CN104370496A - Sx-1型水泥砼表面修复材料及修复方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了SX-1型水泥砼表面修复材料及修复方法。SX-1型水泥砼表面修复材料由JB102型水性树脂、填料组成；填料为花岗岩粉剂或0.5～1mm石英砂、玄武岩石屑、玄武岩石屑和级配砂；修补工艺为将等修补的路面冲洗干净，但表面不能有积水；根据修补厚度的不同，调整JB102型水性树脂的固化时间，根据配合比加入填料A或填料B或填料C；喷涂，用钢丝刷在未固化的修补材料表面划出深度为0.5～1mm的划痕，增加修补材料的粗糙度及构造深度，防止表面过于光洁，给车辆行驶造成危险；进入养护期一小时至六小时。本发明的有益效果是提供一种特有的抗冻、盐蚀水泥砼路面超薄层的快速修复材料及修复方法。

Description

SX-1型水泥砼表面修复材料及修复方法

技术领域

本发明属于路面材料技术领域，涉及SX-1型水泥砼表面修复材料及修复方法。

背景技术

道路是我国现代化建设的重要基础设施，是一种线形工程结构物，由于道路常年反复承受着车轮的磨损、冲击，遭受暴雨、洪水、风沙、冰雪、日晒、冻融等自然因素的侵蚀破坏，再加上近年来道路交通荷载的重型化、交通流的渠道化、交通密度的增大、行车速度的提高等众多因素的影响，很多公路路面使用性能已经开始逐渐衰减，如路面破损、承载能力、抗滑能力等的急剧恶化，使得公路渐渐不能为车辆提供一个快速、安全、舒适的服务，而且还增加了车辆的运行费用，加大了行车的危险性，缩短了路面的使用年限，影响了道路的服务能力，阻碍了交通运输效益的发挥。

水泥混凝土路面作为一种高级路面结构形式，以其强度高、稳定性和耐久性好、耐高温、耐磨耗以及养护费用少等优点而得到了广泛的应用。目前世界上，无论是发达国家，还是发展中国家对水泥混凝土路面的修筑技术都一直在进行研究和总结。我国在20世纪80年代以前，公路路面一直以黑色沥青混凝土路面为主，由于我国沥青资源有限，沥青含蜡量高，用于重交通的道路石油沥青大量依靠进口，20世纪90年代以来，交通部提出了“黑白并举”的路面发展战略，对发展水泥混凝土路面又采取了“因地制宜，积极稳妥，确保质量，加快发展”的16字方针，水泥混凝土路面的发展速度明显加快。1970年底，我国仅有水泥混凝土路面200公里；到2012年底，全国公路水路交通运输行业发展统计公报报道，全国有铺装路面和简易铺装路面公路里程279.86万公里，水泥混泥土路面约占其中59.1％的份额。

水泥混凝土路面通车3至5年，路面表面有时会出现磨光和露骨现象，尤其是耐磨性较差的粗集料、强度不高的水泥和混凝土。冬季除雪路面撒盐等情况下，路面表面磨损较为突出，严重时路面层状剥落，影响路面的使用功能。有的路面因粗集料脱落，或施工时局部振捣不到位，含有土块或其它杂质等原因，分布于路表面，造成路面坑洞现象，还有路面板角的断裂等。对这种损坏形式如不加以控制和维修，会造成路面的进一步损坏，大大增加今后的维修成本，并影响行车安全，易造成行车事故。由于我省独特的地理自然环境，早期修建的白色路面已陆续进入破损期，新建路面的早期破坏也相继发生。

然而，对于这些道路水泥混凝土工程的缺陷，客观上不允许按照常规的方法进行修补。实际中通常是要求在不停止交通运营的情况下进行修复，也可能是白天交通运营，夜间进行修复工作，或者是在交通运营封闭几个小时内进行修复工作，应该说这是在当前国民经济的迅猛发展和交通量的急剧增加的局面下，社会对公路部门路面维修提出了快速修补的要求。因此，深入开展水泥混凝土快速修补材料的研究，对于提高水泥混凝土路面的维修理论和工程实践水平，具有重要的经济社会效益和广泛的应用前景。

