快補(bǔ)柔性膠凝混合材料在高速公路橋面搶修中的應(yīng)用

周 旺，梁 媚

(廣西交通設(shè)計(jì)集團(tuán)有限公司，廣西 南寧 530023)

橋面施工作為高速公路工程的重要施工環(huán)節(jié)，操作一旦不規(guī)范，將會直接影響整個(gè)高速公路的穩(wěn)固性和安全性；而快補(bǔ)柔性膠凝混合材料的出現(xiàn)和應(yīng)用，可很好地避免以上不良現(xiàn)象的發(fā)生。將該材料科學(xué)地應(yīng)用于高速公路橋面搶修，極大地縮短了橋面整體養(yǎng)生時(shí)間，避免因養(yǎng)生時(shí)間過長對車輛正常行駛造成不良的影響，保證了施工人員的人身安全和財(cái)產(chǎn)安全。為了進(jìn)一步提升高速公路工程施工質(zhì)量和施工安全，如何將快補(bǔ)柔性膠凝混合材料科學(xué)地應(yīng)用于橋面搶修是施工人員必須思考和解決的問題。

1 工程概況

黃石高速公路作為一種重要的通道，為晉煤東運(yùn)提供了極大的便利，將河北省東西部進(jìn)行有效貫通，極大地促進(jìn)了沿線經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展。但是，隨著運(yùn)營時(shí)間的延長，K226+565 m跨石津灌渠沿著大橋橋面鋪裝方向出現(xiàn)大量的坑槽病害，對這些病害采用各種各樣的修復(fù)方式進(jìn)行全面修補(bǔ)，并沒有達(dá)到預(yù)期效果，快補(bǔ)柔性膠凝混合材料的出現(xiàn)和使用可以實(shí)現(xiàn)對橋面坑槽病害的高效化、科學(xué)化修補(bǔ)，以達(dá)到預(yù)期目的。

1.1 橋梁情況

黃石高速公路為K226+565 m，于2000年成功建成并通車。該橋所分布的位置主要以“高速公路平縱曲線”為主，該平縱曲線主要包含以下2大部分：上部結(jié)構(gòu)和下部結(jié)構(gòu)。其中，上部結(jié)構(gòu)屬于一種常用的混凝土連續(xù)箱梁；下部結(jié)構(gòu)主要由框架臺、樁基礎(chǔ)、底板3個(gè)部分組成，腹板始終保持相對平衡狀態(tài)。此外，橋面鋪裝主要用到了2種混凝土：一種是瀝青混凝土；另一種是現(xiàn)澆水泥混凝土。

1.2 橋梁路面病毒情況

當(dāng)運(yùn)營時(shí)間不得延長時(shí)，黃石高速公路通常會出現(xiàn)大量的重載車輛，橋下方2 m位置處出現(xiàn)大量的坑槽病害。在處理這些病害期間，施工人員通過將瀝青混凝土與快速凝水泥混凝土進(jìn)行充分結(jié)合，對坑槽位置附近處的病害進(jìn)行全面治理，但是，病害現(xiàn)象變得越來越嚴(yán)重，并沒有取得理想的治理效果。2018年底，坑槽深度不斷加大，并達(dá)到了20 cm；同時(shí)，坑槽面積也不斷擴(kuò)大，達(dá)到0.8 m×1.5 m。在進(jìn)行橋面鋪裝期間，防水混凝土經(jīng)常出現(xiàn)破碎、損壞問題。另外，瀝青冷補(bǔ)料往往表現(xiàn)出比較差的防水性，當(dāng)修補(bǔ)工作結(jié)束后，橋面鋪裝層出現(xiàn)大量的水體，這些水體嚴(yán)重地?fù)p壞了水泥層內(nèi)部結(jié)構(gòu)。對于快凝防水混凝土而言，往往表現(xiàn)出較高的防水性能；而水泥混凝土在實(shí)際使用時(shí)，通常表現(xiàn)出較高的剛性，將其與瀝青混凝土進(jìn)行充分結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)對橋面的高效化、科學(xué)化修補(bǔ)。由于受到重載車輛的影響，瀝青混凝土很容易出現(xiàn)破碎現(xiàn)象，無疑降低了橋面最終修補(bǔ)效果。而快補(bǔ)柔性膠凝混合材料的出現(xiàn)和使用，可以很好地解決以上問題。這是由于該材料防水性能良好、養(yǎng)生時(shí)間短，與其他混凝土結(jié)合性能佳等優(yōu)點(diǎn)，其符合橋面坑槽病害治理需求。

