CN109930462A - 一种聚氨酯改性早强水泥混凝土旧路快速修复施工方法 - Google Patents

Abstract

一种聚氨酯改性早强水泥混凝土旧路快速修复施工方法，包括以下步骤：(1)聚改早强砼配合比设计，过程如下：2.1)原材料选用；2.2)确定最佳配合比，设计正交试验用以确定聚改早强砼的最佳配合比；(2)聚改早强砼旧水泥路面快速修复施工方法，过程如下：2.1)材料拌制；2.2)材料运输；2.3)界面剂喷涂；2.4)聚改早强砼摊铺；2.5)罩面切缝与养生；2.6)彩色表层喷涂。本发明相较于传统沥青混凝土罩面方法，聚改早强砼超薄罩面技术先进，可对旧水泥路面进行快速修复具有较为明显的经济与技术优势。

Description

一种聚氨酯改性早强水泥混凝土旧路快速修复施工方法

技术领域

本发明属于道路工程中的路面施工技术领域，尤其涉及一种聚氨酯改性早强混凝土旧水泥路面快速修复施工方法。

背景技术

迄今，我国许多水泥混凝土路面(以下简称“水泥路面”)已接近使用年限。而且，随着重载车辆的不断增加，水泥路面病害愈益严重，威胁道路通行和交通安全。

通常，在水泥路面病害修复时，首先打掉现有水泥路面，然后重新浇筑新面板或加铺罩面层。这种处治方法工期长，对公路正常运营影响大。此外，凿除混凝土面板既浪费资源，又增加成本，而且还会产生废弃混凝土，对环境产生“二次污染”。因此，研发对应的快速修复新技术是当前水泥路面维修、养护的重要课题。

发明内容

为了克服上述缺点，本发明一种聚氨酯改性早强水泥混凝土旧路快速修复施工方法，适用于各类公路、城市和机场道路水泥路面病害修复施工，尤其适用于重交通或交叉口路段水泥路面重度病害修复施工；采用聚氨酯改性水泥混凝土，从聚氨酯改性水泥混凝土配合比设计及其超薄罩面施工工艺等多角度开展技术研发，形成了聚氨酯改性早强水泥混凝土(简称“聚改早强砼”)超薄罩面旧路快速修复新技术新工艺，可大幅降低水泥路面病害再发频率，延长路面使用寿命，降低维护费用；并有利于水泥路面的行车安全，避免频繁维修而造成交通拥堵；因而产生显著的经济与社会效益。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种聚氨酯改性早强水泥混凝土旧路快速修复施工方法，包括以下步骤：

(1)聚改早强砼配合比设计，过程如下：

2.1)原材料选用

①水泥：选用PO42.5R或PO32.5R普通硅酸盐水泥；

②粗集料：粗集料采用玄武岩，石质坚硬、清洁、不含风化颗粒、近似立方体颗粒的砂石料；

③细集料：采用坚硬、洁净、干燥、无风化、无杂质的人工轧制开级配石灰岩细集料，或者采用细度模数范围为2.3～3.0的中砂或3.1～3.7的粗砂；

④早强剂：选择1～3d能够通车的早强外加剂应用于聚改早强砼旧水泥路面快速修复施工；

⑤高聚物：选定聚氨酯高聚物乳液作为水泥混凝土改性剂；

2.2)确定最佳配合比

设计正交试验用以确定聚改早强砼的最佳配合比；

①集料级配：粗、细集料比例为7：3，粗集料4.75～9.5mm，细集料2.36～ 4.75mm，其中，橡胶颗粒等体积取代集料情况：1#胶粉(1.18～4.75)和2#胶粉 (0.6～2.36)取代粗、细集料的比例分别为12％和18％；

