寒冷地區(qū)水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)新技術(shù)

阿布來提·吐尼牙孜

（新疆維吾爾自治區(qū)交通規(guī)劃勘察設(shè)計(jì)研究院，新疆 烏魯木齊 830006）

由于超載、超限現(xiàn)象日益惡化以及惡劣的自然環(huán)境影響（如高溫、嚴(yán)寒等），路面迅速被破壞，水泥混凝土路面的養(yǎng)護(hù)工作也日益嚴(yán)峻。所以，采用新技術(shù)新手段，提高混凝土路面養(yǎng)護(hù)維修水平和效率，增加水泥混凝土路面的使用壽命，成為公路養(yǎng)護(hù)管理部門一項(xiàng)迫在眉睫的艱巨任務(wù)。

1 環(huán)境對(duì)路面的影響

1.1 鹽凍破壞造成的影響

我國新疆北部地區(qū)，冬季氣候寒冷，下雪后冰雪堆積在路面長時(shí)間不會(huì)融化，嚴(yán)重影響了交通。為了不影響行車及運(yùn)輸安全，一般將路面上的冰雪采取灑鹽的方法來融雪除冰。然而鹽分進(jìn)入水泥混凝土路面以后，會(huì)使混凝土路面表面砂漿起殼、粉化、剝落或脫落，對(duì)路面造成更為嚴(yán)重的鹽凍破壞。而且鹽水會(huì)不斷滲透到路面深處，使混凝土內(nèi)部的砂漿成粉酥化，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成深達(dá)10cm的坑穴，導(dǎo)致混凝土路面或橋面嚴(yán)重不平整，不但影響路面美觀，更會(huì)造成行車安全事故的發(fā)生。鹽凍破壞的速度比一般普通冰凍破壞速度快將近幾倍甚至幾十倍，只要在第一次下雪后的混凝土路面上灑鹽融雪除冰，哪怕這條混凝土路面是剛剛才建成的，其表面砂漿也會(huì)馬上開始剝落損壞。這是水泥混凝土路面所面臨的耐久性破損問題中一個(gè)很難解決的主要技術(shù)難題。

1.2 技術(shù)欠缺造成的影響

一般水泥混凝土路面在運(yùn)行幾年以后，路基會(huì)完成固結(jié)并沉降，造成差異沉降脫空，而且接縫填縫的材料也開始老化和脫落，導(dǎo)致接縫失去了防水功能。路面不斷承受荷載，使得面板脫空，而板內(nèi)承受的荷載應(yīng)力就會(huì)迅猛增加，在經(jīng)過短暫的疲勞循環(huán)之后，就會(huì)產(chǎn)生斷裂。要防止此類破壞的產(chǎn)生，就必須采用灌漿技術(shù)來預(yù)防斷板。然而由于很多公路養(yǎng)護(hù)管理部門不熟悉灌漿穩(wěn)板技術(shù)，關(guān)鍵技術(shù)沒有掌握，而且非破損脫空檢驗(yàn)技術(shù)難度很大，所以大多數(shù)水泥混凝土路面的灌漿效果不佳。

1.3 其他方面造成的影響

水泥混凝土路面面層設(shè)計(jì)厚度一般是22～26cm，但實(shí)際上大多數(shù)路面施工沒有達(dá)到這一設(shè)計(jì)指標(biāo)，甚至還有未達(dá)到最低厚度要求的現(xiàn)象發(fā)生；而由于水泥質(zhì)量、骨料級(jí)配和施工質(zhì)量不合格，使得水泥混凝土的抗折強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)，導(dǎo)致面板早期裂縫、破碎。在寒冷地區(qū)，嚴(yán)寒更會(huì)使路面更脆，抗折強(qiáng)度進(jìn)一步降低；在填方和加寬段落施工中，壓實(shí)和夯實(shí)不到位，路基壓實(shí)度達(dá)不到規(guī)范要求，造成路基不均勻沉降，從而使混凝土面板脫空斷裂；而排水系統(tǒng)的不完善，使得雨雪堆積，路基受到雨水侵蝕造成路基變形，損壞面板。另外，路面建成通車后的超載、超限等因素也會(huì)對(duì)路面造成嚴(yán)重破壞。