2 配合比設(shè)計(jì)

快補(bǔ)柔性膠凝混合材料在實(shí)際制作中，除了用到膠凝材料、膠乳外，還用到了砂子、石子、水等各種原材料。在對快補(bǔ)柔性膠凝混合材料進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)期間，施工人員注意幾個(gè)事項(xiàng)：(1)將材料配制強(qiáng)度設(shè)置為49.9 MPa；(2)將混凝土內(nèi)膠凝材料用量設(shè)置460 kg/m，然后，嚴(yán)格按照相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和要求，將試配種的膠凝材料使用量設(shè)置為600 kg/m；(3)將膠乳摻量比例設(shè)置為15%；(4)將混凝土水膠比設(shè)置為0.13～0.30，并優(yōu)先選用“0.15水膠比”；(5)在選擇砂率時(shí)，為提高本次配合比的合理性，將砂率設(shè)置為40%；(6)在進(jìn)行試拌期間，嚴(yán)格按照基準(zhǔn)配合比，完成3個(gè)試管材料配合比設(shè)計(jì)，分別是1號管、2號管和3號管，配比結(jié)果如表1所示。

表1 試拌C40聚合物混凝土3 、7 d強(qiáng)度Tab.1 3 d and 7 d strength of trial mix C40 polymer concrete MPa

由表1可知，1號管配合比：聚合物∶水∶砂∶石=500∶75∶85∶756∶1 044。2號管配合比∶聚合物∶水∶砂∶石=500∶75∶75∶720∶1 080。3號管配合比∶聚合物∶水∶砂∶石=500∶75∶65∶684∶1 116。養(yǎng)生時(shí)間分別為3、7 d。

由表2還可知，2號管的配合比最為理想，此時(shí)具有較高的流動性、強(qiáng)度等特性，采用強(qiáng)度復(fù)測的方式，對2號管配合比進(jìn)行科學(xué)測量，結(jié)果如表2所示。當(dāng)坍落度、抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度分別設(shè)置為156 mm、31.4 MPa、4.0 MPa時(shí)，完全符合混凝土澆筑相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求，為極大地提高橋面搶修效率和效果打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

表2 C40聚合物混凝土最終配合比Tab.2 C40 polymer concrete final mix ratio

3 快補(bǔ)柔性膠凝混合材料施工工藝

3.1 快補(bǔ)柔性膠凝混合材料

快補(bǔ)柔性膠凝混合材料作為一種常用的合成材料，主要是由改性高碳樹脂粘合劑和其他混合料進(jìn)行充分結(jié)合后所獲得，該材料經(jīng)過一系列加熱施工后，可以在室溫狀態(tài)下快速形成大量的固體材料，這些固體材料具有無氣孔、高彈性、不滲水等特點(diǎn)，固體材料被稱為“橡膠水泥”。特快補(bǔ)作為一種常用的熱施工材料。該材料的主要技術(shù)參數(shù)如表3所示。

表3 快補(bǔ)柔性修補(bǔ)材料參數(shù)一覽表Tab.3 List of parameters of quick-fix flexible repair materials

延緩裂縫、脫落和碎裂

該材料主要由改性聚合物組成，具有較高的粘接性，即使在惡劣天氣環(huán)境下，仍然憑借著自身彈性功能，輕松應(yīng)對和處理板塊收縮變化，能夠?qū)υ访姘鍓K起到一定熱脹冷縮的作用，避免修補(bǔ)區(qū)域不會出現(xiàn)：區(qū)域裂縫病毒、區(qū)域脫落病毒現(xiàn)象。

柔性

剛性修補(bǔ)材料主要組成：水泥、環(huán)氧樹脂、磷酸鹽類，這些剛性修補(bǔ)材料通常表現(xiàn)出較高的脆性；與水泥混凝土相比，其剛度表現(xiàn)出較高的膨脹性和速率收縮性，這些性能會對修補(bǔ)區(qū)域周邊環(huán)境造成嚴(yán)重的破壞。特快補(bǔ)除了具有較高的柔性外，還具有較高的強(qiáng)韌性，與修補(bǔ)區(qū)域之間存在較高的粘附性。當(dāng)路面出現(xiàn)一定程度的膨脹或者收縮現(xiàn)象時(shí)，該材料會隨著路面的運(yùn)動而出現(xiàn)同步運(yùn)動現(xiàn)象。

