鞏延明，延文濤

（1：山東省廣饒縣公路事業(yè)發(fā)展中心，山東 東營(yíng) 257300；2：山東省廣饒縣交通運(yùn)輸局，山東 東營(yíng) 257300）

0 引言

某公路按二級(jí)公路標(biāo)準(zhǔn)建設(shè)，位于山西省境內(nèi)，全長(zhǎng)89.161 4 km，路基寬度為8.5 m，路面寬度為7.5 m，路面為水泥混凝土路面，設(shè)計(jì)速度為60 km/h。該項(xiàng)目預(yù)算批復(fù)投資44 790.321 3萬元，2012年開工建設(shè)，2016年8月通車，目前已運(yùn)行近6年。最近一次養(yǎng)護(hù)該公路時(shí)發(fā)現(xiàn)，水泥混凝土路面破損較為嚴(yán)重，多種病害相繼發(fā)生，對(duì)公路的使用造成了較大的安全隱患。在此背景下，擬對(duì)公路路面進(jìn)行修補(bǔ)，根據(jù)各參建單位意見，先行挑選試驗(yàn)段，采用試驗(yàn)方法確定修補(bǔ)材料，并進(jìn)一步推廣到整條公路使用。

1 現(xiàn)狀路面病害情況

經(jīng)調(diào)查，本公路水泥混凝土路面損壞型態(tài)可分為裂縫、接縫損壞、表面損壞及其他類型，主要損壞型態(tài)如下。

1）裂縫：包含角隅斷裂、縱向裂縫、橫向裂縫或耐久性裂縫。此種病害由于路面收縮、翹曲引起應(yīng)力，以及超載和路基支撐喪失、不足或不正確鋸縫等導(dǎo)致。

2）接縫損壞：包含接縫填充料損壞、縱向接縫碎裂與橫向接縫碎裂。此種病害由于混凝土不正確攤鋪或養(yǎng)護(hù)使混凝土碎裂，以及材料老化和脫出等導(dǎo)致。

3）表面損壞：包含龜裂、表面剝落與碎裂、粒料磨損與脫落。此種病害由于混凝土不正確攤鋪或養(yǎng)護(hù)使粒料松動(dòng)，以及選取不適當(dāng)骨料或不正確拌合等導(dǎo)致。

4）其他：包含擠破、高差、車道與路肩高差、車道與路肩分離、修補(bǔ)損壞與翻漿現(xiàn)象等。此種病害由于路面基礎(chǔ)沉降或膨脹使接縫移位，以及路面排水不良或細(xì)粒料流失等導(dǎo)致。

路面損壞主要原因包括交通載重、惡劣天氣及材料等因素。路面在鋪筑完成后，即開始隨時(shí)間逐漸損壞，其形成因素較多，例如面層老化、疲勞作用、不良排水及基層下不均勻沉降等導(dǎo)致路面損壞。路面惡化主要原因是逐漸老化及交通荷重結(jié)果[1]。另外，不合理的施工技術(shù)、不符合標(biāo)準(zhǔn)的材料或不成熟的施工技術(shù)等會(huì)加速路面惡化過程。同時(shí)，既有路面需要例行維修、整修及功能更新。水泥混凝土路面由于受到各種內(nèi)外在因素的影響，如車輪載重所造成的疲勞破壞、自然環(huán)境因素、設(shè)計(jì)不當(dāng)、排水不良、骨料性質(zhì)及骨料間的連鎖作用，亦會(huì)引起各種不同形式的破壞。

