裂。123 交叉裂縫兩條或兩條以上相互交錯的裂縫稱為交叉裂縫。產生交叉裂縫的主要原因： 水泥砼強度不足，在輪載和溫度作用下會出現(xiàn)交叉裂縫。 路基和基層的強度與水穩(wěn)性差，一但受到水的侵入，將會發(fā)生不均勻沉陷，在車輛荷載（特別是重載）作用下，砼板塊出現(xiàn)交叉裂縫。 水泥的水化反應和堿骨料反應。水泥水化反應在砼發(fā)生升溫和降溫過程中產生體 積的脹縮變形，在內部骨料及外部邊界約束下使砼的自由脹縮變形受阻，而產生拉壓應力。同樣在水泥的生產過程中，有時也會出現(xiàn)一些過燒的CaO和mgO它們的水化速度較慢，往往在水泥硬化后再水化，引起水泥漿體體積膨脹，開裂甚至潰散。同時由于水泥在生產過程中燒成溫度不好控制，水泥的安定性不良，澆筑之后的砼路面就會產生大面積龜裂。124 板角裂縫與砼板角兩邊接縫相連的貫穿板厚的裂縫稱為板角斷裂。板角是砼路面板的薄弱部位，由于側模的模壁效應，施工時插入式振搗器很難保證砼完全密實，板角密實度不夠強度相對較小，而在受力上板角較為不利。相鄰板角之間無傳力桿，傳荷能力較差。在車輪荷載作用下荷載應力較集中，除在砼路面的起始點主要有角隅及邊緣鋼筋外，其它部位均未設加強筋，而且一旦砼路面板接縫進水，板下就會出現(xiàn)唧泥，脫空現(xiàn)象。板角更是處于不利狀況，車輪荷載作用在板角時就很容易出現(xiàn)板角斷裂。2 裂縫修補 21 裂縫修補材料的選擇原則理想的裂縫修補材料必須滿足以下性能要求：粘結強度高；防水抗?jié)B性好；在自然溫度范圍內具有較好的穩(wěn)定性；優(yōu)良的抗嵌入性；優(yōu)良的耐久性；使用方便、施工快捷；對環(huán)境無污染；與基質混凝土具有較好的相容性。22 修補材料和基質砼的相容性修補材料是否成功有效，取決于基礎砼和舊砼是否有較好的相容性。其相容性表現(xiàn)在以下幾方面：收縮應變、蠕變系數(shù)、熱膨脹系數(shù)、彈性模量、泊松比、抗張強度、疲勞性能、粘結力、孔隙率和電阻率、化學活性等。修補材料必須是一種低收縮材料，否則將在修補層出現(xiàn)張應力。修補材料的蠕變特性則應根據(jù)具體使用環(huán)境而定，使修補材料和基質混凝土結合良好，所受應力在最低范圍內；修補材料的熱膨脹系數(shù)及彈性模量，泊松比等與基質砼應盡可能地保持一致，在溫差變化及應力作用下，材料界面不至于出現(xiàn)應力集中，保證界面的良好結合；修補材料的抗張拉強度必須優(yōu)于基質砼；修補材料必須具備優(yōu)良的疲勞性能和較強的粘結力，從而保證修補材料的耐久性，在配筋路面，修補材料必須和基質材料具備相似的孔隙率和電阻率，如果修補材料的孔隙率及電阻率差異較大，則會導致修補區(qū)域和基質砼區(qū)域的溶液電位差增加，在特定區(qū)域鋼筋電化學，腐蝕加劇，導致修補失效，修補材料必須具備優(yōu)良的化學穩(wěn)定性，較低的化學活性，優(yōu)良的護筋性及與水泥砼中的骨料不發(fā)生堿集料反應等特點。23 水泥砼裂縫修補材料 裂縫修補材料根據(jù)其功能可分為高模量補強材料和低模量密封材料。前者固化后具有較高的強度和剛度，后者則具有較大的柔性。當水泥砼路面由于裂縫造成強度不足時，宜選用高模量補強材料。因為修補材料太低，將降低應力傳遞效果，起不到補強材料。因為修補材料太低，將降低應力傳遞的效果，起不到補強作用。當水泥砼路面僅出現(xiàn)貫穿裂縫，而板面強度仍能滿足通車時，為防止雨水和空氣的侵蝕，裂縫擴大而削弱路基，可選用低模量密封修補材料，將裂縫封閉。