支撐重荷載

由于特快補(bǔ)在抗壓性能和柔性方面表現(xiàn)出得天獨(dú)厚的優(yōu)勢，所以，即使遇到比較惡劣的天氣環(huán)境，也能夠?qū)χ匦涂ㄜ嚭惋w機(jī)2種設(shè)備的沖擊產(chǎn)生一定的抵抗作用。

修補(bǔ)長期有效

快補(bǔ)柔性膠凝混合材料，可以對橋面進(jìn)行長期有效地修補(bǔ)，經(jīng)過一系列驗(yàn)證分析后，發(fā)現(xiàn)所擁有的使用壽命超過10年以上。與其他產(chǎn)品相比，使用快補(bǔ)柔性膠凝混合材料所獲得修補(bǔ)產(chǎn)品，可以保證修補(bǔ)長期有效性，因此，無需在后期重點(diǎn)保養(yǎng)和維護(hù)，極大地縮短了工程整體養(yǎng)護(hù)時(shí)間，還有效節(jié)約了養(yǎng)護(hù)資金成本。

施工簡單，通車時(shí)間較快

向修補(bǔ)機(jī)內(nèi)放入適量的可熔袋裝特快補(bǔ)，并對其進(jìn)行加工處理，確保修補(bǔ)機(jī)內(nèi)材料得以充分?jǐn)嚢韬图訜崽幚恚岣呋旌狭闲阅艿姆€(wěn)定性和可靠性。向病害部位倒入適量的特快補(bǔ)，并對其進(jìn)行抹平處理；然后，將其冷卻靜置一段時(shí)間，冷卻時(shí)間需要控制在1 h以內(nèi)。當(dāng)冷卻完成后，即可正常通車運(yùn)營。

3.2 具體施工工藝

為了進(jìn)一步提升高速公路橋面鋪裝搶修效率和效果，施工人員要嚴(yán)格按照施工工藝流程操作，具體如圖1所示 。將特快補(bǔ)柔性修補(bǔ)材料與橋面鋪裝搶修進(jìn)行充分結(jié)合，從而保證施工車輛能夠安全行駛，進(jìn)而極大地提高施工現(xiàn)場工作人員的安全性和可靠性。

圖1 快補(bǔ)柔性膠凝混合材料施工流程Fig.1 Construction process of quick repair flexible cementitious mixture

清除、清理缺陷路面

在這一環(huán)節(jié)中，通過對需要重點(diǎn)處理的病毒區(qū)域進(jìn)行清晰化、科學(xué)化標(biāo)記，并選出合適的施工設(shè)備；然后，按照劃分好的標(biāo)記，從路面切割、路面破除和路面碾壓3個(gè)環(huán)節(jié)出發(fā)，全面清除所出現(xiàn)的缺陷路面。之后，通過使用專用熱風(fēng)槍，全面地清理和干燥處理公路病害部位上所出現(xiàn)的碎屑物；病毒部位清理施工如圖2所示。

圖2 病毒部位清理施工Fig.2 Virus site cleaning construction

修補(bǔ)部位涂刷快補(bǔ)底漆

對于橋面而言，其修補(bǔ)部位主要包含2個(gè)部分：側(cè)面和底面。將快補(bǔ)底漆全面地涂抹到修補(bǔ)部位，以實(shí)現(xiàn)對修補(bǔ)部位的快速修補(bǔ)，這些快補(bǔ)底漆在實(shí)際使用期間，無須對其進(jìn)行充分?jǐn)嚢杼幚恚瑯O大地提高了底漆使用效率。如果修補(bǔ)部位外觀顏色較深，需要對鋼筋進(jìn)行配置處理，此時(shí)，需要向指定的修補(bǔ)區(qū)域配置相應(yīng)的鋼筋網(wǎng)。

加熱、拌和快補(bǔ)材料

在對快補(bǔ)材料進(jìn)行加熱、拌和期間，需要向拌和器添加一定量的袋裝式快補(bǔ)材料，然后，對其進(jìn)行充分加熱攪拌。同時(shí)，還要將快補(bǔ)材料預(yù)熱時(shí)間設(shè)置在50～80 min，切忌出現(xiàn)過度加熱現(xiàn)象，一旦該材料加熱溫度過高，將會導(dǎo)致燃燒器的溫度過低。另外，當(dāng)快補(bǔ)材料加熱處理結(jié)束后，需要將所有燃燒器的蓋子打開，以起到冷卻材料的作用。

病毒修補(bǔ)

