試論修補(bǔ)水泥混凝土路面裂縫的新材料研究

　　水泥路面為我國(guó)高等級(jí)路面的關(guān)鍵模式之一，水泥混凝土路面直接受到多種自然條件、承受車輛荷載等影響，一些路面將出現(xiàn)早期裂縫，就是需要及進(jìn)實(shí)施修補(bǔ)，避免路面損壞的最大化發(fā)展。而補(bǔ)修路其裂隙的修補(bǔ)材料亦露于路面，修補(bǔ)材料即需滿足“強(qiáng)度與需久性”等要求，還需具良好的粘接性、流動(dòng)性及變形性[1]。目前，用于水泥混凝土路面縫隙修補(bǔ)的材料不是造價(jià)過高就是耐久性及防水性不佳，不能長(zhǎng)期使用。因聚合物可改善水泥材料的耐久性能及力學(xué)性能，高效減水劑量可顯著提升水泥漿體的流動(dòng)性，于水泥凈漿里加入高效減水劑與聚合物等，為研制路面縫隙修補(bǔ)的新材料。

　　1 原材料的“技術(shù)性質(zhì)”

　　選取的原材料，要針對(duì)修補(bǔ)材料的“良好耐久性及工作性、和舊混凝土的相容性、良好的粘接性與變形水平、經(jīng)濟(jì)環(huán)保、強(qiáng)力抗彎強(qiáng)度”等因素。依此選取下列原材料：(1)水泥?；|(zhì)材料選取陜西某廠生產(chǎn)的42.5R硅酸鹽水泥。(2)聚合物乳液。其為修補(bǔ)材料的“改性材料”，需能改善水泥界面粘結(jié)、塑性變形、耐久性等水平。此本修補(bǔ)材料選用“聚丙烯酸、聚醋酸乙烯、丁苯乳液、苯丙乳液”。(3)外加劑。修補(bǔ)材料選用的外加劑類型有“消泡劑、減水劑、膨脹劑、早強(qiáng)劑”。消泡劑：消除攪拌時(shí)聚合物生成的所泡，提升材料緊密度;減水劑：主要起到提升漿體流動(dòng)性的作用，這又利于縫隙灌漿，能改善水泥制品的耐久性及力學(xué)強(qiáng)度;膨脹劑：其水化硬化中隨之自身體積膨脹，可降低水泥混凝土因水分蒸發(fā)等因素導(dǎo)致的開裂;早強(qiáng)劑：早強(qiáng)劑可調(diào)節(jié)材料強(qiáng)度形成時(shí)間。

　　2 縫隙修補(bǔ)材料的配合比設(shè)計(jì)

　　水灰比、減水劑與聚合物摻量、聚合物種類為修補(bǔ)材料性能的四大要素，此四個(gè)參考將影響修補(bǔ)材料性能。本次正交實(shí)驗(yàn)實(shí)施結(jié)果表明，水灰比宜控制在0.5左右，聚合物摻量控制在10%左右，減水劑摻量宜控制在0.2%左右。影響修被材料流動(dòng)度的因素順序?yàn)椋簻p水劑摻量(C)→水灰比(A)→聚合物種類(D)→聚合物摻量(C)(見表1)。

　　3 縫隙修補(bǔ)材料“工作性能”研究

　　水泥路面裂隙小且不規(guī)則，流變性能直接影響修補(bǔ)材料的修補(bǔ)效果。漿體流動(dòng)于裂隙中時(shí)，受自身粘性及阻力作用，要求修補(bǔ)材料務(wù)必具有好的流動(dòng)性，方可確保灌滿裂隙。并且，還要求修補(bǔ)材料具有好的體積穩(wěn)定性。交通條件對(duì)“凝結(jié)時(shí)間”也有要求，漿體凝結(jié)時(shí)間如果過長(zhǎng)，將有很大影響。所以修補(bǔ)材料的工作性能指標(biāo)主要有：流動(dòng)性、穩(wěn)定性、可灌性、凝結(jié)時(shí)間。經(jīng)對(duì)聚合物改性水泥漿工作性能測(cè)試，得出下列結(jié)論：(1)經(jīng)對(duì)裂隙可灌性測(cè)試，235 mm的流動(dòng)度可灌入(1～3) mm縫隙。水泥漿體流動(dòng)度若>235 mm，便可完滿灌入(1～3) mm縫隙，若反之則不能。(2)聚合物可提升水泥漿體穩(wěn)定性，水泥漿體摻加適量的聚合物后其析水率僅為基準(zhǔn)水泥漿體的50%左右。(3)水泥凝結(jié)時(shí)間因聚合物的加入延長(zhǎng)，常規(guī)下24 h內(nèi)皆可實(shí)現(xiàn)終凝。(4)經(jīng)水泥流動(dòng)損失測(cè)試結(jié)果，聚合物摻量控制于10%左右，與前一節(jié)結(jié)論相合。