2 研究方案及材料

本研究主要針對(duì)水泥混凝土路面維護(hù)補(bǔ)強(qiáng)工法及其相關(guān)流程。一般而言，水泥混凝土路面包括接縫式無筋混凝土路面、接縫式鋼筋混凝土路面、連續(xù)式鋼筋混凝土路面等3種基本形式。工程上對(duì)于混凝土修補(bǔ)材料，主要多以環(huán)氧樹脂或亞克力材料為基材，對(duì)于細(xì)微裂縫，可以直接灌注的方式填入裂縫，達(dá)到修補(bǔ)的目的，但對(duì)于較寬大的裂縫，或是混凝土發(fā)生剝落時(shí)，則使用以一定量的骨料與基材混合成砂漿，達(dá)到修補(bǔ)與節(jié)省投資的目的[2]。本研究首先選用環(huán)氧樹脂作為基材，然后進(jìn)行施作環(huán)氧樹脂砂漿。參考近5年相關(guān)研究，多以高性價(jià)比材料，如水泥、粉煤灰等部分替代環(huán)氧樹脂砂漿中的樹脂用量施作有缺陷的混凝土試體，以上述的材料進(jìn)行修補(bǔ)，模擬實(shí)際混凝土修補(bǔ)的情形，進(jìn)而評(píng)估以水泥或粉煤灰等部分替代環(huán)氧樹脂的環(huán)氧樹脂砂漿的成效。故本次試驗(yàn)基于水泥和粉煤灰作為替代材料進(jìn)行探討。

本研究所使用的環(huán)氧樹脂材料、水泥及粉煤灰分述如下。

1）水泥：采用P.O 42.5水泥，比重為3.16 g/cm3（比重?zé)o量綱，下同）。

2）粉煤灰：比重為2.8 g/cm3。

3）環(huán)氧樹脂：主劑與硬化劑調(diào)配比例為2：1。主劑與硬化劑的比重各為0.98 g/cm3與0.97 g/cm3，依據(jù)《環(huán)氧粘接劑技術(shù)要求》（ASTM C881）環(huán)氧樹脂分類，為第IV類、第二級(jí)、C型。

4）細(xì)骨料：使用通過16號(hào)（孔徑1.18 mm），停留30號(hào)（孔徑0.6 mm）上粒徑的河砂，在拌合前均進(jìn)行沖洗與烘干，方可使用。

5）粗細(xì)骨料：經(jīng)篩分清洗后置放于儲(chǔ)存場(chǎng)內(nèi)，粗骨料比重為2.62 g/cm3，細(xì)骨料比重為2.60 g/cm3。

3 試驗(yàn)方案及成果分析

本研究的環(huán)氧樹脂砂漿試驗(yàn)配比為環(huán)氧樹脂:細(xì)骨料=1:4(重量比)，而細(xì)骨料粒徑則需滿足顆粒通過16號(hào)篩而停留在30號(hào)篩。參考以往文獻(xiàn)，采用等差階梯替代法，試驗(yàn)控制變量為水泥與粉煤灰替代環(huán)氧樹脂用量10%，20%，30%及40%，值得一提的是，替代量過高將影響流動(dòng)性及柔性，故本次試驗(yàn)控制最高替代量為40%?；炷琉B(yǎng)護(hù)齡期為28 d，待養(yǎng)護(hù)齡期到達(dá)時(shí)，使用環(huán)氧樹脂砂漿進(jìn)行修補(bǔ)，以探討修補(bǔ)后的成效。每種配比分別制作6個(gè)10 cm×10 cm×38 cm有缺陷的棱柱形試體，與3個(gè)Φ10 cm×高20 cm的圓柱試體，以飽和石灰水養(yǎng)護(hù)28 d后進(jìn)行環(huán)氧樹脂砂漿修補(bǔ)，修補(bǔ)完后再放置于室溫下14 d，讓環(huán)氧樹脂砂漿能夠硬化發(fā)展強(qiáng)度，然后再進(jìn)行相關(guān)測(cè)試試驗(yàn)[3]，試樣如圖1所示，剪切后的形態(tài)如圖2所示。根據(jù)道路車行要求，結(jié)合路面相關(guān)檢測(cè)指標(biāo)，本次擬進(jìn)行剪切強(qiáng)度及抗彎強(qiáng)度試驗(yàn)。

