快速維修材料施工工藝研究

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隨著水泥基材料在道路、橋梁工程中的大規模應用，病害及維修問題愈加突出，通過對水泥基材料在這些領域中的應用情況進行研究發現，不同程度地存在材料質量波動大、設計與施工質量良莠不齊的弊端，加之維修不及時，致使工程服役一段時間后，水泥基材料損傷時有發生，并隨著服役期的延長愈演愈烈。水泥基材料的損傷形式多種多樣，主要有：裂縫損傷、變形損傷、接縫損傷以及結構損傷。各種損傷類型中，裂縫損傷最為普遍，其復雜性和嚴重程度也最為多變。目前工程中常見的裂縫損傷主要有表面裂縫、貫穿裂縫、碎裂等。不同的環境與形成原因造成了裂縫損傷的處置辦法與維修工藝的差異。由于水泥基材料的固有特性，在施工過程中受各種因素的影響，產生損傷是不可避免的。損傷一旦出現，就應及時進行維修，否則在服役荷載與環境因素的交互作用下，裂縫將隨時間擴展、貫穿，并有可能不斷蔓延，相互交錯，造成結構的大范圍崩潰。裂縫率先出現在系統缺陷處，該點往往由于應力集中，最終使混凝土板喪失應有的承載力，甚至造成結構損傷，嚴重影響交通的行車安全、舒適，甚而造成嚴重的經濟損失。

1快速維修材料的種類

由于工期的需求和實際現場交通開放時間的限制，快速維修材料日益引起人們的關注。目前，普遍采用工程快速維修材料按照化學特性主要分為以下三類：1.1無機類快速維修材料（1）快硬硅酸鹽系水泥此系列快修材料通常含有較高的鈣質原料，強度發展速度快，具有較高的早期強度，一兩天即可投入使用。但因快速水化往往帶來干縮問題，同時須兼顧新舊水泥混凝土過渡面粘接性能問題，養護要求通常較高[1]。（2）硫鋁酸鹽系水泥快硬硫鋁酸鹽水泥系列快修材料應用在水泥混凝土路面挖補搶修中表現出明顯的優越性。該系列水泥自身有微膨脹性，可防止混凝土收縮，增強修補板塊與周圍板塊的作用力，同時，可防止地表水下滲損壞基層，往往用于剛性防水結構[2]。（3）高鋁水泥[3]高鋁水泥同樣是一種快硬早強型的水硬性膠凝材料。它的主要原料是礬土和石灰石，其富含的鋁酸一鈣水化速度極快，早期強度發展顯著，后期強度釋放緩慢。高鋁水泥水化產物不穩定，容易發生晶型轉變，導致后期強度不同程度地下降。據資料記載，高鋁水泥1d抗折強度可達3～5MPa，抗壓強度達50MPa。（4）磷酸鎂系水泥磷酸鎂系水泥具有多種特性，如快凝快硬、高溫穩定、早期強度高、黏結性強等，耐久性也非常卓越。作為一種道路快速維修材料，硫酸鎂系水泥在抗脫剝和抗凍融等方面的表現均遠優于硅酸鹽水泥[4]，是一種非常有前景的快速維修材料。（5）不同水泥的復合品種實際工程應用要求多變，利用不同水泥進行復合往往可以取得令人滿意的效果。高鋁水泥與普通硅酸鹽水泥混用，凝結時間縮短，混用水泥的凝結硬化迅速。硫鋁水泥與普通硅酸鹽水泥混合使用能明顯提高早期強度[5]，是一種具有市場潛力的路面材料。鐵鋁酸鹽水泥摻少量硫鋁酸鹽水泥能夠形成與瀝青路面顏色接近的半柔性路面材料，凝結時間和強度能夠滿足快速施工的要求。1.2有機類快速維修材料（1）環氧樹脂及其改性品種[6]快速維修中常用的環氧樹脂類材料大多屬縮水甘油基型，如雙酚A環氧樹脂，這類環氧樹脂剛性大、延性小、質脆，與舊混凝土膠接時，界面易產生應力集中而開裂。改性后的環氧樹脂既兼顧了強度和粘附力的優越性，又通過改性降低了脆性，提高了韌性，如聚硫改性環氧樹脂等。（2）聚氨脂類快速維修材料聚氨脂具有柔性分子鏈，表現出良好的耐振動性、耐低溫性以及抗疲勞性，適宜各種自然溫度下使用。在橋梁和隧道工程中，廣泛作為防水材料，取得了令人滿意的效果。同時，由于其杰出的灌注特性，被逐步應用于高鐵軌道板離縫維修[7]。（3）烯類裂縫維修材料烯類裂縫維修材料采用烯類聚合物配制而成。常見的有兩種[8]：一種為丙烯酸酯樹脂膠粘劑，具有優良的耐熱性、耐水性、耐介質以及耐大氣老化性。同時，因其體積穩定性好、強度性能突出，粘度低于其他有機材料，常與水泥復合成樹脂改性混凝土對寬裂縫進行維修。這種材料制備工藝相對復雜，但具有可設計性，可根據實際應用的需求進行固化產物的結構性能改良。另一類是以烯類單體或預聚體作膠粘劑，其優點是流灌性好、固化迅速、透明性好、力學性能優越，不足之處是價格較高，柔韌性能差。（4）聚合物水泥基快速維修材料聚合物砂漿已經廣泛應用于道路、橋梁、高速公路的快速修補。它具有施工快捷、固化時間短、強度高等特點，同時體積穩定性較好，與舊路面的結合具有很強的適應性。目前，國內市場聚合物水泥體系相對成熟，種類較多，如PMC聚合物水泥、地聚合物快修混凝土等。這些快修材料利用有機與無機相結合的特點，既提高了材料的柔韌性，又考慮到路用性能和耐久性的要求，獲得了較好的工程應用效果[9,10]。按照維修的目的分為體系損傷快速維修材料和結構增強快速維修材料等。前者主要解決的是結構整體性的問題，更多的是從防水和外觀進行要求。后者則從結構入手，注重于新舊材料的界面，不僅要求快速維修材料本身能夠達到強度要求，更需要關注界面的力學特性。

