超细水泥灌浆料在混凝土路面裂缝修补中的应用

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摘 要：本文结合笔者多年市政工程施工实践经验，详细分析了我国公路路面裂缝产生的原因及对维修材料的基本性能要求，并在此基础上进行了优选；对超细水泥灌浆料的性能特点进行详细介绍分析，对其施工技术工艺进行了详细阐述，对其经济高效可靠环保的维修效果进行了科学合理的评价。

关键词：公路路面；裂缝；维修；超细水泥灌浆料；注浆

中图分类号：U416.216

文献标识码：B

文章编号：1008-0422(2008)05-0172-03

1前言

就我国现阶段水泥混凝土路面整体建设现状而言，存在着设计强度低、面板薄、施工质量差的弊端，加之维修不及时，致使混凝土路面使用一段时间后，损坏现象随处可见，而且日益严重。特别是在使用五年以后会出现各种不同程度的损坏，裂缝类病害在路面病害中所占的比例较大。混凝土路面损坏形式多种多样，主要有：裂缝类、变形类、接缝损坏类以及表面损坏类。水泥混凝土路面病害中，裂缝破损最为普遍、严重和复杂，裂缝的表现形式多种多样，例如表面裂缝（包括龟裂）、贯穿裂缝（横向裂缝、纵向裂缝、交叉裂缝）、板角断裂以及化学反应引起的裂缝。每种裂缝表观形貌不同，形成的原因不同，相应的预防及处治方法也不同。

2路面裂缝修补现状

国内早期最常使用的水泥混凝土路面修补材料为沥青质材料，即在路面板与裂缝、断板处灌以沥青，以起到封闭裂缝的作用。这种方法只是一种应急措施，不能从根本上解决混凝土路面裂缝的问题。

3路面裂缝修补材料的性能要求

水泥混凝土路面不同于其他混凝土结构物，它是在大自然中的带状结构，路面不仅要经受轮荷载的重复作用，而且还要经受大气温度周期性变化的影响。因此，嵌入路面裂缝的材料应具备良好的物理性质、化学性质、力学性质及耐久性。通过大量的混凝土路面裂缝和处治效果的调查分析，考虑到水泥混凝土路面结构、材料及施工等方面的主要影响因素，作为理想的路面早期裂缝修补材料，应具备以下性能：

3.1与旧混凝土有良好的相容性

通常要求混凝土路面板应具有较高的弯拉强度、表面平整、抗滑和耐磨。作为混凝土裂缝，特别是早期裂缝的灌缝材料，应尽可能与基质混凝土相容，其相容性具体表现在弯拉强度、粘结强度、收缩系数、弹性模量、泊松比、耐久性、热膨胀系数及化学活性、颜色相近等方面。

由于常用的沥青类、环氧树脂、聚氨酯等有机补缝材料，虽具有强度高、粘结力强、吸水率小、化学稳定性好，能经受一般溶剂的侵蚀、热膨胀系数与体积收缩性低等优点，但与路用混凝土的基本性能相差较大，特别是界面性质相差甚远。因此，为了保证新旧材料各种性能的相容性，最好应选用无机材料作为路面裂缝修补材料。

3.2良好的工作性能

良好的工作性能是保证混凝土路面裂缝修补是否成功的关键，它包括流动性、可灌性、易密性等。裂缝修补的实质在于胶结，增强与加固，如何将修补浆液通过灌浆工艺完全注入裂缝，使带有裂缝的混凝土路面板变成一个整体，这涉及到浆液的流动与变形性能。

3.3凝结时间

工艺过程完成后，快速凝结硬化是路面裂缝修补的根本要求。作为水泥混凝土路面裂缝修补材料，一旦灌入路面缝隙，要求能尽快的凝结硬化或固化，尽早通车，减少道路运营障碍和经济损失。

3.4弯拉强度

与通常建筑结构混凝土相比，路面混凝土除车辆静载作用外，还承受冲击、振动、疲劳、磨损等作用，而路面裂缝修补材料同样承受这种作用。因此，修补材料的28d弯拉强度也应符合《公路水泥混凝土路面设计规范》（JTG D40-2002）中规定，即应具有与原水泥混凝土路面相当的抗弯拉强度和抗压强度，才能与基质混凝土一起承受外来荷载。

3.5界面粘结性能

路面混凝土裂缝修补后，能否与旧混凝土协调一致地工作，其中一个重要的因素是混凝土裂缝修补界面的粘结性能，它关系到修补的成败以及能否避免二次破坏。工程实践表明：修补界面往往是修补结构中的薄弱部位，由于界面两种材料的性能不同，特别是新材料的收缩会削弱接触面的粘结，而且随着时间的推移，其粘结性能会不断劣化，降低路面板的承载力和耐久性，致使新旧界面不能协调工作，达不到预期的修补效果。