水泥混凝土路面损伤的分类与原因分析如下。

表面裂缝：损伤原因主要为混凝土早期过快的失水干缩和碳化收缩。贯穿裂缝：损伤原因主要为水泥混凝土在凝结硬化过程中，干缩、热缩、收缩应力，路基处理不均、路基强度不足与基层水稳定性不好，水泥安定性不良，水泥混凝土强度不足，或板块内活性骨料发生碱集料反应等。板角断裂。填缝料失效及接缝板碎裂：填缝料因老化、脆裂、变形等而失效，因填缝料的失效而导致接缝产生空隙，被泥砂、石屑等杂物侵入成为板块的伸缩障碍。

路面损伤：板面起皮、剥落，路面的起皮和脱落即水泥混凝土路面表层上下脱开。板面浅层内所发生的病害称为起皮，另一方面是坑槽孔洞水泥混凝土路面板表面有局部破损，形成有一定深度的洞穴，称为孔洞。面层骨料局部脱落而产生的长槽称为坑槽，还有板角和账缝、缩缝边缘的损坏。混凝土路面孔洞：坑槽形成的原因主要由于砂石材料含泥量过大，混凝土内有泥土或杂物所至。混凝土路面的麻面露骨现象：由于水泥混凝土表面结合料磨失造成成片或成段地呈现过度的粗糙称为麻面。路面混凝土保护层脱落形成骨料裸露称为露骨。麻面主要是由于混凝土施工时遇雨所致。露骨主要是混凝土表面灰浆不足，泌水提浆造成混凝土路面表层强度不足。混凝土路面的松散：水泥混凝土路面由于结合料不足或失效，成片或成段地呈现过度地粗糙和砂石材料分离的现象称为松散。松散主要是由于砂石含泥量较大，水泥质量较差或用量较少，混凝土强度不足引起。混凝土路面的磨光：水泥混凝土路面磨成光面，其摩擦系数已下降到极限值以下，磨光的主要原因是由于水泥路面水泥砂浆层强度低，水泥等原材料耐磨性差。路面使用时间较长也会发生磨光现象。填缝料损坏：混凝土接缝内无填料，填料破损，缝内混杂砂石称为填缝料损坏，由于各种原因混凝土路面产生的裂缝，需要良好的灌缝材料。填缝料损坏主要是由于填料脆裂、老化、挤出与板边脱离造成。质量较差的填缝料，短时间内就会发生填缝料损坏现象。

板块损伤：脱空、板块活动；因填缝失效和贯穿裂缝等原因造成雨水透过路面，浸入基层和路基。路基及基层耐水性差，在水的作用下软化，强度下降，导致支撑力不均匀，在行车载荷的影响下导致路面板与基础部分脱空。板块拱起：接缝功能消失。传力杆失效：板块中传力杆失效而导致传递载荷的能力减弱或消息，引起接缝一侧板上产生裂缝或碎裂。错台：因路基下陷或唧泥等原因引起路基高度的变化，在接缝或裂缝处的路面形成台阶。

研究路面损伤修补技术，包括选择修补材料与修补工艺两方面。选择好修补材料是路面修补技术的主导工作，而修补工艺则会因为路面损伤环境、损伤种类的不同而不同。

水泥混凝土路面快速薄层修补技术有着巨大的应用前景和现实意义。但由于国内外工程界对于新老混凝土粘结面工作应力状态和界面粘结疲劳性能等基础理论研究还不完善，没有形成一套完整的理论体系和设计方法，也没有制定出一套统一的设计和施工规范，对试验路和实体修补工程中出现的某些现象和破坏原因还不能做出合理的解释。例如，车辆荷载和水的循环作用对路面长期的影响，路面薄层修补设计指标的确定，各种设计参数的选取等。因此，目前还无法大规模推广水泥混凝土路面快速薄层修补技术，以致错失了一些水泥混凝土路面早期修补的时机。

对寒冷地区大量使用除冰盐(或融雪剂)所造成的路面表面损坏，我国进行的研究较少，仅有新疆交通部门1998年开始引进国外技术并应用于当地的路面表层修补，取得了良好的效果，并逐步开始将此技术本地化。

