水泥混凝土路面裂縫分析及處置

1、水泥混凝土路面裂縫分析及處置1 .裂縫產(chǎn)生原因分析水泥碎板面的裂縫,可分為外表裂縫和貫穿板全厚度的裂縫簡稱為貫穿裂縫.1. 1.外表裂縫水泥碎板面的外表裂縫主要是由碎混合料的早期過快失水和碳化收縮引起的,具體如下： 由于構(gòu)成混合料的各種固體的顆粒大小,密度不同,混合料不可預(yù)防發(fā)生分層離析,再者由于配合比不當(dāng),操作不當(dāng),碎的顆粒不均勻,離析就會加大,即重顆粒下沉,水分向上遷移,從而形成外表泌水,結(jié)果就會使水泥碎外表含水量增加,當(dāng)混合料外表水的蒸發(fā)速度比泌水速度快時(shí),水的蒸發(fā)面就會深入到混合料外表之內(nèi),水面形成凹面.由于凹面較凸面所受壓力大,同時(shí)顆粒間產(chǎn)生毛細(xì)管張力,促使顆粒凝聚.當(dāng)水泥碎外表尚未

2、充分硬化,不能反抗這一外表張力時(shí),碎外表那么發(fā)生裂縫.這種塑性裂縫的產(chǎn)生時(shí)間,大致與泌水消失時(shí)間相對應(yīng),在碎澆筑之后數(shù)小時(shí),碎外表將普遍出現(xiàn)細(xì)微的龜裂. 碎碳化收縮也會引起其外表龜裂.當(dāng)碎的水泥用量低,水灰比擬大時(shí),空中的CO2易滲透到水泥碎內(nèi),與其中的堿性物質(zhì)起化學(xué)反響,生成碳酸鹽和水.水泥碎的碳化反響在空氣相對濕度為30%-50%時(shí)最為劇烈.碳化引起的收縮僅限于水泥碎路面外表,只產(chǎn)生混凝土的外表裂縫,碳化收縮的速度較失水速度慢,因而帶來危害并不大,但都會給水泥碎路面的耐磨性,外表抗滑性及行車舒適性帶來不利影響.1.2.貫穿裂縫水泥碎路面貫穿裂縫為貫穿板全厚度的橫向裂縫,縱向裂縫,交叉裂縫,

3、板角斷裂等.1.2.1,橫向裂縫垂直于行車方向的有規(guī)那么裂縫稱為橫向裂縫,導(dǎo)致水泥碎路面出現(xiàn)橫向裂縫的原因較多,大致可以歸納如下幾方面：(1)干縮裂縫在水泥碎中,水在水泥石中以化學(xué)結(jié)合水,層間水,物理的吸附水,還有毛細(xì)管水等狀態(tài)存在著.當(dāng)這些水在碎硬化過程中失去時(shí),水泥漿體就會產(chǎn)生收縮,這就是干縮,當(dāng)收縮受到條件限制時(shí),產(chǎn)生收縮應(yīng)力,這就會引起枯燥收縮裂縫.水泥漿體干縮的限制主要是碎骨料對水泥漿的限制.在普通水泥碎中,水泥漿的收縮率被限制了90%,所以碎內(nèi)部經(jīng)常存著引起干縮裂縫的應(yīng)力狀態(tài).干縮裂縫引發(fā)的路面橫向裂縫,往往是在碎水化硬化的早期.有資料說明,水泥碎20年收縮量的14%34%發(fā)生在水

4、泥碎的14d齡期內(nèi),40%80%發(fā)生在3個(gè)月齡期內(nèi).(2)冷縮裂縫和一般材料一樣,水泥碎具有熱脹冷縮性能.碎板塊的冷縮卻是在相鄰部或整體性限制條件下發(fā)生的,熱脹屬于變形壓縮,而冷卻那么屬于拉伸變形,這樣就容易引起開裂.水泥碎在硬化過程中是一個(gè)放熱反響,板塊溫度上升.在通常溫度范圍內(nèi),碎上升1C,每米膨脹0.01mm,這種變形,對大面積板塊極為不利.水泥水化過程中放熱速度是變化的,初始較慢,25min后增濕,大約在水泥終凝后12h的水化熱溫度可達(dá)80c90C,使內(nèi)部硅產(chǎn)生顯著的體積膨脹,而板面溫度隨著晚上氣溫降低,濕水養(yǎng)護(hù)而冷卻收縮,致使碎路面內(nèi)部膨脹,外部收縮,產(chǎn)生很大的拉應(yīng)力,當(dāng)外部碎所受拉