②其他成分：硅酸盐水泥(PO42.5R或PO32.5R)用量300kg/m³，水灰比0.36，聚氨酯高聚物乳液掺量为15％，3d可开放交通的早强减水剂掺量3％；

(2)聚改早强砼旧水泥路面快速修复施工方法，过程如下：

2.1)材料拌制

①界面黏结剂拌制，按照聚氨酯乳液：水：水泥＝1：2：5的重量比配制，采用现场拌和楼搅拌，拌和时间为30s；

②聚改早强砼拌制，根据前述设计配合比，选用双卧轴强制式混凝土搅拌机搅拌，先干拌15s再加水、砂和碎石，总搅拌时间大于60s；

2.2)材料运输

界面剂：采用水泥搅拌罐车进行运输，利用罐车自转防止沉淀，以保证界面剂的质量和稳定性，在现场配备可移动式铁箱，作为临时存储界面剂的容器；

聚改砼：采用自卸汽车进行运输，在装料时自卸汽车前后挪动以防离析；

2.3)界面剂喷涂

界面剂运抵现场后，先将施工路段洒水润湿，以此保证界面剂的流动性；

当工程量较小时，可选用喷雾器人工均匀喷涂；当工程量较大时，选用多功能洒布车进行喷涂；为防漏喷涂，要求连续喷涂2遍。

待界面剂下渗后，进行下一道工艺环节施工；

2.4)聚改早强砼摊铺

采用2台自振实功能良好且非自由伸缩式的ABG-423沥青摊铺机进行摊铺；

在摊铺过程中，利用摊铺机自身的夯实功能对聚改早强砼超薄罩面进行压实；

为约束摊铺边线顺直，摊铺前人工划好边线，边线外侧立放10cm方木模板，模板内侧边线与路面宽度边线重叠；

2.5)罩面切缝与养生

为避免旧路与聚改早强砼罩面温缩位置不一而造成罩面隆起或拉裂，在超薄罩面施工完成后，根据旧路状况以及先前标记，在旧路纵横缝分块位置进行切缝处理，重新恢复纵横缝，聚改早强砼切缝时间应比普通混凝土提前5～8h；

在摊铺成型和切缝完成之后，根据天气与气候情况，立即采用薄膜覆盖表面进行养生；

养生薄膜每段长×宽＝7×14m，薄膜边缘固定，保证封闭严实，薄膜搭接长度约50cm，避免局部风干、水分散失而引发质量问题；

聚改早强砼的养生周期为1～3d，如此可达到旧路快速修复和开放交通的目的；

2.6)彩色表层喷涂

彩色表层为聚氨酯改性水泥胶浆，厚度约为1mm，由聚氨酯乳液、水泥(PO42.5R或PO32.5R)、颜料配制而成；

当工程量较小时，选用喷雾器人工均匀喷涂；当工程量较大时，选用多功能洒布车进行喷涂；

在常温条件下，彩色表层在喷涂完后约6～12h左右即可固化，之后即可开放交通；

彩色表层耐磨性和抗滑性良好，可减少路面扬尘；而且颜色可调，从而产生景观效果或起到指示/标识作用。

所述步骤(2)中，在施工前，做好准备工作，所述准备过程包括旧路破损检测，过程如下：

①测量放样：直线段按10m设1桩，曲线段按5m设1桩，同时，要设中心桩，并在路边设置边桩，根据放好的中心线及边桩，现场核对混凝土分块线，对于曲线段，保持横向分块线与路面中心线垂直；

②弯沉测量：在对象路段布置测点，间距随测试需要而定，并用白漆或粉笔标记，采用静态弯沉仪进行弯沉测定，测试位置包括横缝中部、板角和纵缝中部，分别测定接缝两侧弯沉值，差/比值用来评定水泥混凝土板的传荷能力、混凝土板底脱空和路面综合回弹模量，统计分析各测点均值、标准差，据此，以弯沉差ΔL＝0.05mm作为旧路破损修复临界标准；

③钻芯取样：依据旧路破损程度确定钻孔取芯的板块桩号、标记信息、中心位置，经过现场验收人员现场检查确认后方可开机钻孔取芯，取芯频率为1个 /1000m²，放样允许误差范围±15cm，芯样厚度量测与记录精确到mm；

