试论修补水泥混凝土路面裂缝的新材料研究

试论修补水泥混凝土路面裂缝的新材料研究

　　水泥路面为我国高等级路面的关键模式之一，水泥混凝土路面直接受到多种自然条件、承受车辆荷载等影响，一些路面将出现早期裂缝，就是需要及进实施修补，避免路面损坏的最大化发展。而补修路其裂隙的修补材料亦露于路面，修补材料即需满足“强度与需久性”等要求，还需具良好的粘接性、流动性及变形性[1]。目前，用于水泥混凝土路面缝隙修补的材料不是造价过高就是耐久性及防水性不佳，不能长期使用。因聚合物可改善水泥材料的耐久性能及力学性能，高效减水剂量可显著提升水泥浆体的流动性，于水泥净浆里加入高效减水剂与聚合物等，为研制路面缝隙修补的新材料。

　　1 原材料的“技术性质”

　　选取的原材料，要针对修补材料的“良好耐久性及工作性、和旧混凝土的相容性、良好的粘接性与变形水平、经济环保、强力抗弯强度”等因素。依此选取下列原材料：(1)水泥。基质材料选取陕西某厂生产的42.5R硅酸盐水泥。(2)聚合物乳液。其为修补材料的“改性材料”，需能改善水泥界面粘结、塑性变形、耐久性等水平。此本修补材料选用“聚丙烯酸、聚醋酸乙烯、丁苯乳液、苯丙乳液”。(3)外加剂。修补材料选用的外加剂类型有“消泡剂、减水剂、膨胀剂、早强剂”。消泡剂：消除搅拌时聚合物生成的所泡，提升材料紧密度;减水剂：主要起到提升浆体流动性的作用，这又利于缝隙灌浆，能改善水泥制品的耐久性及力学强度;膨胀剂：其水化硬化中随之自身体积膨胀，可降低水泥混凝土因水分蒸发等因素导致的开裂;早强剂：早强剂可调节材料强度形成时间。

　　2 缝隙修补材料的配合比设计

　　水灰比、减水剂与聚合物掺量、聚合物种类为修补材料性能的四大要素，此四个参考将影响修补材料性能。本次正交实验实施结果表明，水灰比宜控制在0.5左右，聚合物掺量控制在10%左右，减水剂掺量宜控制在0.2%左右。影响修被材料流动度的因素顺序为：减水剂掺量(C)→水灰比(A)→聚合物种类(D)→聚合物掺量(C)(见表1)。

　　3 缝隙修补材料“工作性能”研究

　　水泥路面裂隙小且不规则，流变性能直接影响修补材料的修补效果。浆体流动于裂隙中时，受自身粘性及阻力作用，要求修补材料务必具有好的流动性，方可确保灌满裂隙。并且，还要求修补材料具有好的体积稳定性。交通条件对“凝结时间”也有要求，浆体凝结时间如果过长，将有很大影响。所以修补材料的工作性能指标主要有：流动性、稳定性、可灌性、凝结时间。经对聚合物改性水泥浆工作性能测试，得出下列结论：(1)经对裂隙可灌性测试，235 mm的流动度可灌入(1～3) mm缝隙。水泥浆体流动度若>235 mm，便可完满灌入(1～3) mm缝隙，若反之则不能。(2)聚合物可提升水泥浆体稳定性，水泥浆体掺加适量的聚合物后其析水率仅为基准水泥浆体的50%左右。(3)水泥凝结时间因聚合物的加入延长，常规下24 h内皆可实现终凝。(4)经水泥流动损失测试结果，聚合物掺量控制于10%左右，与前一节结论相合。

　　4 水泥路面缝隙修补材料的“路用性能”分析

　　修补材料在灌入缝隙的同时，还要求有与路面结构一致的“力学性能及耐久性能”等路用性能。为确保修补材料的“修复效果”，还需有极佳“粘结、形变”的性能。否则修补材料将可能与基质材料产生脱离从而造成修复失败。所以，修补材料在应具备优良的“工作性能及路用性能”，这样才能可保证修补材料在“实际工程”里的应用效果。

　　此次对聚合物改性水泥“耐久、形变、界面粘结、力学”四类性能进行测试，得出下列结论：(1)于水泥内单一个掺加聚合物，于28d时也许其抗折抗压强度要低于不掺加聚合物试样。故此，采取两种混合手术掺加聚合物，力学强度上要较基准试样高，实现了规范要求。试件力学强度最好的时机，这时聚合物的配合比是聚合物乳液B/C共混，它的共混比例为3/2～2/3。(2)掺加聚合物可减少水泥材料(10～15)%的刚度，提升了柔性，加大了冲击荷载的承受力，耐久性提升。(3)对修被界面粘结性能的“粘结拉伸、劈裂抗拉粘结、粘折抗折”等强度的测试，当聚合物乳液B/C共混比率3/2～2/3时，三种粘结强度水平皆较高，皆>基准试样的1.5～2.5倍。(4)测试了修被材料耐久性能的“耐磨性、抗渗性及耐腐蚀性”，测试结果显示，掺入聚合物的水泥试样耐久性比基准试件高过很多。聚合物乳液B/C共混比例不同，对耐麻性与耐腐蚀性都产生重要影响，但对抗渗性无显著影响。聚合物乳液B/C共混的推荐比例是3/2～2/3。(5)掺加膨胀剂，可显著减少水泥试样的体积收缩，还可有微膨胀的发生，可提升基质混凝土与修补材料间界面粘结效果。(6)综合评价修被材料的工作性能及路用性能后，加之对经济性因素的考虑，最优配比为乳液B/C共混配比3/2。

　　5 结语

　　常用混凝土路面，要承受车辆等静载作用，还要受着冲击、振动、疲劳、磨损等作用。这就要求路面要具备一定的抗压强度及抗弯强度，方可承受载重力。修补材料对界面粘结性、拉伸强度、抗折强度、劈拉强度等都提出要求。只有满足了路面混凝土的要求标准，修补材料方能达到预期效果。同时，对裂隙修补材料的研究，需关注裂隙种类及宽度、温度、湿度等应用条件，依此来研发适宜不同条件的“修补材料”。要进行水泥与新型外加剂之间的相容性研究，以利于依材料市场供应情况进行“修补材料”的优化调整及配比，力求满足水泥路面裂隙各种等级的修补需求。