快速維修材料的種類與施工工藝

車文秀，宋作寶，吳明慧，趙海洋

（1. 北京市昌平一建建筑有限責(zé)任公司，北京 102200；2. 中巖科技有限公司，北京 100024）

快速維修材料的種類與施工工藝

車文秀1，宋作寶2，吳明慧2，趙海洋2

（1. 北京市昌平一建建筑有限責(zé)任公司，北京 102200；2. 中巖科技有限公司，北京 100024）

隨著水泥基材料在道路、橋梁等工程中的大規(guī)模應(yīng)用，病害及維修問題愈發(fā)引起人們的關(guān)注，出于工期的需求和實際現(xiàn)場交通開放時間的限制，對于快速維修材料的需求也越來越迫切。本文系統(tǒng)介紹了快速維修材料的種類和施工工藝，旨在為工程應(yīng)用提供參考與實際指導(dǎo)。

快速維修；維修工藝；維修材料

隨著水泥基材料在道路、橋梁工程中的大規(guī)模應(yīng)用，病害及維修問題愈加突出，通過對水泥基材料在這些領(lǐng)域中的應(yīng)用情況進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，不同程度地存在材料質(zhì)量波動大、設(shè)計與施工質(zhì)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(fā)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(jié)構(gòu)損傷。各種損傷類型中，裂縫損傷最為普遍，其復(fù)雜性和嚴(yán)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(huán)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(chǎn)生損傷是不可避免的。損傷一旦出現(xiàn)，就應(yīng)及時進(jìn)行維修，否則在服役荷載與環(huán)境因素的交互作用下，裂縫將隨時間擴(kuò)展、貫穿，并有可能不斷蔓延，相互交錯，造成結(jié)構(gòu)的大范圍崩潰。裂縫率先出現(xiàn)在系統(tǒng)缺陷處，該點(diǎn)往往由于應(yīng)力集中，最終使混凝土板喪失應(yīng)有的承載力，甚至造成結(jié)構(gòu)損傷，嚴(yán)重影響交通的行車安全、舒適，甚而造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。

1 快速維修材料的種類

由于工期的需求和實際現(xiàn)場交通開放時間的限制，快速維修材料日益引起人們的關(guān)注。目前，普遍采用工程快速維修材料按照化學(xué)特性主要分為以下三類：

1.1 無機(jī)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(zhì)原料，強(qiáng)度發(fā)展速度快，具有較高的早期強(qiáng)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(yǎng)護(hù)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(yīng)用在水泥混凝土路面挖補(bǔ)搶修中表現(xiàn)出明顯的優(yōu)越性。該系列水泥自身有微膨脹性，可防止混凝土收縮，增強(qiáng)修補(bǔ)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(jié)構(gòu)[2]。

（3）高鋁水泥[3]

高鋁水泥同樣是一種快硬早強(qiáng)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(qiáng)度發(fā)展顯著，后期強(qiáng)度釋放緩慢。高鋁水泥水化產(chǎn)物不穩(wěn)定，容易發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變，導(dǎo)致后期強(qiáng)度不同程度地下降。據(jù)資料記載，高鋁水泥 1d 抗折強(qiáng)度可達(dá) 3～5MPa，抗壓強(qiáng)度達(dá) 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(wěn)定、早期強(qiáng)度高、黏結(jié)性強(qiáng)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(xiàn)均遠(yuǎn)優(yōu)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(fù)合品種

實際工程應(yīng)用要求多變，利用不同水泥進(jìn)行復(fù)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(jié)時間縮短，混用水泥的凝結(jié)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(qiáng)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(jié)時間和強(qiáng)度能夠滿足快速施工的要求。

1.2 有機(jī)類快速維修材料

（1）環(huán)氧樹脂及其改性品種[6]

快速維修中常用的環(huán)氧樹脂類材料大多屬縮水甘油基型，如雙酚 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，界面易產(chǎn)生應(yīng)力集中而開裂。改性后的環(huán)氧樹脂既兼顧了強(qiáng)度和粘附力的優(yōu)越性，又通過改性降低了脆性，提高了韌性，如聚硫改性環(huán)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(xiàn)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(yīng)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(yōu)良的耐熱性、耐水性、耐介質(zhì)以及耐大氣老化性。同時，因其體積穩(wěn)定性好、強(qiáng)度性能突出，粘度低于其他有機(jī)材料，常與水泥復(fù)合成樹脂改性混凝土對寬裂縫進(jìn)行維修。這種材料制備工藝相對復(fù)雜，但具有可設(shè)計性，可根據(jù)實際應(yīng)用的需求進(jìn)行固化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)性能改良。另一類是以烯類單體或預(yù)聚體作膠粘劑，其優(yōu)點(diǎn)是流灌性好、固化迅速、透明性好、力學(xué)性能優(yōu)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(jīng)廣泛應(yīng)用于道路、橋梁、高速公路的快速修補(bǔ)。它具有施工快捷、固化時間短、強(qiáng)度高等特點(diǎn)，同時體積穩(wěn)定性較好，與舊路面的結(jié)合具有很強(qiáng)的適應(yīng)性。目前，國內(nèi)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(jī)與無機(jī)相結(jié)合的特點(diǎn)，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(yīng)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(jié)構(gòu)增強(qiáng)快速維修材料等。前者主要解決的是結(jié)構(gòu)整體性的問題，更多的是從防水和外觀進(jìn)行要求。后者則從結(jié)構(gòu)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(dá)到強(qiáng)度要求，更需要關(guān)注界面的力學(xué)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(jìn)行維修，清除部分或者全部面層，達(dá)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(jìn)行簡單的涂抹和貼補(bǔ)。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(fù)。這兩種情況僅能對水泥基材料表面進(jìn)行簡單處理，并不能深入到材料內(nèi)部進(jìn)行修補(bǔ)，對難以灌入修復(fù)灌漿材料的細(xì)微裂縫、不可伸縮的裂縫和不再發(fā)生擴(kuò)展的裂縫通常采用飾面法進(jìn)行修復(fù)。這種方法的好處是：工藝復(fù)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(huán)路上某段水泥混凝土路面嚴(yán)重裸石，用飾面法進(jìn)行了試驗性修補(bǔ)，效果較好。

