超細(xì)水泥用于水泥混凝土路面裂縫處理的研究

超細(xì)水泥用于水泥混凝土路面裂縫處理的研究發(fā)布時(shí)間：2007-03-02 作者：王道平，張湘?zhèn)?，孫南屏，張榮輝 摘要：水泥混凝土路面在使用過(guò)程中常出現(xiàn)由路面板脫空引起的開裂。本文通過(guò)分析水泥混凝土路面板由脫空引起的混凝土裂縫的原因，采取灌漿技術(shù)來(lái)解決此類病害并闡述了灌漿加固機(jī)理。室內(nèi)試驗(yàn)結(jié)果表明，超細(xì) 水泥的各項(xiàng)性能較普通水泥優(yōu)越，能滲入細(xì)微裂縫，是優(yōu)良的灌漿材料。將超細(xì)水泥應(yīng)用到實(shí)際工程中，對(duì)灌漿實(shí)施步驟進(jìn)行了較詳細(xì)的介紹與分析，且最后測(cè)試結(jié)果比較理想。 水泥混凝土路面是我國(guó)公路路面的主要形式之一，在我國(guó)公路網(wǎng)構(gòu)成中占有較大比重。它具有強(qiáng)度高、剛度大、受溫度影響小、使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。但水泥混凝土路面接縫較多，對(duì)超載較為敏感，易發(fā)生脫空、唧泥、裂縫等早期病害，從而導(dǎo)致路面的破損。 隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，近年來(lái)，由于交通量增、汽車軸載日益重型化或道路設(shè)計(jì)施工等方面的原因，路面經(jīng)常過(guò)早出現(xiàn)裂縫。如果路面裂縫修補(bǔ)不及時(shí)，雨水從裂縫處滲入基層，滲入的水將在板下形成積水(自由水)，積水與基層材料中的細(xì)料形成泥漿，在車輛行駛作用下，沿面板接縫縫隙處噴濺出來(lái)，形成唧泥。唧泥的出現(xiàn)進(jìn)一步加劇了板底的脫空，脫空又加劇裂縫的發(fā)展。這樣周而復(fù)始，惡性循環(huán)，最終導(dǎo)致路面的損壞。目前，國(guó)內(nèi)對(duì)水泥混凝土路面裂縫早期處理不夠重視，直到裂縫增大到一定程度，才采取一些補(bǔ)救措施。有些直至完全損壞，才進(jìn)行整塊換板處理。但這樣造價(jià)很高，不經(jīng)濟(jì)，而且打碎的水泥混凝土塊無(wú)處安置，影響環(huán)境。為了防止裂縫繼續(xù)擴(kuò)大，影響路面的使用性能，必須采取適當(dāng)?shù)难a(bǔ)救措施。1灌縫加固機(jī)理及材料選擇 在現(xiàn)有水泥混凝土路面設(shè)計(jì)理論中，把水泥混凝土板看作是小撓度彈性薄板，其假定條件是面板與地基間完全接觸(不脫空)。水泥混凝土板是一種準(zhǔn)脆性材料，抗壓強(qiáng)度高、抗彎拉性能差。在正常情況下，面板均勻支承時(shí)，無(wú)論荷載作用在什么位置，應(yīng)力都較小。而一旦脫空，板角處由于基礎(chǔ)支撐的喪失，處于懸臂狀態(tài)，板內(nèi)將產(chǎn)生過(guò)大的應(yīng)力、剪力，水泥混凝土板很快達(dá)到受力極限。 水泥混凝土面板灌漿是通過(guò)注漿管，施加一定壓力將漿液均勻注入板底空隙、板下基(墊)層、裂縫中，以充填、滲透、擠密等方式，趕走板底、基層裂隙中的積水、空氣后占據(jù)其位置，經(jīng)人工控制一段時(shí)間后，漿液將原來(lái)的松散顆粒或裂隙膠結(jié)為整體，形成一個(gè)良好的“結(jié)石體”。灌漿改善了板底原有受力狀態(tài)，恢復(fù)了板體與地基的連續(xù)性，達(dá)到加固基礎(chǔ)，治理病害的目的。 目前在處理水泥混凝土路面脫空板時(shí)，采用板底灌漿的灌漿材料通常是普通硅酸鹽水泥，且在技術(shù)方面有一定的研究，已取得不錯(cuò)效果，但同時(shí)存在一些問(wèn)題。若采用普通硅酸鹽水泥進(jìn)行灌漿封縫，由于有些裂縫細(xì)微(小于O05 mm)，普通硅酸鹽水泥粒徑過(guò)大，無(wú)法完全填滿細(xì)微裂縫，水分仍能夠滲入，在車輛動(dòng)力荷載作用下，易引起唧泥，達(dá)不到預(yù)期的目的。若采用化學(xué)漿液封縫，效果是不錯(cuò)，但是價(jià)格很貴，不經(jīng)濟(jì)，而且有毒性，對(duì)環(huán)境易造成不良影響。因此有必要采用一種無(wú)毒的、經(jīng)濟(jì)的材料封縫，超細(xì)水泥這種新型、無(wú)毒、粒徑超細(xì)的無(wú)機(jī)材料成為首選。2材料性能試驗(yàn) 21原材料 (1)超細(xì)水泥(MFCGM)。廣東省江門市中建科技開發(fā)有限公司生產(chǎn)，其物理性能及化學(xué)成份分別見(jiàn)表1與表2。(2)普通硅酸鹽水泥。珠江水泥廠生產(chǎn)的珠江牌425級(jí)普通硅酸鹽水泥。(3)水。自來(lái)水，滿足水泥昆凝土拌和用水技術(shù)要求。(4)砂。中國(guó)ISO標(biāo)準(zhǔn)砂。22灌漿材料性能測(cè)試 221材料的抗折、抗壓強(qiáng)度對(duì)比 灌漿材料必須要有一定的抗折、抗壓強(qiáng)度，才能滿足工程需要。