典型的高模量補強材料有環(huán)氧樹脂類，酚醛和改性酚醛樹脂類膠粘劑，低模量密封材料有聚氨脂類、烯類、橡膠類、瀝青類膠粘劑。本文主要介紹環(huán)氧樹脂類，聚氨脂類灌漿材料，烯類裂縫修補材料，聚合物現(xiàn)性水泥砂漿類裂縫修補材料。（1）環(huán)氧樹脂類修補材料環(huán)氧樹脂類修補材料的主要組分是環(huán)氧樹脂，它是含有兩種以上環(huán)氧化基因的高分子化合物，常見的環(huán)氧樹脂可分為兩類，一類是縮水甘油基型環(huán)氧樹脂；一類是環(huán)氧化烯烴。水泥砼路面修補中使用的環(huán)氧樹脂類材料大多屬縮水甘油基型，常用的有由多元酚和多元醇制備的雙酚A環(huán)氧樹脂。這類環(huán)氧樹脂剛性大，延性小、質脆，與舊混凝土膠接時，界面易產生集中而開裂。而環(huán)氧樹脂改性后，即保持了強度高，粘附力強的優(yōu)點，又通過改性降低脆性，提高韌性，最重要的一類用于水泥砼路面裂縫修補的是聚硫改性環(huán)氧灌漿材料。以環(huán)氧樹脂100g，聚硫橡膠50g和DMP-30（固化劑）10g混合而成的改性環(huán)氧樹脂，抗拉強度高達50.6Mpa，延伸率達5%；用環(huán)氧樹脂6101號100g, 聚硫橡膠（分子量1000）30g，生石灰（過160目，600活化4h）30g，固化劑1號20g，（KH-550）30g，混合成的改性環(huán)氧25下45min或基本凝固，3-5h后則可達21-23mpa的抗剪強度，這兩種配方的改性環(huán)氧樹脂在我國實際工程中均有應用，效果良好。另一類改性環(huán)氧為914雙組份快速固化裂縫修補材料，用711脂環(huán)族雙縮水骨油脂環(huán)氧，712環(huán)氧樹脂和703固化劑組成的914雙組份室溫快速固化膠粘劑，25下3h抗剪強度最高可達到30mpa左右，采用間苯=酚雙縮水甘油醚70g等量間苯=酚和間苯=酚分甲醛樹脂混合物的環(huán)氧化合物30g，J=烯雙環(huán)氧20g，無機填料60g，低分子聚酰胺80g，2，4-甲苯=胺20.5g，液體聚硫20.5g，混合成的改性聚硫環(huán)氧灌漿材料，在常溫下凝膠時間為1.7h，室溫抗剪強度達20Mpa。以上幾種修補材料在我國試用以后，效果不錯，特別是914雙組組份快速固化膠粘劑，現(xiàn)在已廣泛采用。（2）聚氨脂類灌漿材料聚氨脂類灌漿材料主要是由多異氰酸和聚氨基甲酸脂組成，其具有高度的極性和活潑性，對水泥砼具有極強的粘附性能，而且聚氨脂具有柔性分子鏈，它的耐震性及抗疲勞性能都很好，并且它還有一個重要的特點是它的耐低溫性能好，它比其它任何其它的膠粘性材料都具有更好的耐寒性。因此由它配成的裂縫灌漿材料耐氣候性好，適宜于不同季節(jié)和地區(qū)使用，而且聚胺固化時，幾乎沒有任何副產品產生，因此不會產生膠接層缺陷。（3）烯類裂縫補材料烯類裂縫修補材料采用烯類聚合物配制而成，通常有兩大類：一類是以烯類單體或預聚體作膠粘劑，在固化過程中發(fā)生聚合；另一類是以高分子聚合物本身作膠粘劑。用于水泥砼路面裂縫修補的烯類材料主要有兩類：其一為氰基丙烯酸酯膠粘劑，主要成分是-氰基丙烯酸酯，通過增稠劑和增塑劑等改善工作性和抗沖擊性能，其特點是粘度低，固化時間短，透明性好，膠結強度強，氣密性好，不足之處是價格較高，抗沖擊性能較差；另一類為（甲基）丙烯酸酯樹脂粘劑，甲基丙烯酸樹脂具有三向交聯(lián)結構，所以耐熱性，耐水性、耐介質以及耐大氣老化性能較好，收縮率低，強度高，因（甲基）丙烯酸脂樹脂粘劑粘度較其它有機高分子材料低，常與水泥復合成樹脂改性砼對寬裂縫進行修補，（甲基）丙烯酸酯樹脂膠粘劑制備工藝復雜，為調節(jié)固化產物的結構性能，需要摻入大量的外加劑。