发明内容

本发明的目的在于提供SX-1型水泥砼表面修复材料。

本发明的另一个目的是采用SX-1型水泥砼表面修复材料对路面进行修补的方法。

本发明所采用的技术方案是SX-1型水泥砼表面修复材料，由JB 102型水性树脂(胶粘剂)、填料A或填料B或填料C组成；

其中：填料A为花岗岩粉剂或0.5～1mm石英砂，用于1～2mm极薄层修补；填料B为玄武岩石屑，用于2～5mm较薄层修补；填料C玄武岩石屑和级配砂，用于5～20mm较厚层修补；

进一步，JB 102型水性树脂和填料A的配比为1：1.5。

进一步，JB 102型水性树脂和填料B的配比为1：2.5。

进一步，JB 102型水性树脂和填料C的配比为1：3。

进一步，还包括颜色调配剂。

SX-1型水泥砼表面修复材料修补工艺：

步骤1：清理：将等修补的路面冲洗干净，但表面不能有积水；

步骤2：拌料：根据修补厚度的不同，调整JB 102型水性树脂的固化时间，根据配合比加入填料A或填料B或填料C；

步骤3：喷涂：根据待修补路面厚度的不同，将修补材料涂敷于原混凝土路面，以拉线为准将路面抹平；

步骤4：划痕：用钢丝刷在未固化的修补材料表面划出深度为0.5～1mm的划痕，增加修补材料的的粗糙度及构造深度，防止表面过于光洁，给车辆行驶造成危险；

步骤5：作业完成后进入养护期一小时至六小时。

进一步，施工温度：15℃以上；风力：3级以下；

本发明的有益效果是提供一种特有的抗冻、盐蚀水泥砼路面超薄层的快速修复材料及修复方法。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明进行详细说明。

下面对SX-1型水泥砼表面修复材料进行验证；

硬化时间试验：试验方法参考《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》JTJ053-05中T0516-05贯入阻力法测拌和物凝结时间方法，改动测针平面针头圆面积为20mm2，时间间隔为1min。试件制：下部用普通水泥混凝土，上部分别加铺不同厚度SX-1路面修补材料。当贯入阻力达到30MPa时停止试验。以甲组份即JB 102型水性树脂和乙组份即填料A或填料B或填料C配制的路面表层修补材料的硬化时间如表1所示。

表1 SX-1路面修补材料硬化时间

抗压强度试验：用7.07cm立方体砂浆试模制作的试块来评价其抗压强度，用4*4*16cm水泥胶砂试模制作的抗折试件来评价其抗弯拉强度。试验数据如表2、表3所示。

表2 SX-1路面修补材料抗压强度

表3 SX-1路面修补材料抗弯拉强度

抗压、抗弯拉强度实验结论分析：由表2、表3数据可以看出，SX-1路面修补材料的抗压强度高于水泥混凝土路面的抗压35MPa、抗弯拉5.1MPa的设计强度，满足修补后路面的强度需要。

粘结强度试验：用水泥混凝土的抗弯拉试验方法来评价其粘结强度，以得到近似的粘结抗剪强度。基准试件是按工程设计要求制作的室内试件，其性能指标见表4。

表4 基准试件试验数据表

试件尺寸(cm)	抗压强度(MPa)	抗弯拉强度(MPa)
			10×10×10	3.9	5.2
15×15×55	4.1	5.2

具体试验方法如下：

(1)将一侧断面涂敷设定的厚度的修补材料；

(2)立直此断面，将另一断面设置于此断面之上；

(3)保持二断面及中间的修补材料的结合状态，侧置。

上述方法模拟了实际工程施工时机械喷涂时所附带的压力或工作涂敷时手工的压力，可以近似的评价修补材料的粘结性能。因没有合适的试验手段评价修补材料的粘结抗剪强度，所以我们用长条试件的粘结强度来近似评价修补材料的粘结强度。粘结强度实验结果如表5所示。

表5 SX-1路面修补材料粘结强度

分析表5中的数据可知：采用填料A、B、C的修补材料粘结的试件折断时均在新断口处断裂，表明SX-1路面修补材料的粘结强度要高于水泥混凝土本身的抗折强度，满足使用要求。