5、應(yīng)力一旦超過碎當(dāng)時(shí)的極限抗拉強(qiáng)度時(shí),板塊就會產(chǎn)生裂縫或橫向斷裂.止匕外,從表中可得到,由于放熱過程中放熱率變化,水泥碎溫度將產(chǎn)生變化,當(dāng)混凝土從最高溫度降溫時(shí),由于受到已有基層或已有硬化混凝土的約束力,在溫度下降時(shí),就不能自由收縮,就會產(chǎn)生裂縫.(3)切縫不及時(shí)為預(yù)防水泥碎路面的干縮裂縫和冷縮裂縫,人們采用切縫將路面分塊.我國現(xiàn)行的水泥碎路面設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,路面板長不大于6m,板塊寬不大于5m.但由于施工中切縫的時(shí)間難以限制得當(dāng),造成碎路面出現(xiàn)橫向裂縫.從碎收縮因素考慮,最后是水泥碎中水泥水化初階段切縫,但因碎抗壓強(qiáng)度缺乏,根本無法切縫.一般碎抗拉強(qiáng)度僅為抗壓強(qiáng)度的1/81/7,即約為4.3Mp

6、a5.0Mpa.可見,氣溫下降30c的溫度就歷程將超過碎的抗拉強(qiáng)度,板塊的橫向斷裂就難以預(yù)防.但對于己切縫的碎板,除第一天的應(yīng)力有可能大于該齡期的抗折強(qiáng)外,其余溫度應(yīng)力均小于相應(yīng)齡期的要求.所以切縫不及時(shí),就會導(dǎo)致水泥碎路面橫向裂縫產(chǎn)生.1.2.2. 縱向裂縫順向方向出現(xiàn)的裂縫稱為縱向裂縫.水泥碎路面的傳荷順序?yàn)槊鎸?基層、墊層、路基.盡管面層板傳到路基頂面的荷載應(yīng)力值很小,往往不會超過0.05Mpa,但路基的支承條件卻是很重要的.由于填料土質(zhì)不均勻,溫度不均勻,膨脹土、凍脹,壓實(shí)缺乏等多種原因,都會直接導(dǎo)致路基支承不均勻,在碎澆筑之前未嚴(yán)格檢查基底彈性模量Et是否符合標(biāo)準(zhǔn)要求,而盲目施工,在

7、路基稍有沉陷的情況下,在板自重和行車壓力作用下而產(chǎn)生縱向斷裂.剛開始時(shí)縫很細(xì),一般小于0.05mm,但隨著雨水侵入和浸泡基層,使其表層軟化,液化而產(chǎn)生唧泥、淘空,使裂縫加大.拓寬路基時(shí),由于路基處理不當(dāng),新路基出現(xiàn)沉降,碎板下沿縱向出現(xiàn)脫空.在車輛荷載作用下,使碎板發(fā)生縱向斷裂.1.2.3. 交叉裂縫兩條或兩條以上相互交錯(cuò)的裂縫稱為交叉裂縫.產(chǎn)生交叉裂縫的主要原因：水泥碎強(qiáng)度缺乏,在輪載和溫度作用下會出現(xiàn)交叉裂縫.路基和基層的強(qiáng)度與水穩(wěn)性差,一但受到水的侵入,將會發(fā)生不均勻沉陷,在車輛荷載特別是重載作用下,碎板塊出現(xiàn)交叉裂縫.水泥的水化反響和堿骨料反響.水泥水化反響在碎發(fā)生升溫和降溫過程中產(chǎn)生

8、體積的脹縮變形,在內(nèi)部骨料及外部邊界約束下使碎的自由脹縮變形受阻,而產(chǎn)生拉壓應(yīng)力.同樣在水泥的生產(chǎn)過程中,有時(shí)也會出現(xiàn)一些過燒的CaO和mgO它們的水化速度較慢,往往在水泥硬化后再水化,引起水泥漿體體積膨脹,開裂甚至潰散.同時(shí)由于水泥在生產(chǎn)過程中燒成溫度不好限制,水泥的安定性不良,澆筑之后的碎路面就會產(chǎn)生大面積龜裂.1. 2.4.板角裂縫與碎板角兩邊接縫相連的貫穿板厚的裂縫稱為板角斷裂.板角是碎路面板的薄弱部位,由于側(cè)模的模壁效應(yīng),施工時(shí)插入式振搗器很難保證碎完全密實(shí),板角密實(shí)度不夠強(qiáng)度相對較小,而在受力上板角較為不利.相鄰板角之間無傳力桿,傳荷水平較差.在車輪荷載作用下荷載應(yīng)力較集中,除在碎