2快速維修材料維修工藝

快速維修材料的配套工藝有很多種，常見的維修工藝包括：（1）飾面法飾面法是快速維修中最為常見的一種方法。通過對水泥基材料表面進行維修，清除部分或者全部面層，達到維修的目的。對于損傷較小的，如不同尺度的裂縫，只需要進行簡單的涂抹和貼補。對于裂縫深度不大、密度較高的情況下，才考慮大面積清除后修復。這兩種情況僅能對水泥基材料表面進行簡單處理，并不能深入到材料內部進行修補，對難以灌入修復灌漿材料的細微裂縫、不可伸縮的裂縫和不再發生擴展的裂縫通常采用飾面法進行修復。這種方法的好處是：工藝復雜性低、操作相對簡單，對儀器和施工的水平要求不高。北京西二環路上某段水泥混凝土路面嚴重裸石，用飾面法進行了試驗性修補，效果較好。（2）填充法填充法是指通過將修補粘結材料直接填充于需要維修的空間之中達到整體修復的目的。該方法適用于修補較大的空間，如寬縫和缺損等，并且具有基面預處理要求低、操作簡單，修補效率高、經濟實用等優點。某高鐵軌道板寬接縫及兩端出現離縫，最大離縫寬度為5mm，離縫范圍約為5.0m，離縫橫向貫通，利用填充的方法采用環氧樹脂進行快速維修，迅速恢復通車。（3）壓灌法壓灌法也是快速維修中常見的一種壓漿方法。通常會借助壓力設備，如噴槍、氣泵等。利用壓力設備快速維修材料注入損傷內部，從而以維修材料的黏結和固化作用來提高水泥基材料的防水性和耐久性，達到快速維修的目的。盡管壓灌法具有應用范圍廣泛等優點，但由于快速維修材料本身的時控性，為了避免機器損傷，要求具備較高的施工技術。同時，為了避免竄漿以及壓力和漿體過載造成的二次傷損，不僅要求較高的密封技術，也需要有準確的壓力和注入量控制。目前，通常采用無壓和低壓壓灌法。該方法對快速維修材料的注入量控制及裂縫深部的注入均取得了較好的效果。京滬高鐵某段梁面出現空鼓，采用壓灌的方法，將膠粉與四型灌漿料配合使用，到目前應用情況良好。（4）系統補強法針對由荷載引起的結構損傷，考慮到該結構損傷引發的系統缺陷會進一步擴大，從而影響水泥基材料自身強度和耐久性，應在安全期內盡快采用維修材料，利用系統補強法進行修復。該方法具有兩重要求，首先應該最大限度達到修補結構損傷的目的；其次，還應當使得修復后的構件承載力不應低于原有構件的強度要求。目前，系統補強法經常采用以下幾種技術，如加大構件橫截面積、粘貼結構補強材料、填充結構膠體等。

綜上，快速維修材料與工藝的選擇應當在滿足施工時間的條件下重點考慮施工效果及維修的可靠性。通過對損傷形式和狀況的認真分析，設計適合的維修材料，從而確定施工工藝，做到“有的放矢”，減少后續維修可能帶來的問題，盡量避免服役期內的二次維修問題。目前來看，利用有機與無機相結合的材料在眾多快速維修材料中市場潛力最大，最符合綠色與發展的要求。

作者:車文秀 宋作寶 吳明慧 趙海洋 單位:1.北京市昌平一建建筑有限責任公司 2.中巖科技有限公司