快速维修材料施工工艺研究

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随着水泥基材料在道路、桥梁工程中的大规模应用，病害及维修问题愈加突出，通过对水泥基材料在这些领域中的应用情况进行研究发现，不同程度地存在材料质量波动大、设计与施工质量良莠不齐的弊端，加之维修不及时，致使工程服役一段时间后，水泥基材料损伤时有发生，并随着服役期的延长愈演愈烈。水泥基材料的损伤形式多种多样，主要有：裂缝损伤、变形损伤、接缝损伤以及结构损伤。各种损伤类型中，裂缝损伤最为普遍，其复杂性和严重程度也最为多变。目前工程中常见的裂缝损伤主要有表面裂缝、贯穿裂缝、碎裂等。不同的环境与形成原因造成了裂缝损伤的处置办法与维修工艺的差异。由于水泥基材料的固有特性，在施工过程中受各种因素的影响，产生损伤是不可避免的。损伤一旦出现，就应及时进行维修，否则在服役荷载与环境因素的交互作用下，裂缝将随时间扩展、贯穿，并有可能不断蔓延，相互交错，造成结构的大范围崩溃。裂缝率先出现在系统缺陷处，该点往往由于应力集中，最终使混凝土板丧失应有的承载力，甚至造成结构损伤，严重影响交通的行车安全、舒适，甚而造成严重的经济损失。

1快速维修材料的种类

由于工期的需求和实际现场交通开放时间的限制，快速维修材料日益引起人们的关注。目前，普遍采用工程快速维修材料按照化学特性主要分为以下三类：1.1无机类快速维修材料（1）快硬硅酸盐系水泥此系列快修材料通常含有较高的钙质原料，强度发展速度快，具有较高的早期强度，一两天即可投入使用。但因快速水化往往带来干缩问题，同时须兼顾新旧水泥混凝土过渡面粘接性能问题，养护要求通常较高[1]。（2）硫铝酸盐系水泥快硬硫铝酸盐水泥系列快修材料应用在水泥混凝土路面挖补抢修中表现出明显的优越性。该系列水泥自身有微膨胀性，可防止混凝土收缩，增强修补板块与周围板块的作用力，同时，可防止地表水下渗损坏基层，往往用于刚性防水结构[2]。（3）高铝水泥[3]高铝水泥同样是一种快硬早强型的水硬性胶凝材料。它的主要原料是矾土和石灰石，其富含的铝酸一钙水化速度极快，早期强度发展显著，后期强度释放缓慢。高铝水泥水化产物不稳定，容易发生晶型转变，导致后期强度不同程度地下降。据资料记载，高铝水泥1d抗折强度可达3～5MPa，抗压强度达50MPa。（4）磷酸镁系水泥磷酸镁系水泥具有多种特性，如快凝快硬、高温稳定、早期强度高、黏结性强等，耐久性也非常卓越。作为一种道路快速维修材料，硫酸镁系水泥在抗脱剥和抗冻融等方面的表现均远优于硅酸盐水泥[4]，是一种非常有前景的快速维修材料。（5）不同水泥的复合品种实际工程应用要求多变，利用不同水泥进行复合往往可以取得令人满意的效果。高铝水泥与普通硅酸盐水泥混用，凝结时间缩短，混用水泥的凝结硬化迅速。硫铝水泥与普通硅酸盐水泥混合使用能明显提高早期强度[5]，是一种具有市场潜力的路面材料。铁铝酸盐水泥掺少量硫铝酸盐水泥能够形成与沥青路面颜色接近的半柔性路面材料，凝结时间和强度能够满足快速施工的要求。1.2有机类快速维修材料（1）环氧树脂及其改性品种[6]快速维修中常用的环氧树脂类材料大多属缩水甘油基型，如双酚A环氧树脂，这类环氧树脂刚性大、延性小、质脆，与旧混凝土胶接时，界面易产生应力集中而开裂。改性后的环氧树脂既兼顾了强度和粘附力的优越性，又通过改性降低了脆性，提高了韧性，如聚硫改性环氧树脂等。（2）聚氨脂类快速维修材料聚氨脂具有柔性分子链，表现出良好的耐振动性、耐低温性以及抗疲劳性，适宜各种自然温度下使用。在桥梁和隧道工程中，广泛作为防水材料，取得了令人满意的效果。同时，由于其杰出的灌注特性，被逐步应用于高铁轨道板离缝维修[7]。（3）烯类裂缝维修材料烯类裂缝维修材料采用烯类聚合物配制而成。常见的有两种[8]：一种为丙烯酸酯树脂胶粘剂，具有优良的耐热性、耐水性、耐介质以及耐大气老化性。同时，因其体积稳定性好、强度性能突出，粘度低于其他有机材料，常与水泥复合成树脂改性混凝土对宽裂缝进行维修。这种材料制备工艺相对复杂，但具有可设计性，可根据实际应用的需求进行固化产物的结构性能改良。另一类是以烯类单体或预聚体作胶粘剂，其优点是流灌性好、固化迅速、透明性好、力学性能优越，不足之处是价格较高，柔韧性能差。（4）聚合物水泥基快速维修材料聚合物砂浆已经广泛应用于道路、桥梁、高速公路的快速修补。它具有施工快捷、固化时间短、强度高等特点，同时体积稳定性较好，与旧路面的结合具有很强的适应性。目前，国内市场聚合物水泥体系相对成熟，种类较多，如PMC聚合物水泥、地聚合物快修混凝土等。这些快修材料利用有机与无机相结合的特点，既提高了材料的柔韧性，又考虑到路用性能和耐久性的要求，获得了较好的工程应用效果[9,10]。按照维修的目的分为体系损伤快速维修材料和结构增强快速维修材料等。前者主要解决的是结构整体性的问题，更多的是从防水和外观进行要求。后者则从结构入手，注重于新旧材料的界面，不仅要求快速维修材料本身能够达到强度要求，更需要关注界面的力学特性。