（4）聚合物改性水泥砂漿類裂縫修補材料普通水泥砂漿因收縮大，粘結強度低等原因較少用于裂縫的修補，而通過聚合物乳液改性水泥砂漿能提高其工作性能，減少漿體收縮，提高粘結強度，以及砂漿的綜合力學性能，改善防水抗?jié)B能力及抗凍融能力，降低純聚合物材料的費用等。常用于裂縫修補的聚合物改性水泥砂漿有聚醋酸乙烯乳液改性水泥砂漿，聚丙烯酸酯乳液改性水泥砂漿，環(huán)氧樹脂改性水泥砂漿，不飽和聚酯樹脂改性水泥砂漿及丁苯膠乳改性水泥砂漿等。24裂縫修補方法砼路面的裂縫情況比較復雜。修補時要根據(jù)具體的情況采取相應的修補措施對砼路面裂縫的修補可采用壓注灌漿法、擴縫灌漿法、直接灌漿法和條帶罩面法。241壓注灌漿法對寬度在0.5mm以下的非擴展性的表面裂縫，可采取壓注灌漿法。(1)用壓縮空氣清除縫隙中泥土雜物；(2)將松香和石蠟按1：2配制并加熱溶化；(3)每隔30cm安置一個灌漿嘴；(4)用膠帶將縫口貼牢，并在灌漿嘴及膠帶上加封松香石臘；(5)用壓力灌漿器將灌漿材料溶液壓入縫內。242擴縫灌漿法對局部性裂縫且縫口較寬時?？刹扇U縫灌漿法。(1)先順著裂縫用沖擊電鉆將縫口擴寬成1.5cm的溝槽，槽深根據(jù)裂縫深度確定，最大深度不得超過23板厚。(2)用壓縮空氣吹除砼碎屑，填入粒徑為0.5cm的清潔的小石屑(含泥量小于1)。(3)根據(jù)選用的裂縫修補材料使用方法，準備好灌漿材料。(4)灌入選用的裂縫修補材料。(5)用遠紅外燈加熱增強2h一3h即可通車。243直接灌漿法對非擴展性裂縫，可采取直接灌漿法。(1)先將縫內泥土、雜質清除干凈，隨后用鋼絲刷將縫口刷一遍，并用吸塵器將浮土吸掉，確保縫內無水、干燥。(2)縫內及路面先鋪一層聚氨脂底膠層，厚度為0.30.1mm。底膠用量為0.15kgm2，底膠鋪設采用涂刷方法。(3)準備好灌漿材料。 (4)將灌漿材料灌入縫內，固化后達到通車強度，即可放行。 244條帶罩面法 對貫穿全厚的開裂狀裂縫，宜采取條帶罩面法進行修補。 (1)首先順裂縫兩側各約20cm，且平行于縮縫切7cm10cm 深兩條橫縫。 (2)在兩橫縫內側用風鎬或液壓鎬鑿除混凝土7cm10cm。 (3)沿裂縫兩側10cm每隔50cm鉆一對把釘孔，鈀釘孔的直徑略大于鈀釘?shù)闹睆健?(4)用由16螺紋鋼筋制成長20cm、彎鉤長7cm的把釘。 (5)將孔槽內填滿快硬砂漿，安裝把釘。 (6)人工將切割的縫內壁鑿毛，以增強新老砼的粘結力。人工去除已破裂尚未掉下 來的表面裸石。 （7)在修補面上先刷一層同砼配比的修補砂漿，然后澆筑快硬混凝土。 (8)噴灑養(yǎng)生劑養(yǎng)生。為防止修補砼中的水分沿相鄰老砼孔中失去，養(yǎng)護劑的噴灑面應延伸到相鄰老砼內20cm以上。(9)用切縫機加深縮縫。(10)灌填縫料。(11)在裂縫端部路肩處修盲溝以利排水。245表面龜裂的處理(1)對于表面裂縫較多及表面龜裂?？砂蚜芽p劃為一個施工面。(2)將其施工面中的裂縫鑿成一塊3cm6cm凹槽。(3)把砼碎屑吹除干凈。(4)配制聚合物乳液混凝土或備好其它修補材料。(5)澆筑修補混凝土。 (6)噴灑養(yǎng)生劑養(yǎng)生。(7)養(yǎng)生至規(guī)定通車強度后通車。3結論與建議在水泥砼路面裂縫修補中，修補材料的配制和選擇占著首位，而修補材料的主要功能是應滿足新舊水泥混