9、路面的起始點(diǎn)主要有角隅及邊緣鋼筋外,其它部位均未設(shè)增強(qiáng)筋,而且一旦碎路面板接縫進(jìn)水,板下就會出現(xiàn)唧泥,脫空現(xiàn)象.板角更是處于不利狀況,車輪荷載作用在板角時(shí)就很容易出現(xiàn)板角斷裂.2裂縫修補(bǔ)2. 1,裂縫修補(bǔ)材料的選擇原那么理想的裂縫修補(bǔ)材料必須滿足以下性能要求：粘結(jié)強(qiáng)度高；防水抗?jié)B性好；在自然溫度范圍內(nèi)具有較好的穩(wěn)定性；優(yōu)良的抗嵌入性；優(yōu)良的耐久性；使用方便、施工快捷；對環(huán)境無污染；與基質(zhì)混凝土具有較好的相容性.2.2. 修補(bǔ)材料和基質(zhì)碎的相容性修補(bǔ)材料是否成功有效,取決于根底碎和舊碎是否有較好的相容性.其相容性表現(xiàn)在以下幾方面：收縮應(yīng)變、蠕變系數(shù)、熱膨脹系數(shù)、彈性模量、泊松比、抗張強(qiáng)度、疲勞性

10、能、粘結(jié)力、孔隙率和電阻率、化學(xué)活性等.修補(bǔ)材料必須是一種低收縮材料,否那么將在修補(bǔ)層出現(xiàn)張應(yīng)力.修補(bǔ)材料的蠕變特性那么應(yīng)根據(jù)具體使用環(huán)境而定,使修補(bǔ)材料和基質(zhì)混凝土結(jié)合良好,所受應(yīng)力在最低范圍內(nèi)；修補(bǔ)材料的熱膨脹系數(shù)及彈性模量,泊松比等與基質(zhì)碎應(yīng)盡可能地保持一致,在溫差變化及應(yīng)力作用下,材料界面不至于出現(xiàn)應(yīng)力集中,保證界面的良好結(jié)合；修補(bǔ)材料的抗張拉強(qiáng)度必須優(yōu)于基質(zhì)碎；修補(bǔ)材料必須具備優(yōu)良的疲勞性能和較強(qiáng)的粘結(jié)力,從而保證修補(bǔ)材料的耐久性,在配筋路面,修補(bǔ)材料必須和基質(zhì)材料具備相似的孔隙率和電阻率,如果修補(bǔ)材料的孔隙率及電阻率差異較大,那么會導(dǎo)致修補(bǔ)區(qū)域和基質(zhì)砂區(qū)域的溶液電位差增加,在特定區(qū)

11、域鋼筋電化學(xué),腐蝕加劇,導(dǎo)致修補(bǔ)失效,修補(bǔ)材料必須具備優(yōu)良的化學(xué)穩(wěn)定性,較低的化學(xué)活性,優(yōu)良的護(hù)筋性及與水泥碎中的骨料不發(fā)生堿集料反響等特點(diǎn).2.3. 水泥碎裂縫修補(bǔ)材料裂縫修補(bǔ)材料根據(jù)其功能可分為高模量補(bǔ)強(qiáng)材料和低模量密封材料.前者固化后具有較高的強(qiáng)度和剛度,后者那么具有較大的柔性.當(dāng)水泥碎路面由于裂縫造成強(qiáng)度缺乏時(shí),宜選用高模量補(bǔ)強(qiáng)材料.由于修補(bǔ)材料太低,將降低應(yīng)力傳遞效果,起不到補(bǔ)強(qiáng)材料.由于修補(bǔ)材料太低,將降低應(yīng)力傳遞的效果,起不到補(bǔ)強(qiáng)作用.當(dāng)水泥碎路面僅出現(xiàn)貫穿裂縫,而板面強(qiáng)度仍能滿足通車時(shí),為預(yù)防雨水和空氣的侵蝕,裂縫擴(kuò)大而削弱路基,可選用低模量密封修補(bǔ)材料,將裂縫封閉.典型的高模