3.6收缩性能

裂缝修补材料的收缩性能直接影响到修补界面的粘结性能。在进行裂缝修补时，路面混凝土已完成了收缩，而新注入的裂缝修补材料的收缩刚刚开始，必将在界面上造成剪切和拉应力，在荷载及环境因素作用下，可能使界面出现二次开裂。因此，应尽量降低修补材料的收缩，使其具有较原路面混凝土更低的收缩，甚至产生微膨胀性能，在界面上产生压应力，以获得理想的界面粘结，从而使界面的过渡层的密实性能得到改善，以提高裂缝修补质量。

3.7耐久性

同混凝土路面一样，裂缝修补材料灌入路面缝隙后，仍在大气中，经受雨水的渗入、阳光的照射、污水的腐蚀以及车辆的反复磨损。以往使用的有机裂缝修补材料，例如沥青类材料，在温度、氧气、阳光和水的综合作用下，会发生一系列的挥发、氧化、聚合，导致材料组分发生变化，严重影响修补效果。因此，要求路面修补材料应具有抵抗这些介质侵入和损害的性能。

4超细水泥灌浆料的性能特点

4.1特性

4.1.1高效性和可靠性。MFC-GM是由超细水泥、无机超细微料及少量有机高分子聚合物组成的高性能灌浆材料，这具有良好的渗透性及可灌性，具有比有机化学灌浆液更高的强度及耐久性，不存在老化现象。

4.1.2安全无污染性。MFC-GM由无毒无害的无机材料组成，其化学组成决定了其对水、土壤、空气等周围环境无污染，相对于其它灌浆材料而言，具有更高的安全性，属于绿色环保型建材产品。

4.1.3较高的经济性能。MFC-GM颗粒超细，更达到次纳米级，突破一般水泥的性能，具有高流动性、高强度、高渗透性等优越性能。

4.2成份与物理性能

4.2.1 MFC-GM的化学成分

MFC-GM主要由氧化钙、氧化硅、氧化铝、氧化铁等组成，并复合有一定量的高分子聚合物添加剂。

4.2.2 MFC-GM的物理性能

4.3技术指标与性能

4.3.1MFC-GM的凝结时间

MFC-GM在不同水灰比下成型的试件，以从成型到手指轻压无指印时的时间作为MFC-GM凝结时间。MFC-GM凝结时间随着水灰比的加大而延长。

4.3.2 GFC-GM的强度性能

在相同水灰比时较普通硅酸盐水泥具有更高的强度。

MFC-GM与普通硅酸盐水泥砂浆的抗压、抗折强度对比（W/C/S=0.485/1/2.75）

4.3.3 GFC-GM的粒度分布

GFC-GM系采用独特粉磨工艺加工而成，颗粒超细。GFC-GM7000型中位粒径D50约8 m，最大粒径Dmax100 m，可渗透入∮0.2mm细小缝隙中。GFC-GM8000、GFC-GM9000型中位粒径D50约0.2～2 m，最大粒径Dmax分别20 m和15 m，达到次纳米级，可渗透入入非常细小的空间（如粉砂层空隙或混凝土微裂缝中），其颗粒细度已达到或超过国外同类产品的水平。

4.3.4GFC-GM浆体的渗透性能

GFC-GM颗粒非常细小，因而其浆体具有优良的渗透性能，可灌入各类土质的地下基础及非常细微的缝隙结构中，然后固结，达到加固目的。

随着水灰比的加大，GFC-GM浆体越接近于液态，单位体积内的GFC-GM颗粒数量越少，通过细微空间时的阻力越小，通过细微空间的能力（渗透性能）越强。

4.3.5GFC-GM浆体的稳定性（抗沉淀性能）

GFC-GM浆体具有良好的稳定性（抗沉淀性能），即使在较高水灰比下，其分层离析也较少，能确保浆体固化后的结构均匀一致。

当然min浆体的稳定性随着水灰比的加大而有所下降，所以在满足可灌性的前提下，浆体水灰比不宜太大。

4.3.6 GFC-GM浆体的流动性

GFC-GM浆体与普通硅酸盐水泥浆体相比，具有更好的流动性，可灌性更佳。GFC-GM流动性随水灰比增加而增大。

5混凝土路面裂缝修补施工工艺

任何混凝土结构缺陷修补的成功，都取决于两方面的因素，一方面所使用的材料必须具备良好的路用性能和对环境的适应性能；另一个方面施工工艺必须合理、操作必须精心，二者缺一不可。

水泥混凝土路面裂缝破坏类型复杂，自然条件苛刻，对修补材料和施工工艺的要求较高，针对这种现实情况，必须确定出合理的施工工艺。

5.1目前主要通用的修补工艺

混凝土路面的裂缝情况比较复杂，修补时都是根据具体情况采取相应的措施，一般来说，主要分为两大类：一是先破损再修复；二是直接修复法。而目前比较通用的具体修补方法有压注灌浆法、直接灌浆法和条带罩面法。