（2）填充法

填充法是指通過將修補(bǔ)粘結(jié)材料直接填充于需要維修的空間之中達(dá)到整體修復(fù)的目的。該方法適用于修補(bǔ)較大的空間，如寬縫和缺損等，并且具有基面預(yù)處理要求低、操作簡單，修補(bǔ)效率高、經(jīng)濟(jì)實用等優(yōu)點(diǎn)。某高鐵軌道板寬接縫及兩端出現(xiàn)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(huán)氧樹脂進(jìn)行快速維修，迅速恢復(fù)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(shè)備，如噴槍、氣泵等。利用壓力設(shè)備快速維修材料注入損傷內(nèi)部，從而以維修材料的黏結(jié)和固化作用來提高水泥基材料的防水性和耐久性，達(dá)到快速維修的目的。盡管壓灌法具有應(yīng)用范圍廣泛等優(yōu)點(diǎn)，但由于快速維修材料本身的時控性，為了避免機(jī)器損傷，要求具備較高的施工技術(shù)。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(shù)，也需要有準(zhǔn)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(xiàn)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(yīng)用情況良好。

（4）系統(tǒng)補(bǔ)強(qiáng)法

針對由荷載引起的結(jié)構(gòu)損傷，考慮到該結(jié)構(gòu)損傷引發(fā)的系統(tǒng)缺陷會進(jìn)一步擴(kuò)大，從而影響水泥基材料自身強(qiáng)度和耐久性，應(yīng)在安全期內(nèi)盡快采用維修材料，利用系統(tǒng)補(bǔ)強(qiáng)法進(jìn)行修復(fù)。該方法具有兩重要求，首先應(yīng)該最大限度達(dá)到修補(bǔ)結(jié)構(gòu)損傷的目的；其次，還應(yīng)當(dāng)使得修復(fù)后的構(gòu)件承載力不應(yīng)低于原有構(gòu)件的強(qiáng)度要求。目前，系統(tǒng)補(bǔ)強(qiáng)法經(jīng)常采用以下幾種技術(shù)，如加大構(gòu)件橫截面積、粘貼結(jié)構(gòu)補(bǔ)強(qiáng)材料、填充結(jié)構(gòu)膠體等。

綜上，快速維修材料與工藝的選擇應(yīng)當(dāng)在滿足施工時間的條件下重點(diǎn)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(rèn)真分析，設(shè)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(xù)維修可能帶來的問題，盡量避免服役期內(nèi)的二次維修問題。目前來看，利用有機(jī)與無機(jī)相結(jié)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(fā)展的要求。

[1] 李華，繆昌文，金志強(qiáng)，等．水泥混凝土路面修補(bǔ)技術(shù)[M]. 北京：人民交通出版社，1995．

[2] 康曉燕．快硬硫鋁酸鹽水泥（R.SAC）在路面工程中的應(yīng)用[J]．交通世界（建養(yǎng)．機(jī)械），2010(3)∶ 144-145．

[3] 楊伯科．混凝土實用新技術(shù)手冊[M]．吉林：吉林科學(xué)技術(shù)出版社，1998．

[4] 雒亞莉，陳兵．磷酸鎂水泥的研究與工程應(yīng)用[J]．水泥，2009(9)∶16-18．

[5] 劉迪，亢鈺．水泥混凝土路面快速修補(bǔ)材料試驗研究[J]．工程技術(shù)（引文版），2016,4(10)∶143-144．

[6] 白云起，薛麗梅，劉云夫．環(huán)氧樹脂的改性研究進(jìn)展[J]．化學(xué)與粘合，2007(4)∶ 289-292．

[7] 周小泉．水溶性聚胺脂化學(xué)灌漿在處理涵洞裂隙滲水中的應(yīng)用——水溶性聚胺脂灌縫在白楊河水庫應(yīng)用實例[J]．工程技術(shù)，2015,3(6)∶ 102-103．

[8] 金少春，高培偉．丙烯酸酯類修補(bǔ)劑粘結(jié)性能和可灌性研究[J]．江蘇航空，2008(S1)∶ 68-69．

[9] 彭小芹，楊濤，王開宇，等．地聚合物混凝土及其在水泥混凝土路面快速修補(bǔ)中的應(yīng)用[J]．西南交通大學(xué)學(xué)報，2011(2)∶ 205-210．

[10] 吳明．PCM 聚合物水泥快速修補(bǔ)膠結(jié)劑[J]．機(jī)場建設(shè)，2000(3)∶ 35-36．

［通訊地址］北京市昌平一建建筑有限責(zé)任公司（102200）

車文秀（1973—），男，北京市昌平一建建筑有限責(zé)任公司環(huán)昌商品混凝土攪拌站，副總工程師。主要從事攪拌站實驗室技術(shù)管理工作。