12、量補(bǔ)強(qiáng)材料有環(huán)氧樹脂類,酚醛和改性酚醛樹脂類膠粘劑,低模量密封材料有聚氨脂類、烯類、橡膠類、瀝青類膠粘劑.本文主要介紹環(huán)氧樹脂類,聚氨脂類灌漿材料,烯類裂縫修補(bǔ)材料,聚合物現(xiàn)性水泥砂漿類裂縫修補(bǔ)材料.(1)環(huán)氧樹脂類修補(bǔ)材料環(huán)氧樹脂類修補(bǔ)材料的主要組分是環(huán)氧樹脂,它是含有兩種以上環(huán)氧化基因的高分子化合物,常見的環(huán)氧樹脂可分為兩類,一類是縮水甘油基型環(huán)氧樹脂；一類是環(huán)氧化烯姓:.水泥碎路面修補(bǔ)中使用的環(huán)氧樹脂類材料大多屬縮水甘油基型,常用的有由多元酚和多元醇制備的雙酚A環(huán)氧樹脂.這類環(huán)氧樹脂剛性大,延性小、質(zhì)脆,與舊混凝土膠接時(shí),界面易產(chǎn)生集中而開裂.而環(huán)氧樹脂改性后,即保持了強(qiáng)度高,粘附力強(qiáng)的

13、優(yōu)點(diǎn),又通過改性降低脆性,提升韌性,最重要的一類用于水泥碎路面裂縫修補(bǔ)的是聚硫改性環(huán)氧灌漿材料.以環(huán)氧樹脂100g,聚硫橡膠50g和DMP-30固化劑10g混合而成的改性環(huán)氧樹脂,抗拉強(qiáng)度高達(dá)50.6Mpa,延伸率達(dá)5%;用環(huán)氧樹脂6101號100g,聚硫橡膠分子量100030g,生石灰過160目,600c活化4h30g,固化劑1號20g,KH-55030g,混合成的改性環(huán)氧25C下45min或根本凝固,3-5h后那么可達(dá)21-23mpa的抗剪強(qiáng)度,這兩種配方的改性環(huán)氧樹脂在我國實(shí)際工程中均有應(yīng)用,效果良好.另一類改性環(huán)氧為914雙組份快速固化裂縫修補(bǔ)材料,用711脂環(huán)族雙縮水骨油脂環(huán)氧,71

14、2環(huán)氧樹脂和703固化劑組成的914雙組份室溫快速固化膠粘劑,25c下3h抗剪強(qiáng)度最高可到達(dá)30mpa左右,采用間苯二酚雙縮水甘油醴70g等量間苯二酚和間苯二酚分甲醛樹脂混合物的環(huán)氧化合物30g,二烯雙環(huán)氧20g,無機(jī)填料60g,低分子聚酰胺80g,2,4-甲苯二胺20.5g,液體聚硫20.5g,混合成的改性聚硫環(huán)氧灌漿材料,在常溫下凝膠時(shí)間為1.7h,室溫抗剪強(qiáng)度達(dá)20Mpa.以上幾種修補(bǔ)材料在我國試用以后,效果不錯(cuò),特別是914雙組組份快速固化膠粘劑,現(xiàn)在已廣泛采用.2聚氨脂類灌漿材料聚氨脂類灌漿材料主要是由多異氟酸和聚氨基甲酸脂組成,其具有高度的極性和活潑性,對水泥碎具有極強(qiáng)的粘附性能,

15、而且聚氨脂具有柔性分子鏈,它的耐震性及抗疲勞性能都很好,并且它還有一個(gè)重要的特點(diǎn)是它的耐低溫性能好,它比其它任何其它的膠粘性材料都具有更好的耐寒性.因此由它配成的裂縫灌漿材料耐氣候性好,適宜于不同季節(jié)和地區(qū)使用,而且聚胺固化時(shí),幾乎沒有任何副產(chǎn)品產(chǎn)生,因此不會產(chǎn)生膠接層缺陷3烯類裂補(bǔ)綴材料烯類裂縫修補(bǔ)材料采用烯類聚合物配制而成,通常有兩大類：一類是以烯類單體或預(yù)聚體作膠粘劑,在固化過程中發(fā)生聚合；另一類是以高分子聚合物本身作膠粘劑.用于水泥碎路面裂縫修補(bǔ)的烯類材料主要有兩類：其一為氟基丙烯酸酯膠粘劑,主要成分是a-氟基丙烯酸酯,通過增稠劑和增塑劑等改善工作性和抗沖擊性能,其特點(diǎn)是粘度低,固化時(shí)