2 新技術(shù)研究

2.1 鹽凍破壞的概念

水泥混凝土路面在受30次冰融循環(huán)后剝落量小于1kg／m2，則說明該路面的抗鹽凍性合格；若大于1kg／m2，則表明該混凝土路面嚴(yán)重剝蝕破壞。鹽的濃度越高，水溶液結(jié)冰產(chǎn)生的膨脹率和膨脹壓就越低。但若路面處于完全飽水環(huán)境下，溶液結(jié)冰產(chǎn)生的膨脹率和膨脹壓則會(huì)偏高。根據(jù)溶液結(jié)冰膨脹率、膨脹壓和毛細(xì)管平衡飽水度數(shù)據(jù)來進(jìn)行綜合計(jì)算，可以發(fā)現(xiàn)當(dāng)鹽溶液的濃度在2%～6%之間時(shí)，所產(chǎn)生的結(jié)冰膨脹壓，也就是破壞力最大。由于鹽不斷滲入到混凝土路面內(nèi)部，導(dǎo)致內(nèi)部平衡飽水度迅速增加，鹽濃度越高，飽水度越大，導(dǎo)致鹽凍剝蝕，這是除冰鹽對(duì)水凝混凝土路面最嚴(yán)重的破壞。

2.2 路面材料的使用

在寒冷地區(qū)，混凝土路面長期處于高鹽或干濕頻繁交替環(huán)境當(dāng)中，所以鹽結(jié)晶產(chǎn)生的膨脹也是一大主要路面破壞因素。除冰鹽、復(fù)鹽這類膨脹性產(chǎn)物和各種融雪劑、尿素、海水等均有不同程度的融冰雪作用，但由于其化學(xué)成分是有機(jī)物或無機(jī)物，因此只要將這些物品用于融冰除雪，就會(huì)產(chǎn)生鹽凍的剝蝕破壞，所以融雪劑不能濫用。參照有關(guān)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，摻引氣劑和降低水灰比，將含氣量控制在5.5%±0.5%范圍內(nèi)，混凝土水灰比控制在0.4以內(nèi)，對(duì)提高混凝土抗鹽凍性的作用比較顯著，在水泥混凝土路面施工中要合理使用；而施工用的水泥可以采用Ⅰ型硅酸鹽水泥或普硅水泥，不能使用高摻量磨細(xì)石灰石的水泥。傳統(tǒng)的快硬水泥不引氣，它和普硅水泥都不適合用來修補(bǔ)被鹽凍破壞的水泥混凝土路面，而具有超高抗鹽凍性的新型超快硬高強(qiáng)度磷酸鹽水泥基材則很適用于用來修補(bǔ)受鹽冰破壞的混凝土路面。除硅灰外，礦渣和粉煤灰等摻合料要少用或者不用，用碎石做混凝土粗集料，盡量不用卵石。

2.3 板底灌漿技術(shù)

在水泥混凝土路面施工中，要對(duì)施工路面進(jìn)行檢測(cè)，可以使用包括板底脫空判定、板體使用狀況調(diào)查、高程測(cè)量、板縫彎沉檢測(cè)和鉆芯試驗(yàn)等技術(shù)手段。而板底脫空判定是關(guān)鍵，必須結(jié)合外觀、彎沉和探地雷達(dá)等方法相結(jié)合來進(jìn)行全面的判定。另外灌漿施工工藝要求也非常嚴(yán)格，制漿、布孔、封孔、養(yǎng)生、清洗、壓漿配套處理措施和安全施工都有具體的要求；壓漿后，填充性指標(biāo)、強(qiáng)度和膨脹性指標(biāo)、彎沉檢查和耐久性等各項(xiàng)指標(biāo)都必須達(dá)標(biāo)。耐久性指標(biāo)要求板底壓漿一年之內(nèi)不能發(fā)生唧泥現(xiàn)象，原有的路面板病害要得到有效控制；填充性指標(biāo)要采用嚴(yán)格的鉆孔取芯方法進(jìn)行檢驗(yàn)，如條件允許，也可以采用探地雷達(dá)進(jìn)行檢測(cè)；在壓漿施工中，要隨機(jī)取樣，對(duì)施工漿液進(jìn)行抗壓、泌水和膨脹等3項(xiàng)指標(biāo)測(cè)試，全部試驗(yàn)必須合格。

2.4 快速修復(fù)邊角技術(shù)