2快速维修材料维修工艺

快速维修材料的配套工艺有很多种，常见的维修工艺包括：（1）饰面法饰面法是快速维修中最为常见的一种方法。通过对水泥基材料表面进行维修，清除部分或者全部面层，达到维修的目的。对于损伤较小的，如不同尺度的裂缝，只需要进行简单的涂抹和贴补。对于裂缝深度不大、密度较高的情况下，才考虑大面积清除后修复。这两种情况仅能对水泥基材料表面进行简单处理，并不能深入到材料内部进行修补，对难以灌入修复灌浆材料的细微裂缝、不可伸缩的裂缝和不再发生扩展的裂缝通常采用饰面法进行修复。这种方法的好处是：工艺复杂性低、操作相对简单，对仪器和施工的水平要求不高。北京西二环路上某段水泥混凝土路面严重裸石，用饰面法进行了试验性修补，效果较好。（2）填充法填充法是指通过将修补粘结材料直接填充于需要维修的空间之中达到整体修复的目的。该方法适用于修补较大的空间，如宽缝和缺损等，并且具有基面预处理要求低、操作简单，修补效率高、经济实用等优点。某高铁轨道板宽接缝及两端出现离缝，最大离缝宽度为5mm，离缝范围约为5.0m，离缝横向贯通，利用填充的方法采用环氧树脂进行快速维修，迅速恢复通车。（3）压灌法压灌法也是快速维修中常见的一种压浆方法。通常会借助压力设备，如喷枪、气泵等。利用压力设备快速维修材料注入损伤内部，从而以维修材料的黏结和固化作用来提高水泥基材料的防水性和耐久性，达到快速维修的目的。尽管压灌法具有应用范围广泛等优点，但由于快速维修材料本身的时控性，为了避免机器损伤，要求具备较高的施工技术。同时，为了避免窜浆以及压力和浆体过载造成的二次伤损，不仅要求较高的密封技术，也需要有准确的压力和注入量控制。目前，通常采用无压和低压压灌法。该方法对快速维修材料的注入量控制及裂缝深部的注入均取得了较好的效果。京沪高铁某段梁面出现空鼓，采用压灌的方法，将胶粉与四型灌浆料配合使用，到目前应用情况良好。（4）系统补强法针对由荷载引起的结构损伤，考虑到该结构损伤引发的系统缺陷会进一步扩大，从而影响水泥基材料自身强度和耐久性，应在安全期内尽快采用维修材料，利用系统补强法进行修复。该方法具有两重要求，首先应该最大限度达到修补结构损伤的目的；其次，还应当使得修复后的构件承载力不应低于原有构件的强度要求。目前，系统补强法经常采用以下几种技术，如加大构件横截面积、粘贴结构补强材料、填充结构胶体等。

综上，快速维修材料与工艺的选择应当在满足施工时间的条件下重点考虑施工效果及维修的可靠性。通过对损伤形式和状况的认真分析，设计适合的维修材料，从而确定施工工艺，做到“有的放矢”，减少后续维修可能带来的问题，尽量避免服役期内的二次维修问题。目前来看，利用有机与无机相结合的材料在众多快速维修材料中市场潜力最大，最符合绿色与发展的要求。

作者:车文秀 宋作宝 吴明慧 赵海洋 单位:1.北京市昌平一建建筑有限责任公司 2.中岩科技有限公司