进一步，所述准备过程还包括破损板预处理，步骤如下：

①铣刨：用铣刨机对破损的旧水泥路面板进行铣刨和拉毛处理，拉毛深度为 0.5～1cm；

②凿除：对旧路面板表面进行凿毛，增加其表面粗糙度，确保后续所铺的聚改早强砼超薄罩面与旧路面板之间的黏结效果；

③清理：用高压水枪配合钢丝刷，除净旧路表面松动部分和残存尘渣，以保持表面清洁；

④灌缝：采用改性沥青或环氧树脂对旧路的接缝与微裂等局部裂隙进行灌缝处理。

本发明的基本原理包括：聚氨酯通过水化反应对普通水泥混凝土进行化学改性，而橡胶颗粒是通过充填作用对普通水泥混凝土进行物理改良。早强减水剂主要用以缩减养生时间，实现快速修复后1～3d快速通车。表面彩色功能涂层则是为了满足景观设计或交通诱导要求。

聚氨酯化学改良机理：在水泥水化反应过程中，混合物逐渐失水，随着聚氨酯乳液的掺入，水泥与粗、细集料过渡区表面形成连续、网状的空间膜结构，黏附于水泥水化产物和骨料表面，并与水泥水化产物相互交织、缠绕，形成连续而致密的空间网架结构，大大改善了普通水泥混凝土的物理力学性能，具有结构连续、密实，强度高、柔韧性好，抗裂、抗变形能力强，以及抗渗、抗冻性好等优良路用性能。

橡胶颗粒物理改良机理：废弃轮胎橡胶颗粒具有高弹性和高韧性等特点，可增加普通水泥混凝土的流动性和凝结时间，减小干缩率。在搅拌过程中，橡胶颗粒较为均匀地渗入、充填到混合物各个部位。由于橡胶颗粒比表面积大，与水化物或集料的接触面积也大，接触面上摩阻力就大，因而能阻滞、抑制或缓解普通水泥混凝土温缩和热胀，并增强柔韧性，降低脆性，提高抗裂性能和抗折强度。

早强减水剂的作用机理：早强剂加速了水泥水化的初始水化期和反应加速期的相关进程。首先，早强剂中Na₂SO4与水泥水化时生成的Ca(OH)₂反应，加速 C₃S水化；其次，加速水泥中的C₃S与SO^2- ₄及Ca(OH)₂生成高分散度钙矾石的水化反应过程，并消耗C₃S水化释放的Ca(OH)₂，使C₃S水化加快。早强剂还可使得水化产物后期强度有较大增长。

本发明的有益效果主要表现在：相较于传统沥青混凝土罩面方法，聚改早强砼超薄罩面技术先进，可对旧水泥路面进行快速修复具有较为明显的经济与技术优势。

经济效益：充分利用既有破损路面，避免面板凿除造成资源浪费与成本增加，减少天然建料用量，节约成本约25％左右。还可大幅降低病害再发频率，延长路面使用寿命，降低维护费用，产生显著经济效益。

节能、环保效益：免除废弃混凝土产生的环境污染；还可大幅减少修复路面各类病害，有利于快速通行减少尾气排放，因而兼具节能减排效益。充分利用既有路面，减少矿料开采，节约天然资源，产生环保效益。

社会效益：克服了传统罩面的技术缺陷，具有维修简单、快捷的优点，可实现快速修复与通车，有利于保障(城市)道路的行车安全和通行能力，避免由于道路频繁维修而造成交通拥堵，因而产生显著社会效益。

具体实施方式

下面对本发明作进一步描述。

一种聚氨酯改性早强混凝土超薄罩面快速修复旧水泥路面施工方法，包括聚氨酯改性早强水泥混凝土最佳配合比设计及旧水泥路面快速修复施工方法，包括以下步骤：

(1)聚改早强砼配合比设计，过程如下：

1.1)原材料选用

①水泥：选用PO42.5R或PO32.5R普通硅酸盐水泥，要求满足《公路水泥混凝土路面施工技术细则》(JTG/TF30-2014)规定的水泥技术指标。

②粗集料：粗集料采用玄武岩，石质坚硬、清洁、不含风化颗粒、近似立方体颗粒的砂石料。技术性能符合《公路水泥混凝土路面施工技术细则》 (JTG/TF30-2014)要求。

