水泥混凝土路面預制拼裝修復技術研究

顧玉輝

(石家莊市公路橋梁建設集團)

1 概述

(1)改變了傳統的水泥混凝土養護模式，回避了水泥混凝土強度增長緩慢而同時要求施工結束后快速通車這一主要矛盾。實現了集中預制、分散安裝，節約了傳統工藝中的現場安裝拌和設備和運輸攤鋪的費用。

(2)與成本昂貴的快速修復材料(各種快硬水泥)相比，預制拼裝板所用的材料是傳統的普通硅酸鹽水泥和鋼筋，修復成本可大幅下降。

(3)使單板的修復時間和單方費用大幅減少，現在普通的養護技術修復面積小的單板成本昂貴。預制拼裝技術在單板或幾塊板等少量修復中更顯優勢。

(4)與現澆修復方式相比，預制拼裝修復在施工現場幾乎不排放任何廢水、廢渣，也沒有噪音污染，對環境沒有任何影響，因而是一種更環保的施工方法。

(5)預制拼裝快速修復的現場施工幾乎可以不受極端氣候條件的影響，如高低溫、大風、小雨天氣的影響，

2 預制拼裝板平面尺寸與厚度的確定

(1)板塊尺寸與撓度、應力的關系。

以比較常用的參數進行計算:取面板厚h=24cm;板體混凝土彈性模量E=35 000MPa;泊松比υ=0.15;地基模量k=1 300MPa;荷載為標準軸載BZZ-100置于縱縫邊緣中部，接地壓力p=0.625MPa。計算結果見表1和圖1、圖2。

表1 板塊尺寸對撓度、應力的影響

計算結果表明:隨著板體尺寸變小，面板撓度加速遞增，兩者呈良好的二次關系。相反，板體縱向最大應力隨面板尺寸變小加速遞減，也滿足二次關系。說明撓度和應力都是板體尺寸的敏感因素，當板體尺寸稍有變化，撓度和應力變化劇烈。

圖1 板塊尺寸與應力的關系

(2)面板厚度對撓度及應力的影響關系。

計算參數取板體混凝土彈性模量E=35 000MPa;泊松比υ=0.15;基層頂面當量回彈模量1 300MPa;荷載為標準軸載置于縱縫邊緣中部，接地壓力p=0.625MPa。為了說明問題，選用1.3m×1.0m 小板和0.6m×0.5m 小板進行計算分析。

圖2 板塊尺寸與應力的關系

①1.3m×1.0m 小板與整板(5.0m×4.0m)的分析比較計算結果見表2和圖3、圖4。

表2 面板厚度對撓度和應力影響

圖3 1.3m×1.0m小板厚度與撓度的關系

圖4 1.3m×1.0m小板厚度與應力的關系

②0.6m×0.5m 小板與整板(5.0m×4.0m)的分析比較

計算結果見表3、圖5和圖6。

表3 面板厚度對撓度和應力影響

上述分析表明:板體厚度對撓度的影響并不顯著。但板體應力對平面尺寸與厚度的變化很敏感，按應力等效原則，當采用1.3m×1.0m小板時，其厚度折減量不足2cm。當采用0.6m×0.5m小板時，厚度可以折減7cm。也就是說，在相同的條件下，24cm厚的5.0m×4.0m 板、22cm厚的1.3m×1.0m板和17cm厚的0.6m×0.5m 板產生相同的應力。這說明，在相同的基層頂面當量回彈模量條件下，采用薄板可以達到同等的承載能力。這就從理論上說明了即使預制拼裝板的厚度小于原路面厚度，拼裝板的承載能力也是足夠的。

圖5 0.6m×0.5m小板厚度與撓度的關系

3 預制拼裝接縫處理方法

小板預制板最主要的問題是如何防止小板錯動或翹動，提高板塊的穩固性，從而實現板塊間與舊混凝土塊的荷載傳遞。為了比較各種接縫處理的優劣，采取了不同的措施。

圖6 0.6m×0.5m小板厚度與應力的關系

方法一:接縫下部填塞大粒徑粗集料，填塞時盡可能選用單粒石子恰好能填滿縫隙，以充分利用集料的嵌鎖功能來實現板間的荷載傳遞。填塞高度不宜過高，縫隙上部應留有2～3cm。接著將配置好的環氧液灌入填充密實的縫隙內。最后用環氧砂漿將上部的縫隙密封。采用這種方法處理的縫隙，既能保證預制板間可靠的粘結，有效地實現荷載傳遞，又能防止表面流水浸入板底，使用效果很理想。

方法二:接縫均用環氧砂漿塞滿。該方法的主要優點是板間粘結性能較方法一強。不足是環氧砂漿用量大，成本比方法一高，由于環氧砂漿粘度很大，不易拌和，故工效也比方法一要低得多;此外，由于縫隙底部的環氧砂漿不接觸空氣，凝結得很緩慢，若過早開放交通，則對其早期傳荷能力影響較大，拼裝整體性稍差。

方法三:縫隙下部(約12cm)填入大粒徑石子，做法同方法一，接著將熔融態的TST改性瀝青粘結料澆灌入接縫內。用同樣的方法裝入第二層石子，距頂面約1～2cm，然后再澆入TST粘結料，使其與路面平齊。安裝完成后，大約2h后可開放交通。若需提前通車，可噴水加速冷卻，1h可以開放通行。這種剛柔結合的接縫處理方法，既能達到良好的荷載傳遞功能，也能滿足縫隙的密封防水要求，使用效果相當理想。

方法四:采用W型道橋快速修補材料配制的混凝土進行接縫處理。

W型道橋快速修補材料是由80％～95％硫鋁酸鹽水泥、5％～20％硅酸鹽水泥、1.5％～3.0％高效減水劑、0.01％～0.035％鋰鹽和0.05％～0.25％緩凝劑復配而成的一種快硬早強水泥。其初凝時間15min，終凝時間25min。4h的抗折強度為5.4MPa，抗壓強度22.7MPa;1d的抗折強度為7.2MPa，抗壓強度達 49.8MPa，且具有微膨脹性。這些優異性能，特別是早期強度高的特點，使其能在預制拼裝快速修復的接縫處理中得以應用。

4 結論

通過對預制拼裝快速修復技術的研究，總結如下。

(1)采用2.5m×2.0m小塊預制拼裝板進行混凝土路面的快速修復是所有快速修復技術中用時最短、占用道路面積最小、對交通影響最小的一項實用技術，是真正意義上的無阻礙交通快速修復。預制拼裝混凝土路面能夠達到新建路面使用功能。預制拼裝板應采用與原路面板相同的厚度。

(2)為了保證混凝土板塊間傳遞荷載，接縫采用小石子灌環氧液保證傳遞荷載，用TST彈塑體作上層填塞，可以保證行車平穩、舒適、耐久性好，預制拼裝路面的傳荷系數不小于原有路面的傳荷系數。

(3)水泥混凝土路面預制拼裝快速修補技術研究，對水泥混凝土路面、機場跑道的快速修復，以及由于自然災害對路面造成破壞的快速搶修具有重要的實用價值，并具有良好經濟效益。

[1] 公路水泥混凝土路面設計規范(JTG D40-2002)[S].