16、間短,透明性好,膠結(jié)強(qiáng)度強(qiáng),氣密性好,缺乏之處是價(jià)格較高,抗沖擊性能較差；另一類為甲基丙烯酸酯樹脂粘劑,甲基丙烯酸樹脂具有三向交聯(lián)結(jié)構(gòu),所以耐熱性,耐水性、耐介質(zhì)以及耐大氣老化性能較好,收縮率低,強(qiáng)度高,因甲基丙烯酸脂樹脂粘劑粘度較其它有機(jī)高分子材料低,常與水泥復(fù)合成樹脂改性碎對寬裂縫進(jìn)行修補(bǔ),甲基丙烯酸酯樹脂膠粘劑制備工藝復(fù)雜,為調(diào)節(jié)固化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)性能,需要摻入大量的外加劑.4聚合物改性水泥砂漿類裂縫修補(bǔ)材料普通水泥砂漿因收縮大,粘結(jié)強(qiáng)度低等原因較少用于裂縫的修補(bǔ),而通過聚合物乳液改性水泥砂漿能提升其工作性能,減少漿體收縮,提升粘結(jié)強(qiáng)度,以及砂漿的綜合力學(xué)性能,改善防水抗?jié)B水平及抗凍融水平,

17、降低純聚合物材料的費(fèi)用等.常用于裂縫修補(bǔ)的聚合物改性水泥砂漿有聚醋酸乙烯乳液改性水泥砂漿,聚丙烯酸酯乳液改性水泥砂漿,環(huán)氧樹脂改性水泥砂漿,不飽和聚酯樹脂改性水泥砂漿及丁苯膠乳改性水泥砂漿等.2.4.裂縫修補(bǔ)方法碎路面的裂縫情況比擬復(fù)雜.修補(bǔ)時(shí)要根據(jù)具體的情況采取相應(yīng)的修補(bǔ)舉措.對碎路面裂縫的修補(bǔ)可采用壓注灌漿法、擴(kuò)縫灌漿法、直接灌漿法和條帶罩面法.2.4.1,壓注灌漿法對寬度在0.5mm以下的非擴(kuò)展性的外表裂縫,可采取壓注灌漿法.(1)用壓縮空氣去除縫隙中泥土雜物；(2)將松香和石蠟按1:2配制并加熱溶化；(3)每隔30cm安置一個(gè)灌漿嘴；(4)用膠帶將縫口貼牢,并在灌漿嘴及膠帶上加封松香石

18、臘；(5)用壓力灌漿器將灌漿材料溶液壓入縫內(nèi).2.4.2,擴(kuò)縫灌漿法對局部性裂縫且縫口較寬時(shí).可采取擴(kuò)縫灌漿法.(1)先順著裂縫用沖擊電鉆將縫口擴(kuò)寬成1.5cm的溝槽,槽深根據(jù)裂縫深度確定,最大深度不得超過2/3板厚.(2)用壓縮空氣吹除碎碎屑,填入粒徑為0.5cm的清潔的小石屑(含泥量小于1%).(3)根據(jù)選用的裂縫修補(bǔ)材料使用方法,準(zhǔn)備好灌漿材料.(4)灌入選用的裂縫修補(bǔ)材料.(5)用遠(yuǎn)紅外燈加熱增強(qiáng)2h3h即可通車.2.4.3.直接灌漿法對非擴(kuò)展性裂縫,可采取直接灌漿法.(1)先將縫內(nèi)泥土、雜質(zhì)消除干凈,隨后用鋼絲刷將縫口刷一遍,并用吸塵器將浮土吸掉,保證縫內(nèi)無水、枯燥.(2)縫內(nèi)及路面

19、先鋪一層聚氨脂底膠層,厚度為0.3±0.1mm.底膠用量為0.15kg/m2,底膠鋪設(shè)采用涂刷方法.(3)準(zhǔn)備好灌漿材料.(4)將灌漿材料灌入縫內(nèi),固化后到達(dá)通車強(qiáng)度,即可放行.2.4.4.條帶罩面法對貫穿全厚的開裂狀裂縫,宜采取條帶罩面法進(jìn)行修補(bǔ).(1)首先順裂縫兩側(cè)各約20cm,且平行于縮縫切7cm10cm深兩條橫縫.(2)在兩橫縫內(nèi)側(cè)用風(fēng)鎬或液壓鎬鑿除混凝土7cm10cm.(3)沿裂縫兩側(cè)10cm.每隔50cm鉆一對把釘孔,鉗釘孔的直徑略大于鉗釘?shù)闹睆?(4)用由16螺紋鋼筋制成長20cm、彎鉤長7cm的把釘.(5)將孔槽內(nèi)填滿快硬砂漿,安裝把釘.(6)人工將切割的縫內(nèi)壁鑿毛,以增強(qiáng)新老