③细集料：采用坚硬、洁净、干燥、无风化、无杂质的人工轧制开级配石灰岩细集料。亦可采用细度模数范围为2.3～3.0的中砂或3.1～3.7的粗砂替代。

④早强剂：选择1～3d能够通车的早强外加剂应用于聚改早强砼旧水泥路面快速修复施工。依据配合比试验结果，推荐ZWL-Ⅵ型早强减水剂。

⑤高聚物：选定聚氨酯高聚物乳液作为水泥混凝土改性剂。

1.2)材料最佳配合比

设计正交试验用以确定聚改早强砼的最佳配合比。根据快速通车要求，正交试验考察指标包括坍落度和3d(7d和28d)抗折与抗压强度。

①集料级配：粗、细集料比例为7：3，粗集料4.75～9.5mm，细集料2.36～ 4.75mm。其中，橡胶颗粒等体积取代集料情况：1#胶粉(1.18～4.75)和2#胶粉 (0.6～2.36)取代粗、细集料的比例分别为12％和18％。

②其他成分：硅酸盐水泥(PO42.5R或PO32.5R)用量300kg/m³，水灰比0.36，聚氨酯乳液掺量(即聚灰比)约为15％，3d可开放交通的早强减水剂(ZWL-Ⅵ型)掺量约3％。

在实际施工中，应根据现场情况进行调整，以便确保配合比的准确调配，并达到3d快速通车和开放交通的目的。

(2)聚改早强砼旧水泥路面快速修复施工方法

施工工艺流程包括施工准备、界面黏结剂与聚改早强砼拌制与运输、界面黏结剂喷涂、聚改早强砼摊铺、罩面切缝与养生和彩色表层喷涂；施工步骤如下：

2.1)材料拌制

①界面黏结剂(界面剂)拌制。按照聚氨酯乳液：水：水泥＝1：2：5的重量比配制。由于界面剂存储时间仅为3～4h(依据水泥净浆试验测试的水泥初凝时间确定)，为克服结团、沉底和搅拌不均等问题，采用现场拌和楼搅拌，拌和时间为30s。

②聚改早强砼(聚改砼)拌制。根据前述设计配合比，结合现场情况(温度、运距、集料含水量等)进行试拌，确定最终配合比。选用双卧轴强制式混凝土搅拌机搅拌。先干拌15s再加水、砂和碎石，总搅拌时间大于60s。

2.2)材料运输

界面剂：采用水泥搅拌罐车进行运输，利用罐车自转防止沉淀，以保证界面剂的质量和稳定性。在现场配备两个容量为1.5m³的可移动式铁箱，作为临时存储界面剂的容器。

聚改砼：采用自卸汽车进行运输。在装料时自卸汽车前后挪动以防离析。自装料起到摊铺完毕，自卸汽车允许运行时间不超过90min，当气温超过30℃时时限缩短为30min。

2.3)界面剂喷涂

界面剂运抵现场后，先将施工路段洒水润湿，以此保证界面剂的流动性。

当工程量较小时，可选用喷雾器人工均匀喷涂。当工程量较大时，选用多功能洒布车进行喷涂。为防漏喷涂，要求连续喷涂2遍。

待界面剂下渗后，进行下一道工艺环节施工。

2.4)聚改早强砼摊铺

采用2台自振实功能良好且非自由伸缩式的ABG-423沥青摊铺机进行摊铺。

在摊铺过程中，利用摊铺机自身的夯实功能对聚改早强砼超薄罩面(厚约5～6cm)进行压实。无需碾压，一次成型。

为约束摊铺边线顺直，摊铺前人工划好边线，边线外侧立放10cm方木模板，模板内侧边线与路面宽度边线重叠。

2.5)罩面切缝与养生

为避免旧路与聚改早强砼罩面温缩位置不一而造成罩面隆起或拉裂，在超薄罩面施工完成后，根据旧路状况以及先前标记，在旧路纵横缝分块位置进行切缝处理，重新恢复纵横缝。聚改早强砼切缝时间应比普通混凝土提前5～8h。