對(duì)MFCGM與普通硅酸鹽水泥進(jìn)行抗折、抗壓強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)，采用標(biāo)準(zhǔn)膠砂試件測(cè)試。膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)材料配比為W(水)：C(水泥)：5(標(biāo)準(zhǔn)砂)一O5：1：275(質(zhì)量比)，其測(cè)試結(jié)果分別見(jiàn)圖1、圖2；由圖1、圖2可知，在相同的養(yǎng)護(hù)條件、相同齡期下，超細(xì)水泥的抗折、抗壓強(qiáng)度較普通硅酸鹽水泥高，能更好地滿足工程需要。222漿體的流動(dòng)性 在進(jìn)行灌漿時(shí)，漿體的流動(dòng)性是一個(gè)很重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)，流動(dòng)性能越好，灌漿效果越好。MFCGM漿體與普通硅酸鹽水泥漿體相比，其流動(dòng)性明顯提高，其可灌性更佳，且MFCGM流動(dòng)性隨水灰比增加而顯著增大，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖3。223凈漿滲透性能與水灰比的關(guān)系 由于超細(xì)水泥是一種新型材料，其相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)還不成熟，該試驗(yàn)采用的滲透儀仿照基馬式滲透儀制造，如圖4所示。儀器主要由筒身、滲透板、可動(dòng)底座組成，筒身為透明玻璃，內(nèi)直徑尺寸為50 mm，高400 mm，體積785 ml；滲透板高65 mm，共330個(gè)孔，孔徑3 mm。測(cè)試時(shí)，在滲透儀筒內(nèi)先加入ISO標(biāo)準(zhǔn)砂，再灌入配好的漿體，在常壓下靜置15 min后，量取漿體滲入砂中的深度，以此評(píng)價(jià)漿體的滲透性能。 試驗(yàn)結(jié)果如圖5，由圖易見(jiàn)，在相同水灰比條件下，MFCGM的滲透性能大大優(yōu)于普通水泥。224凈漿強(qiáng)度與水灰比的關(guān)系 灌漿材料的強(qiáng)度會(huì)隨著水灰比的增大而降低，因此，在滿足可灌性要求的前提下，應(yīng)盡量減小水灰比，凈漿強(qiáng)度與水灰比的關(guān)系見(jiàn)表3。3現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn) 由室內(nèi)對(duì)比試驗(yàn)可知，MFCGM材料粒徑小，各項(xiàng)性能較普通水泥優(yōu)越，更有利于灌漿封縫，故選擇其作為工地上的灌漿材料。兼顧灌漿的強(qiáng)度、流動(dòng)性能以及滲透性能等，最終選取wC一10(質(zhì)量比)作為工地灌漿的配比。根據(jù)材料熱脹冷縮的性質(zhì)，冬天氣溫低時(shí)，裂縫的寬度是最大的，有利于灌漿封縫，最終選擇灌漿時(shí)間為12月中旬。廣東韶關(guān)翁源X347線于2002年全線通車(全長(zhǎng)20 km)，通車后3年時(shí)間，路面出現(xiàn)大量裂縫，有些地方嚴(yán)重破壞，經(jīng)全線調(diào)查，選擇K3+500K4+300段作為試驗(yàn)路段。試驗(yàn)步驟簡(jiǎn)述如下。31檢測(cè)利用貝克曼梁路面彎沉儀進(jìn)行彎沉差檢測(cè)，有些路面板差異彎沉達(dá)到O1 mm，根據(jù)交通部公路水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范(JTJ 07312001)(以下簡(jiǎn)稱規(guī)范)，認(rèn)為板底可能出現(xiàn)脫空現(xiàn)象。32鉆孔定位根據(jù)裂縫分布情況，每塊水泥混凝土板鉆孔數(shù)目不一，沿裂縫布孔，鉆孔間距不宜太大，且位置距自由邊不小于5080 cm，避免漿體從路肩滲出。33鉆孔用風(fēng)鎬按標(biāo)定位置鉆孔，深度到路基頂面，能剛好鉆到脫空處最好。34清縫用壓縮空氣把孔與裂縫里的灰塵、雜物等吹出，以免影響灌漿質(zhì)量。35配漿將MFCGM8000材料按水灰比1：1配置，并不時(shí)攪拌，以防沉淀。36 灌漿采用JZB一2型擠壓式注漿機(jī)，壓力一般控制在O206 MPa，保持壓力穩(wěn)定，當(dāng)漿體從面層裂縫中滲出，再略降低壓力，直至潔凈的水流出(水泥顆粒已沉淀)。灌漿過(guò)程中溢漿的孔及時(shí)封堵，防止壓力過(guò)度散失。灌漿完后，不要立即拔出灌漿頭，當(dāng)注漿管中壓力達(dá)到02 MPa時(shí)，再緩慢拔出，防止?jié){體反流。37交通管制灌漿完成后的路面板，嚴(yán)禁車輛通行，待漿體強(qiáng)度達(dá)到3 MPa以上時(shí)才能允許通行，一般養(yǎng)護(hù)時(shí)間為7 d。38檢驗(yàn)試驗(yàn)路段養(yǎng)護(hù)期滿后，再次測(cè)量路面板的彎沉值，均達(dá)到規(guī)范要求，且路面板上灌漿處理前能用肉眼明顯觀察到的裂縫已被填充，能有效防止水分的