抗磨性能试验：修补后的路面同样存在动态载荷情况下的磨损问题，修补材料必须达到或高于原水泥混凝土路面的抗磨耗指标。试验方法采用《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》JTJ053-05中的“水泥胶砂耐磨性试验方法”T0507-05，试验数据如表6所示。

表6 SX-1路面修补材料抗磨性能

根据表6数据可以看出，本修补材料在采用的A、B、C三种填料的情况下，其磨损值均低于基准混凝土试件，即说明其抗磨能力均高于水泥混凝土。而且随着修补材料厚度的增加，其抗磨损能力也随之增强。

收缩试验：新铺混凝土龄期短，收缩应变较大，上下层新老混凝土之间的收缩应变差，引发新老混凝土粘结面上产生收缩剪切破坏应力，由于新铺混凝土抗拉强度和新老混凝土界面粘结强度都很低，容易引起新老混凝土粘结修补结构的破坏。因此，混凝土修补薄层的收缩性能是水泥混凝土路面薄层修补的重要研究内容。混凝土的收缩包括水泥水化收缩、干燥收缩、自收缩、温度收缩和塑性收缩。依据水泥混凝土路面板实际工作条件，本发明中仅考虑温度收缩、干燥收缩和塑性收缩。

借鉴混凝土干缩性试验T0526-05(《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》JTJ053-05)，在试模底部及四周覆以塑料薄膜，便于带模测量及拆模，测量仪器为精度为0.001mm的弓形螺旋测微器(量程：500mm～550mm)。成型30分钟后拆掉两侧边板(硬化后整体拆模)，10分钟后测基准长度，后每隔10分钟测量其收缩值，分别测量不同时间硬化的修复材料试件的收缩，具体数据如表7所示。

表7 SX-1路面修补材料收缩表

树脂类的混凝土(砂浆)硬化机理不同于水泥混凝土，在其硬化过程中聚合物的化学反应导致的收缩(或膨胀)要小于水泥混凝土的收缩(指干缩)，受于试验条件所限，我们无法更精确地测量SX-1路面修补材料的收缩值，但从表7数据可以初步认定，此种材料的收缩(膨胀)系数十分接近水泥混凝土后期的徐变(因路面已经通车，干缩期已经结束)，二者的物理变形可以视为一个整体。所以修补后的路面可以认为不会出现因修补材料较大的收缩导致裂缝产生。

冻融试验：冻融试验目的是评价SX-1路面修补材料的耐久性，试验方法为快冻法，试验标准为：《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》JTJ053-05：“水泥混凝土抗冻性试验-快冻法”T0525-05，试验结果见表8所示。

表8 SX-1路面修补材料冻融试验表

抗冻融能力实验结论分析：表8中的第250次冻融循环时，试件的动弹性模量损失为64.5％，未达到公路工程新标准中的80％以上的要求(F250)，认定SX-1路面修补材料的抗冻融能力到达了F150等级，也达到了我们设计使用寿命(厚度5mm，96个月)。

颜色调配：因为黑嘉公路为新建成通车的公路，如修补材料的颜色与原混凝土路面的颜色差异较大，会影响到路面的整体美观效果，所以我们反复调整了颜色调配剂，使调配后的SX-1路面修补材料颜色接近接近通车后的原水泥混凝土路面颜色，满足视觉美观上的要求。

下面列举SX-1型修补材料修补实施例。

实施例1：实验路段选定为K207+920～K207+980和K179+930～K179+990段，两段共计长120m，能较好的代表黑嘉公路路面盐损路面损害的严重程度。研究中共修补路面840m2，修补厚度为2mm～6mm。

(1)前期工作。

根据不同路段的损坏情况列出了详细的清单，确定了修补的厚度，以决定施工方式(机械、人工)，进行了配比设计，具体分配了施工人员，并与黑嘉公路管理处协商封闭交通及开放交通时间。