在摊铺成型和切缝完成之后，根据天气与气候情况，立即采用薄膜覆盖表面进行养生。

养生薄膜每段长×宽＝7×14m，薄膜边缘固定，保证封闭严实，薄膜搭接长度约50cm，避免局部风干、水分散失而引发质量问题。

聚改早强砼的养生周期为1～3d，如此可达到旧路快速修复和开放交通的目的。

2.6)彩色表层喷涂

彩色表层为聚氨酯改性水泥胶浆，厚度约为1mm，由聚氨酯乳液、水泥 (PO42.5R或PO32.5R)、颜料等材料配制而成。

当工程量较小是，选用喷雾器人工均匀喷涂。当工程量较大时，选用多功能洒布车进行喷涂。

在常温条件下，彩色表层在喷涂完后约6～12h左右即可固化，之后即可开放交通。

彩色表层耐磨性和抗滑性良好，可减少路面扬尘；而且颜色可调，从而产生景观效果或起到指示/标识作用。

所述步骤(2)中，在施工前，做好准备工作，所述准备过程包括旧路破损检测，过程如下：

①测量放样：直线段按10m设1桩，曲线段按5m设1桩，同时，要设中心桩，并在路边设置边桩，根据放好的中心线及边桩，现场核对混凝土分块线，对于曲线段，保持横向分块线与路面中心线垂直；

②弯沉测量：在对象路段布置测点，间距随测试需要而定，并用白漆或粉笔标记，采用静态弯沉仪进行弯沉测定，测试位置包括横缝中部、板角和纵缝中部，分别测定接缝两侧弯沉值，差/比值用来评定水泥混凝土板的传荷能力、混凝土板底脱空和路面综合回弹模量，统计分析各测点均值、标准差，据此，以弯沉差ΔL＝0.05mm作为旧路破损修复临界标准；

③钻芯取样：依据旧路破损程度确定钻孔取芯的板块桩号、标记信息、中心位置，经过现场验收人员现场检查确认后方可开机钻孔取芯，取芯频率为1个 /1000m²，放样允许误差范围±15cm，芯样厚度量测与记录精确到mm；

进一步，所述准备过程还包括破损板预处理，步骤如下：

①铣刨：用铣刨机对破损的旧水泥路面板进行铣刨和拉毛处理，拉毛深度为 0.5～1cm；

②凿除：对旧路面板表面进行凿毛，增加其表面粗糙度，确保后续所铺的聚改早强砼超薄罩面与旧路面板之间的黏结效果；

③清理：用高压水枪配合钢丝刷，除净旧路表面松动部分和残存尘渣，以保持表面清洁；

④灌缝：采用改性沥青或环氧树脂对旧路的接缝与微裂等局部裂隙进行灌缝处理。

Claims (3)

1.一种聚氨酯改性早强水泥混凝土旧路快速修复施工方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

(1)聚改早强砼配合比设计，过程如下：

2.1)原材料选用

①水泥：选用PO42.5R或PO32.5R普通硅酸盐水泥；

②粗集料：粗集料采用玄武岩，石质坚硬、清洁、不含风化颗粒、近似立方体颗粒的砂石料；

③细集料：采用坚硬、洁净、干燥、无风化、无杂质的人工轧制开级配石灰岩细集料，或者采用细度模数范围为2.3～3.0的中砂或3.1～3.7的粗砂；

④早强剂：选择1～3d能够通车的早强外加剂应用于聚改早强砼旧水泥路面快速修复施工；

⑤高聚物：选定聚氨酯高聚物乳液作为水泥混凝土改性剂；

2.2)确定最佳配合比

设计正交试验用以确定聚改早强砼的最佳配合比；

①集料级配：粗、细集料比例为7：3，粗集料4.75～9.5mm，细集料2.36～4.75mm，其中，橡胶颗粒等体积取代集料情况：1#胶粉(1.18～4.75)和2#胶粉(0.6～2.36)取代粗、细集料的比例分别为12％和18％；