圖1 試樣示意圖（cm）

圖2 試樣剪切后的形態(tài)

1）水泥替換量對(duì)環(huán)氧樹脂砂漿剪切強(qiáng)度的影響

根據(jù)試驗(yàn)得知，各水泥替換量對(duì)于黏結(jié)成效均有較差的效果，如圖3所示。以水泥替換量與未替代者比較其強(qiáng)度發(fā)展比值，替換量10%，20%，30%，40%強(qiáng)度發(fā)展比值為62%，55%，60%，50%，強(qiáng)度范圍為50%～62%，代表以水泥替代環(huán)氧樹脂的環(huán)氧樹脂砂漿其黏結(jié)強(qiáng)度并無提升的效果，而黏結(jié)強(qiáng)度只有未替代者的50%左右，其各水泥替換量對(duì)環(huán)氧樹脂砂漿進(jìn)行單軸抗壓試驗(yàn)時(shí)，破壞型態(tài)均為黏結(jié)界面破壞。

圖3 水泥替換量與剪切強(qiáng)度關(guān)系

2）粉煤灰替換量對(duì)環(huán)氧樹脂砂漿剪切強(qiáng)度的影響

根據(jù)試驗(yàn)可知，粉煤灰替換量20%對(duì)于剪切強(qiáng)度的提升有明顯的效果，如圖4所示。以粉煤灰替換量與未替代者比較其強(qiáng)度發(fā)展比值，替換量10%，20%，30%，40%的強(qiáng)度發(fā)展比值為69%，160%，110%，80%，強(qiáng)度范圍為69%～160%，其落差明顯很大，替換量10%與20%的強(qiáng)度發(fā)展比值二者之間相差91%，對(duì)于替換量20%其剪切強(qiáng)度明顯劇增，對(duì)于粉煤灰替代環(huán)氧樹脂的環(huán)氧樹脂砂漿黏結(jié)強(qiáng)度較有理想的結(jié)果，其各粉煤灰替換量對(duì)環(huán)氧樹脂砂漿進(jìn)行單軸抗壓試驗(yàn)時(shí)，破壞型態(tài)均為黏結(jié)界面破壞。

圖4 粉煤灰替換量與剪切強(qiáng)度關(guān)系

3）抗彎缺陷試體受壓面修補(bǔ)

試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。根據(jù)試驗(yàn)可知，當(dāng)水泥替換量分別為30%，40%時(shí)，其抗彎強(qiáng)度高于無缺陷混凝土的抗彎強(qiáng)度；而水泥替換量10%，20%及未替代者的抗彎強(qiáng)度均小于無缺陷混凝土的抗彎強(qiáng)度，比較替換量0～40%與無缺陷混凝土的強(qiáng)度發(fā)展比值，0，10%，20%，30%，40%分別為97%，99%，96%，108%，104%，強(qiáng)度發(fā)展比值范圍為96%～108%。以水泥替代環(huán)氧樹脂的環(huán)氧樹脂砂漿進(jìn)行修補(bǔ)，恢復(fù)原構(gòu)件強(qiáng)度有良好的表現(xiàn)，強(qiáng)度折減率只在4%以內(nèi)，其水泥替換量對(duì)環(huán)氧樹脂砂漿修補(bǔ)后強(qiáng)度影響順序?yàn)?0%＞40%＞10%＞0%＞20%。

圖5 受壓面修補(bǔ)抗彎強(qiáng)度試驗(yàn)對(duì)比

粉煤灰替換量10%～40%的抗彎強(qiáng)度均低于無缺陷混凝土，比較其0～40%與無缺陷混凝土的強(qiáng)度發(fā)展比值，0，10%，20%，30%，40%分別為97%，90%，96%，93%，89%，強(qiáng)度發(fā)展比值范圍為89%～97%，以粉煤灰替代環(huán)氧樹脂的環(huán)氧樹脂砂漿進(jìn)行修補(bǔ)的強(qiáng)度折減率為11%，代表比水泥替代環(huán)氧樹脂，稍微高出7%的強(qiáng)度折減率，其粉煤灰替換量對(duì)環(huán)氧樹脂砂漿修補(bǔ)后強(qiáng)度影響的順序?yàn)?＞20%＞30%＞10%＞40%，影響順序無明顯變化趨勢(shì)[4]。

