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超细水泥用于水泥混凝土路面裂缝处理的研究
发布日期:2010/5/10 14:58:12    浏览人数:2267
摘要:水泥混凝土路面在使用过程中常出现由路面板脱空引起的开裂。本文通过分析水泥混凝土路面板由脱空引起的混凝土裂缝的原因,采取灌浆技术来解决此类病害.并阐述了灌浆加固机理。室内试验结果表明,超细 水泥的各项性能较普通水泥优越,能渗入细微裂缝,是优良的灌浆材料。将超细水泥应用到实际工程中,对灌浆实施步骤进行了较详细的介绍与分析,且最后测试结果比较理想。
    水泥混凝土路面是我国公路路面的主要形式之一,在我国公路网构成中占有较大比重。它具有强度高、刚度大、受温度影响小、使用寿命长等优点。但水泥混凝土路面接缝较多,对超载较为敏感,易发生脱空、唧泥、裂缝等早期病害,从而导致路面的破损。
    随着国民经济的发展,近年来,由于交通量增、汽车轴载日益重型化或道路设计施工等方面的原因,路面经常过早出现裂缝。如果路面裂缝修补不及时,雨水从裂缝处渗入基层,渗入的水将在板下形成积水(自由水),积水与基层材料中的细料形成泥浆,在车辆行驶作用下,沿面板接缝缝隙处喷溅出来,形成唧泥。唧泥的出现进一步加剧了板底的脱空,脱空又加剧裂缝的发展。这样周而复始,恶性循环,最终导致路面的损坏。目前,国内对水泥混凝土路面裂缝早期处理不够重视,直到裂缝增大到一定程度,才采取一些补救措施。有些直至完全损坏,才进行整块换板处理。但这样造价很高,不经济,而且打碎的水泥混凝土块无处安置,影响环境。为了防止裂缝继续扩大,影响路面的使用性能,必须采取适当的补救措施。
1灌缝加固机理及材料选择 
    在现有水泥混凝土路面设计理论中,把水泥混凝土板看作是小挠度弹性薄板,其假定条件是面板与地基间完全接触(不脱空)。水泥混凝土板是一种准脆性材料,抗压强度高、抗弯拉性能差。在正常情况下,面板均匀支承时,无论荷载作用在什么位置,应力都较小。而一旦脱空,板角处由于基础支撑的丧失,处于悬臂状态,板内将产生过大的应力、剪力,水泥混凝土板很快达到受力极限。
    水泥混凝土面板灌浆是通过注浆管,施加一定压力将浆液均匀注入板底空隙、板下基(垫)层、裂缝中,以充填、渗透、挤密等方式,赶走板底、基层裂隙中的积水、空气后占据其位置,经人工控制一段时间后,浆液将原来的松散颗粒或裂隙胶结为整体,形成一个良好的“结石体”。灌浆改善了板底原有受力状态,恢复了板体与地基的连续性,达到加固基础,治理病害的目的。
    目前在处理水泥混凝土路面脱空板时,采用板底灌浆的灌浆材料通常是普通硅酸盐水泥,且在技术方面有一定的研究,已取得不错效果,但同时存在一些问题。若采用普通硅酸盐水泥进行灌浆封缝,由于有些裂缝细微(小于0.05 mm),普通硅酸盐水泥粒径过大,无法完全填满细微裂缝,水分仍能够渗入,在车辆动力荷载作用下,易引起唧泥,达不到预期的目的。若采用化学浆液封缝,效果是不错,但是价格很贵,不经济,而且有毒性,对环境易造成不良影响。因此有必要采用一种无毒的、经济的材料封缝,超细水泥这种新型、无毒、粒径超细的无机材料成为首选。
2材料性能试验 
21灌浆材料性能测试 
211材料的抗折、抗压强度对比 
    灌浆材料必须要有一定的抗折、抗压强度,才能满足工程需要。对MFC—GM与普通硅酸盐水泥进行抗折、抗压强度对比试验,采用标准胶砂试件测试。胶砂强度试验材料配比为W(水):C(水泥):5(标准砂)一O.5:1:2.75(质量比),在相同的养护条件、相同龄期下,超细水泥的抗折、抗压强度较普通硅酸盐水泥高,能更好地满足工程需要。