　　4 水泥路面縫隙修補(bǔ)材料的“路用性能”分析

　　修補(bǔ)材料在灌入縫隙的同時(shí)，還要求有與路面結(jié)構(gòu)一致的“力學(xué)性能及耐久性能”等路用性能。為確保修補(bǔ)材料的“修復(fù)效果”，還需有極佳“粘結(jié)、形變”的性能。否則修補(bǔ)材料將可能與基質(zhì)材料產(chǎn)生脫離從而造成修復(fù)失敗。所以，修補(bǔ)材料在應(yīng)具備優(yōu)良的“工作性能及路用性能”，這樣才能可保證修補(bǔ)材料在“實(shí)際工程”里的應(yīng)用效果。

　　此次對(duì)聚合物改性水泥“耐久、形變、界面粘結(jié)、力學(xué)”四類性能進(jìn)行測(cè)試，得出下列結(jié)論：(1)于水泥內(nèi)單一個(gè)摻加聚合物，于28d時(shí)也許其抗折抗壓強(qiáng)度要低于不摻加聚合物試樣。故此，采取兩種混合手術(shù)摻加聚合物，力學(xué)強(qiáng)度上要較基準(zhǔn)試樣高，實(shí)現(xiàn)了規(guī)范要求。試件力學(xué)強(qiáng)度最好的時(shí)機(jī)，這時(shí)聚合物的配合比是聚合物乳液B/C共混，它的共混比例為3/2～2/3。(2)摻加聚合物可減少水泥材料(10～15)%的剛度，提升了柔性，加大了沖擊荷載的承受力，耐久性提升。(3)對(duì)修被界面粘結(jié)性能的“粘結(jié)拉伸、劈裂抗拉粘結(jié)、粘折抗折”等強(qiáng)度的測(cè)試，當(dāng)聚合物乳液B/C共混比率3/2～2/3時(shí)，三種粘結(jié)強(qiáng)度水平皆較高，皆>基準(zhǔn)試樣的1.5～2.5倍。(4)測(cè)試了修被材料耐久性能的“耐磨性、抗?jié)B性及耐腐蝕性”，測(cè)試結(jié)果顯示，摻入聚合物的水泥試樣耐久性比基準(zhǔn)試件高過很多。聚合物乳液B/C共混比例不同，對(duì)耐麻性與耐腐蝕性都產(chǎn)生重要影響，但對(duì)抗?jié)B性無顯著影響。聚合物乳液B/C共混的推薦比例是3/2～2/3。(5)摻加膨脹劑，可顯著減少水泥試樣的體積收縮，還可有微膨脹的發(fā)生，可提升基質(zhì)混凝土與修補(bǔ)材料間界面粘結(jié)效果。(6)綜合評(píng)價(jià)修被材料的工作性能及路用性能后，加之對(duì)經(jīng)濟(jì)性因素的考慮，最優(yōu)配比為乳液B/C共混配比3/2。

　　5 結(jié)語(yǔ)

　　常用混凝土路面，要承受車輛等靜載作用，還要受著沖擊、振動(dòng)、疲勞、磨損等作用。這就要求路面要具備一定的抗壓強(qiáng)度及抗彎強(qiáng)度，方可承受載重力。修補(bǔ)材料對(duì)界面粘結(jié)性、拉伸強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、劈拉強(qiáng)度等都提出要求。只有滿足了路面混凝土的要求標(biāo)準(zhǔn)，修補(bǔ)材料方能達(dá)到預(yù)期效果。同時(shí)，對(duì)裂隙修補(bǔ)材料的研究，需關(guān)注裂隙種類及寬度、溫度、濕度等應(yīng)用條件，依此來研發(fā)適宜不同條件的“修補(bǔ)材料”。要進(jìn)行水泥與新型外加劑之間的相容性研究，以利于依材料市場(chǎng)供應(yīng)情況進(jìn)行“修補(bǔ)材料”的優(yōu)化調(diào)整及配比，力求滿足水泥路面裂隙各種等級(jí)的修補(bǔ)需求。