(2)施工过程。

施工过程大致分成清理、拌料、喷涂、养护几个过程(见照片)，具体内容如下所示：

清理：用水枪将等修补的路面冲洗干净，但表面不能有积水，必要时用人工将积水扫除；

注：如路面原存在裂缝，应先对裂缝进行处治。

拌料：根据修补厚度的不同，调整甲组份的固化时间，根据配合比加入乙组份，配制出适量的SX-1路面修补材料；

喷涂：根据待修补路面厚度的不同，将修补材料装入喷涂机喷徐或人工用抹灰刀将SX-1路面修补材料涂敷于原混凝土路面，以拉线为准将路面抹平；

划痕：用钢丝刷在未固化的修补材料表面划出深度为0.5～1mm的划痕，增加修补材料的的粗糙度及构造深度，防止表面过于光洁，给车辆行驶造成危险。作业完成后进入养护期，根据修补厚度的不同养护其由一小时至六小时不等，这里注意的是养护期一定要足够。

使用两年后试验路情况：2011年10月，即自2010年9月实验路修补施工后25个月的时间后，课题组重回试验路段，对采用SX-1型修补材料和修补工艺效果进行检验。实验结果表明，SX-1型修补材料和修补工艺较好的经受住了实践的检验。

本发明的优点有：

(1)经过大量的室内试验，调试出适合寒区公路路面盐蚀(破损)情况的SX-1型水泥砼材料配合比，并对该新型修复剂进行了凝结时间、抗压强度、粘结强度、抗磨性及收缩实验等多项性能测试，实验结果表面SX-1型修补材料对小面积、薄层(最佳厚度为5mm以下)的水泥混凝土路面表层脱落修复具有非常良好的效果。

(2)针对SX-1型修补材料进行相应施工工艺的试验研究，给出常用的施工机具设备，并对施工机具设备的操作规程及注意事项等进行相关说明。通过多次实践，得出实践效果最佳的施工工艺，并对实际道路施工中的注意事项进行总结说明。特别针对修补材料的配置、抗滑措施及各环节的配合等方面给出了中肯且实用的建议。

(3)SX-1型修补材料所需养护至硬化时间根据修补厚度的不同有所差异，一般由一小时至六小时不等，极大的缩短了道路交通的开放时间，提高了社会经济及安全效益。

(4)对修补后25个月的试验路段再次检验，修复后的路面恢复表面使用功能，修补效果良好，减少了养护工作量。

以上所述仅是对本发明的较佳实施方式而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施方式所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的范围内。

Claims (7)

1.SX-1型水泥砼表面修复材料，其特征在于：由JB 102型水性树脂、填料A或填料B或填料C组成； 

其中：填料A为花岗岩粉剂或0.5～1mm石英砂，用于1～2mm极薄层修补；填料B为玄武岩石屑，用于2～5mm较薄层修补；填料C玄武岩石屑和级配砂，用于5～20mm较厚层修补。 

2.按照权利要求1所述SX-1型水泥砼表面修复材料，其特征在于：所述JB 102型水性树脂和填料A的配比为1：1.5。 

3.按照权利要求1所述SX-1型水泥砼表面修复材料，其特征在于：所述JB 102型水性树脂和填料B的配比为1：2.5。 

4.按照权利要求1所述SX-1型水泥砼表面修复材料，其特征在于：所述JB 102型水性树脂和填料C的配比为1：3。 

5.按照权利要求1所述SX-1型水泥砼表面修复材料，其特征在于：还包括颜色调配剂。 

6.按照权利要求1所述SX-1型水泥砼表面修复材料修复路面的方法，其特征在于，按照以下步骤进行： 

步骤1：清理：将等修补的路面冲洗干净，但表面不能有积水； 

步骤2：拌料：根据修补厚度的不同，调整JB 102型水性树脂的固化时间，根据配合比加入填料A或填料B或填料C； 

步骤3：喷涂：根据待修补路面厚度的不同，将修补材料涂敷于原混凝土路面，以拉线为准将路面抹平； 

步骤4：划痕：用钢丝刷在未固化的修补材料表面划出深度为0.5～1mm的划痕，增加修补材料的的粗糙度及构造深度，防止表面过于光洁，给车辆行驶造成危险； 

步骤5：作业完成后进入养护期一小时至六小时。 

7.按照权利要求6所述SX-1型水泥砼表面修复材料修复路面的方法，其特征在于，施工温度：15℃以上；风力：3级以下。