212浆体的流动性 
    在进行灌浆时,浆体的流动性是一个很重要的评价指标,流动性能越好,灌浆效果越好。213净浆渗透性能与水灰比的关系 
    由于超细水泥是一种新型材料,其相关标准还不成熟,该试验采用的渗透仪仿照基马式渗透仪制造,如图4所示。仪器主要由筒身、渗透板、可动底座组成,筒身为透明玻璃,内直径尺寸为50 mm,高400 mm,体积785 ml;渗透板高65 mm,共330个孔,孔径3 mm。测试时,在渗透仪筒内先加入ISO标准砂,再灌入配好的浆体,在常压下静置15 min后,量取浆体渗入砂中的深度,以此评价浆体的渗透性能。
214净浆强度与水灰比的关系
    灌浆材料的强度会随着水灰比的增大而降低,因此,在满足可灌性要求的前提下,应尽量减小水灰比。
3现场试验
    由室内对比试验可知,MFC—GM材料粒径小,各项性能较普通水泥优越,更有利于灌浆封缝,故选择其作为工地上的灌浆材料。兼顾灌浆的强度、流动性能以及渗透性能等,最终选取w/C一1.0(质量比)作为工地灌浆的配比。
  根据材料热胀冷缩的性质,冬天气温低时,裂缝的宽度是最大的,有利于灌浆封缝,最终选择灌浆时间为12月中旬。
  广东韶关翁源X347线于2002年全线通车(全长20 km),通车后3年时间,路面出现大量裂缝,有些地方严重破坏,经全线调查,选择K3+500~K4+300段作为试验路段。试验步骤简述如下。
31检测
  利用贝克曼梁路面弯沉仪进行弯沉差检测,有些路面板差异弯沉达到O.1 mm,根据交通部《公路水泥混凝土路面养护技术规范》(JTJ 073.1—2001)(以下简称《规范》),认为板底可能出现脱空现象。
32钻孔定位
  根据裂缝分布情况,每块水泥混凝土板钻孔数目不一,沿裂缝布孔,钻孔间距不宜太大,且位置距自由边不小于50~80 cm,避免浆体从路肩渗出。
33钻孔
  用风镐按标定位置钻孔,深度到路基顶面,能刚好钻到脱空处最好。
34清缝
  用压缩空气把孔与裂缝里的灰尘、杂物等吹出,以免影响灌浆质量。
35配浆
  将MFC—GM8000材料按水灰比1:1配置,并不时搅拌,以防沉淀。
36 灌浆
  采用JZB一2型挤压式注浆机,压力一般控制在O.2~0.6 MPa,保持压力稳定,当浆体从面层裂缝中渗出,再略降低压力,直至洁净的水流出(水泥颗粒已沉淀)。灌浆过程中溢浆的孔及时封堵,防止压力过度散失。灌浆完后,不要立即拔出灌浆头,当注浆管中压力达到0.2 MPa时,再缓慢拔出,防止浆体反流。
37交通管制
  灌浆完成后的路面板,严禁车辆通行,待浆体强度达到3 MPa以上时才能允许通行,一般养护时间为7 d。
38检验
  试验路段养护期满后,再次测量路面板的弯沉值,均达到《规范》要求,且路面板上灌浆处理前能用肉眼明显观察到的裂缝已被填充,能有效防止水分的渗入,可见灌浆封缝效果已经达到。
4结论 
  室内试验表明超细水泥作为灌浆材料完全符合各项指标要求,由于其颗粒已超细化(达到次纳米级),能渗入普通水泥无法进入的细微裂缝,其抗折、抗压强度较同龄期普通水泥高,更重要的是超细水泥的流动可灌性优越,渗透能力更强,适用于灌浆,其综合性能是普通硅酸盐水泥所无法比拟的。
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