②其他成分：硅酸盐水泥用量300kg/m³，水灰比0.36，聚氨酯高聚物乳液掺量为15％，3d可开放交通的早强减水剂掺量3％；

(2)聚改早强砼旧水泥路面快速修复施工方法，过程如下：

2.1)材料拌制

①界面黏结剂拌制，按照聚氨酯乳液：水：水泥＝1：2：5的重量比配制，采用现场拌和楼搅拌，拌和时间为30s；

②聚改早强砼拌制，根据前述设计配合比，选用双卧轴强制式混凝土搅拌机搅拌，先干拌15s再加水、砂和碎石，总搅拌时间大于60s；

2.2)材料运输

界面剂：采用水泥搅拌罐车进行运输，利用罐车自转防止沉淀，以保证界面剂的质量和稳定性，在现场配备可移动式铁箱，作为临时存储界面剂的容器；

聚改砼：采用自卸汽车进行运输，在装料时自卸汽车前后挪动以防离析；

2.3)界面剂喷涂

界面剂运抵现场后，先将施工路段洒水润湿，以此保证界面剂的流动性；

当工程量较小时，可选用喷雾器人工均匀喷涂；当工程量较大时，选用多功能洒布车进行喷涂；为防漏喷涂，要求连续喷涂2遍；

待界面剂下渗后，进行下一道工艺环节施工；

2.4)聚改早强砼摊铺

采用2台自振实功能良好且非自由伸缩式的ABG-423沥青摊铺机进行摊铺；

在摊铺过程中，利用摊铺机自身的夯实功能对聚改早强砼超薄罩面进行压实；

为约束摊铺边线顺直，摊铺前人工划好边线，边线外侧立放10cm方木模板，模板内侧边线与路面宽度边线重叠；

2.5)罩面切缝与养生

为避免旧路与聚改早强砼罩面温缩位置不一而造成罩面隆起或拉裂，在超薄罩面施工完成后，根据旧路状况以及先前标记，在旧路纵横缝分块位置进行切缝处理，重新恢复纵横缝，聚改早强砼切缝时间应比普通混凝土提前5～8h；

在摊铺成型和切缝完成之后，根据天气与气候情况，立即采用薄膜覆盖表面进行养生；

养生薄膜每段长×宽＝7×14m，薄膜边缘固定，保证封闭严实，薄膜搭接长度50cm，避免局部风干、水分散失而引发质量问题；

聚改早强砼的养生周期为1～3d，如此可达到旧路快速修复和开放交通的目的；

2.6)彩色表层喷涂

彩色表层为聚氨酯改性水泥胶浆，厚度为1mm，由聚氨酯乳液、水泥、颜料配制而成；

当工程量较小时，选用喷雾器人工均匀喷涂；当工程量较大时，选用多功能洒布车进行喷涂；

在常温条件下，彩色表层在喷涂完后6～12h即可固化，之后即可开放交通；

彩色表层耐磨性和抗滑性良好，减少路面扬尘；而且颜色可调，从而产生景观效果或起到指示/标识作用。

2.如权利要求1所述的一种聚氨酯改性早强水泥混凝土旧路快速修复施工方法，其特征在于，所述步骤(2)中，在施工前，做好准备工作，所述准备过程包括旧路破损检测，过程如下：

①测量放样：直线段按10m设1桩，曲线段按5m设1桩，同时，要设中心桩，并在路边设置边桩，根据放好的中心线及边桩，现场核对混凝土分块线，对于曲线段，保持横向分块线与路面中心线垂直；

②弯沉测量：在对象路段布置测点，间距随测试需要而定，并用白漆或粉笔标记，采用静态弯沉仪进行弯沉测定，测试位置包括横缝中部、板角和纵缝中部，分别测定接缝两侧弯沉值，差/比值用来评定水泥混凝土板的传荷能力、混凝土板底脱空和路面综合回弹模量，统计分析各测点均值、标准差，据此，以弯沉差ΔL＝0.05mm作为旧路破损修复临界标准；

③钻芯取样：依据旧路破损程度确定钻孔取芯的板块桩号、标记信息、中心位置，经过现场验收人员现场检查确认后方可开机钻孔取芯，取芯频率为1个/1000m²，放样允许误差范围±15cm，芯样厚度量测与记录精确到mm。

3.如权利要求2所述的一种聚氨酯改性早强水泥混凝土旧路快速修复施工方法，其特征在于，所述准备过程还包括破损板预处理，步骤如下：

①铣刨：用铣刨机对破损的旧水泥路面板进行铣刨和拉毛处理，拉毛深度为0.5～1cm；

②凿除：对旧路面板表面进行凿毛，增加其表面粗糙度，确保后续所铺的聚改早强砼超薄罩面与旧路面板之间的黏结效果；

③清理：用高压水枪配合钢丝刷，除净旧路表面松动部分和残存尘渣，以保持表面清洁；

④灌缝：采用改性沥青或环氧树脂对旧路的接缝与微裂等局部裂隙进行灌缝处理。