4)抗彎缺陷試體受拉面修補(bǔ)

試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，以所有替換量來看，明顯高于無缺陷混凝土的抗彎強(qiáng)度，而以未替代者明顯高于其他所有水泥與粉煤灰替換量，水泥與粉煤灰替換量0～40%的強(qiáng)度發(fā)展比值，水泥替換量10%，20%，30%，40%強(qiáng)度發(fā)展比值分別為129%，126%，110%，109%的范圍，呈現(xiàn)替換量越多，受拉側(cè)抗彎強(qiáng)度則越低的趨勢(shì)。而粉煤灰替換量10%，20%，30%，40%強(qiáng)度發(fā)展比值分別為128%，118%，113%，101%的范圍，同樣呈現(xiàn)替換量越多，受拉側(cè)抗彎強(qiáng)度越低的趨勢(shì)。水泥與粉煤灰替換量對(duì)環(huán)氧樹脂砂漿修補(bǔ)后強(qiáng)度影響的順序?yàn)?0%＞20%＞30%＞40%＞0。

圖6 受拉面修補(bǔ)抗彎強(qiáng)度試驗(yàn)對(duì)比

以未替代者比較其水泥及粉煤灰替換量和無缺陷混凝土的相對(duì)強(qiáng)度比值，得知水泥替換量的相對(duì)強(qiáng)度比值范圍為78%～92%，而粉煤灰替換量的相對(duì)強(qiáng)度比值范圍為72%～92%，二者皆高于或趨近未替代者的72%，代表以水泥與粉煤灰替代環(huán)氧樹脂砂漿進(jìn)行受拉側(cè)混凝土修補(bǔ)有良好的效果。

4 結(jié)論

1)膠結(jié)材料替代環(huán)氧樹脂的環(huán)氧樹脂砂漿的斜剪強(qiáng)度，在水泥的部分，各水泥替換量對(duì)于黏結(jié)成效均有較差的效果。而在粉煤灰的部分，替換量20%及30%的強(qiáng)度比未替代者的高，以整體來看，粉煤灰部分替代環(huán)氧樹脂的環(huán)氧樹脂砂漿黏結(jié)強(qiáng)度有較好的提升效果。

2)不同水泥與粉煤灰部分替代環(huán)氧樹脂的環(huán)氧樹脂砂漿于修補(bǔ)受壓側(cè)缺陷混凝土的抗彎強(qiáng)度，以水泥部分替代環(huán)氧樹脂的環(huán)氧樹脂砂漿進(jìn)行修補(bǔ)，恢復(fù)原構(gòu)件強(qiáng)度有良好的效果，強(qiáng)度折減率只在4%以內(nèi)。以粉煤灰部分替代環(huán)氧樹脂的環(huán)氧樹脂砂漿進(jìn)行修補(bǔ)的強(qiáng)度折減率為11%，代表比水泥部分替代環(huán)氧樹脂者，略高出7%的強(qiáng)度折減率。

3)不同水泥與粉煤灰部分替代環(huán)氧樹脂的環(huán)氧樹脂砂漿于修補(bǔ)受拉側(cè)缺陷混凝土的抗彎強(qiáng)度，以所有替換量來看，明顯高于無缺陷混凝土的抗彎強(qiáng)度，而又以未替代者明顯高于其他所有水泥與粉煤灰替換量，呈現(xiàn)替換量越多，受拉側(cè)抗彎強(qiáng)度則越低的趨勢(shì)。