修復(fù)材料也稱超快硬修補(bǔ)水泥，它快硬早強(qiáng)，且粘結(jié)性能優(yōu)良，它和快硬硫鋁酸鹽水泥的早期強(qiáng)度都非常高，而且強(qiáng)度發(fā)展也快。摻入適量的乳膠到快硬硫鋁酸鹽水泥中，可降低混凝土的脆性，提高其耐磨性，但同時(shí)也會(huì)降低混凝土本身的強(qiáng)度和粘結(jié)性。所以在使用各類有機(jī)材料時(shí)需謹(jǐn)慎，確實(shí)要摻入時(shí)也要反復(fù)試驗(yàn)來確定合理的摻入比例。在綜合考慮強(qiáng)度、耐磨性和粘結(jié)性的合理性條件下，摻入低于10%的乳膠量較為合適。粘結(jié)性在很大程度上受界面的干濕和潔凈狀態(tài)影響，讓舊混凝土基體處于飽和狀態(tài)可以提高粘結(jié)性能。保持舊混凝土界面的干凈，可以比不做任何干凈處理的界面高出55%的抗剪強(qiáng)度和高出15%的粘結(jié)劈裂強(qiáng)度。

2.5 預(yù)制拼裝技術(shù)

受基層平整度、標(biāo)高、施工便利性等因素的影響，不能用傳統(tǒng)的貧混凝土修復(fù)基層方法來修復(fù)路面，使用預(yù)制拼裝技術(shù)來處理效果更好。預(yù)制拼裝技術(shù)采用配合比適當(dāng)?shù)母砂枭皾{方式，拼裝方案為小面板塊拼裝，面板厚度與舊路面相同，另外再配上少量的吊裝鋼筋。預(yù)制拼裝過程中最關(guān)鍵的環(huán)節(jié)是對(duì)拼裝接縫的處理，采用碎石＋TST彈塑體或碎石＋環(huán)氧砂漿方法較好。在使用TST彈塑體澆筑時(shí)，石子要分3～4層填筑，縫隙石子的噴烤時(shí)間也要適當(dāng)延長；而用上拌下貫環(huán)氧液填注接縫時(shí)，在環(huán)氧液的用量上要適當(dāng)增加，這樣可以加強(qiáng)粘結(jié)效果。

3 使用效果

研究鹽凍破壞機(jī)理，對(duì)高抗鹽凍性水泥混凝土路面的設(shè)計(jì)提出各項(xiàng)設(shè)計(jì)施工技術(shù)要求，可以大幅提高寒冷地區(qū)水泥混凝土路面和橋面等建筑的耐久度和使用周期，從而降低養(yǎng)護(hù)成本，保障交通行車運(yùn)輸安全，提高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。灌漿穩(wěn)板是預(yù)防水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)中的關(guān)鍵技術(shù)，它是保持水泥路面結(jié)構(gòu)完好、保證交通暢通、降低運(yùn)營成本的必備養(yǎng)護(hù)技術(shù)。特種快硬水泥材料在路面養(yǎng)護(hù)中的使用效果非常良好，但其分布范圍廣、產(chǎn)地和產(chǎn)量分散，購買困難，所以未能大規(guī)模使用。而且由于價(jià)格過高導(dǎo)致養(yǎng)護(hù)成本也高，只能用在一些緊急搶修工程當(dāng)中。所以采用預(yù)制拼裝技術(shù)無論從施工性能還是其產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益來看，都是今后水泥混凝土路面快速養(yǎng)護(hù)的發(fā)展趨勢(shì)。

4 結(jié)語

對(duì)鹽凍破壞進(jìn)行深入研究，改進(jìn)對(duì)鹽凍破壞的修復(fù)方法，致力于研究和推廣板底灌漿技術(shù)、現(xiàn)澆快速修復(fù)和預(yù)制拼裝等路面養(yǎng)護(hù)新技術(shù)，為我國寒冷地區(qū)的水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)的發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)和實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)。作為高等級(jí)路面，水泥混凝土路面雖然使用周期長、耐久性好、養(yǎng)護(hù)工作量少，可是一旦被破壞，其破損程度就會(huì)迅猛加大，而且修復(fù)起來比其它路面難度更大。因?yàn)閷?duì)其采用的是效率低的手工作業(yè)方式，不僅勞動(dòng)量大，施工速度慢，而且有些高技術(shù)要求的工藝很難完成，所以要結(jié)合實(shí)際情況，有計(jì)劃、有目的地使養(yǎng)護(hù)維修實(shí)現(xiàn)機(jī)械化，從而降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率和路面養(yǎng)護(hù)的效果。

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