5.1.1压注灌浆法

清除缝隙内泥土杂物，通过安置注浆嘴和封闭裂缝上表面用压力注入浆体，从而达到修补裂缝的一种工艺。压注灌浆法属于先破损再修复类修补工艺。

5.1.2扩缝灌浆法

针对局部性裂缝且缝口较宽时，可采用扩缝灌浆法，其实质是沿着裂缝使用工具将缝口扩宽，再除去杂物，然后填入修补材料，从而使裂缝得到修补的方法。扩缝灌浆也属于第一类修复。

5.1.3直接注浆法

清除缝内杂物，直接浆浆体填入裂缝内的修补方法，属于第二类直接修复工艺。

5.1.4条带罩面法

对贯穿全厚的较宽裂缝，采用此法修补，该方法的实质是通过在裂缝上表面铺设一层快硬混凝土而达到修补目的修补方法，属于第一类先破损再修补的修复工艺。

一般来讲，行车对路面的平整度要求较高，特别是水泥混凝土路面作为高速路面，对路面平整度提出了更高的要求，所以在修补时应尽量不要破坏原有路面。

本文选用超细水泥灌浆料的粒度要远远小于裂缝的尺寸，即使多粒并存，也不可能大于裂缝尺寸，所以在工艺方面不需对路面进行任何破损处理。

5.2直接注浆法

该方法主要依靠修补材料自身良好的渗透性能，适用于未受泥土侵入或者泥土影响甚微的裂缝。

采用的工具设备主要有：空气压缩机（气压≥0.7MPa）、钢丝刷、螺丝刀、锤子、量筒、铲刀、搅拌锅、天平、滴管。具体操作法如下：

（1）用钢丝刷和空气压缩机产生的高压气流清理裂缝内杂物，然后用螺丝刀和锤子清除掉裂缝两侧松动的混凝土；

（2）现场配置砂浆，并将砂浆沿裂缝两侧堆设，形成护围；

（3）使用天平、滴管、量筒称量相应的各种原材料，现场搅拌成浆体；

（4）搅拌好的浆体立即倒入作好的护围的裂缝内，使其依靠重力渗入裂缝；

（5）观察浆体渗入情况，随时注意填加浆料，整个注浆过程保证在浆体搅拌好后10min以内完成；

（6）30min～1h后，待浆体基本凝结后，拆除护围，并铲去高出路面的材料，注意保持路面整体的平整；

（7）清除修补过程中造成的杂物，修补结束。

5.3扩缝注浆法

该方法主要依靠材料自身的渗透性能，但是要求不如“直接注浆法”那么高，主要适用于受泥土杂物侵入较为严重的裂缝。

该试验采用的工具设备主要有：手提式小型混凝土切割机、空气压缩机（气压≥0.7MPa）、钢丝刷、螺丝刀、锤子、量筒、铲刀、搅拌锅、天平、滴管。具体操作法如下：

（1）使用手提式小型混凝土切割机沿着裂缝两侧，切出一条上宽10mm～15mm、深5mm～10mm的V型小槽；

（2）用钢丝刷和空气压缩机产生的高压气流清理裂缝内杂物；

（3）现场配置砂浆，并将砂浆沿裂缝两侧堆设，形成护围；

（4）使用天平、滴管、量筒称量相应的各种原材料，现场搅拌成浆体；

（5）搅拌好的浆体立即倒入作好的护围的裂缝内，使其依靠重力渗入裂缝；

（6）观察浆体渗入情况，随时注意填加浆料，整个注浆过程保证在浆体搅拌好后10min以内完成；

（7）30min～1h后，待浆体基本凝结后，拆除护围，并铲去高出路面的材料，注意保持路面整体的平整；

（8）清除修补过程中造成的杂物，修补结束。

5.4修补施工应注意的问题

由于裂缝的形成和处理比较复杂，所以应注意到修补的各个细节，争取做到一次修补成功，因为不成功的修补相当于对路面的人工二次破坏，在修补时应加以注意。

（1）所有的注浆工艺的实现，都要与空气压缩机、螺丝刀、锤子和铲刀等必备工具和仪器相配合；

（2）一定要清除裂缝两侧松动的小混凝土块，否则这里又是下一个破损的开始；

（3）未处理裂缝前，应以“治标先治本”的方针，先了解形成裂缝的原因，并合理处理之，然后进行裂缝修补，效果才可能显著；

（4）路面裂缝较为复杂，要具体情况具体对待。

6结论

因此，混凝土路面早期裂缝修补现多采用改性环氧树脂及聚胺酯，或直接灌入沥青，这些有机材料不仅与路面混凝土相容性差、对修补界面要求苛刻、而且造价高、不利于环保。本文深入地分析了水泥混凝土路面裂缝修补材料应具有的特殊性质，详细地介绍了超细水泥灌浆料特性、成分与物理性能以及技术指标与性能，它是一种具有良好的力学性能及路用性能、施工方便、经济环保的水泥混凝土路面微缝修补材料。

参考文献:

[1] 刘建.新老混凝土粘结的力学性能研究.大连理工大学土建学院工学博士学位论文.2000.6.

[2] 申豫斌.新老混凝土粘结界面收缩裂缝和疲劳性能的研究.[D].汕头大学土木工程系.2001.5.