在對橋面病毒進(jìn)行修補(bǔ)期間，需要向修補(bǔ)部位倒入熔化后的快補(bǔ)材料。之后，對這些材料進(jìn)行冷卻處理，經(jīng)過一段時(shí)間冷卻后發(fā)現(xiàn)，快補(bǔ)材料表面上會漂浮大量的氣泡，靜置20 min后，快補(bǔ)材料表面上的氣泡會消失一部分。然后，使用熱空氣噴槍，吹掉快補(bǔ)材料表面上的剩余氣泡?？煅a(bǔ)現(xiàn)場分層澆筑、吹掉氣泡工藝如圖3所示。

圖3 快補(bǔ)現(xiàn)場分層澆筑、吹掉氣泡工藝Fig.3 Layer-by-layer pouring and blowing out of air bubbles on the site of express repair

如圖3所示，在此基礎(chǔ)上向病毒部位攤鋪第2層快補(bǔ)材料。然后，使用熨平板，對其進(jìn)行抹平處理，并做好對施工區(qū)域邊緣的科學(xué)化、全面化修補(bǔ)，確保快補(bǔ)材料全部攤鋪到所有施工區(qū)域；同時(shí)，還要全部撕掉粘在邊緣處的膠布，確保整個(gè)工程美觀和施工質(zhì)量。由于快補(bǔ)材料在實(shí)際使用期間，經(jīng)常會表現(xiàn)出自動流平特性，此時(shí)，需要使用熨平板對其再次抹平處理。當(dāng)?shù)?層經(jīng)過一段時(shí)間冷卻后，快補(bǔ)材料表面上的氣泡會自動消失一部分，此時(shí)，需要使用熱空氣噴槍，將快補(bǔ)材料表面上剩余的氣泡全部吹掉?？煅a(bǔ)現(xiàn)場分層澆筑、整平工藝如圖4所示。

圖4 快補(bǔ)現(xiàn)場分層澆筑、整平工藝Fig.4 Layered pouring and leveling on site for express repair

當(dāng)所有氣泡被全部清除后，需要將裝飾性骨料均勻地撒向快補(bǔ)材料表面上；同時(shí)，還要戴上手套，對所有骨料進(jìn)行抹平處理，保證快補(bǔ)材料表面始終處于比較平整的狀態(tài)。當(dāng)快補(bǔ)材料冷卻一段時(shí)間后，可以對外正常開放交通工具。最后，還要將所有攪拌器全部關(guān)閉，并做好對施工現(xiàn)場的全面清理?？煅a(bǔ)現(xiàn)場施工完成情況和施工完成8個(gè)月后照片如圖5所示。

圖5 快補(bǔ)現(xiàn)場施工完成后和施工完成8個(gè)月后照片F(xiàn)ig.5 Situation after construction is completed Photos 8 months after construction is completed

拌制混凝土

對混凝土的處理和使用：(1)在拌和處理前，向攪拌機(jī)內(nèi)加入少量的自來水，以起到潤濕攪拌機(jī)的作用；同時(shí)，還要將攪拌機(jī)內(nèi)多余的水分全部排出。(2)向指定的攪拌機(jī)內(nèi)加入稱量好的自來水。(3)采用集料依次投入的方式，向攪拌機(jī)內(nèi)加入適量的膠凝材料；然后，對其進(jìn)行攪拌，攪拌時(shí)間控制在1 min內(nèi)。(4)向攪拌機(jī)內(nèi)預(yù)先加入適量的外加劑，并將攪拌時(shí)間控制在2 min內(nèi)。(5)當(dāng)攪拌結(jié)束后，需要在第一時(shí)間內(nèi)快速進(jìn)行出料操作、清罐操作，整個(gè)操作時(shí)間不得超過5 min。(6)在進(jìn)行攪拌期間，需要每隔2 h清洗一次攪拌機(jī)，并確保攪拌機(jī)與攤鋪地點(diǎn)間的距離控制在100 m以內(nèi)。

澆筑混凝土

施工人員澆筑混凝土：(1)對鋪裝橋面進(jìn)行清掃，對鋪裝橋面進(jìn)行灑水潤濕處理，避免出現(xiàn)積水現(xiàn)象。(2)在進(jìn)行澆筑期間，需要采用手推式小推車對混凝土進(jìn)行運(yùn)輸，將斗車中的混凝土攤鋪于相應(yīng)的鋪裝橋面上，并使用振動棒，對快補(bǔ)柔性膠凝混合材料進(jìn)行振搗處理，并將混凝土攪拌時(shí)間控制在1 min內(nèi)，以達(dá)到提高混凝土密實(shí)度的目的。(3)當(dāng)混凝土振實(shí)處理結(jié)束后，需要利用刮平板，對這些混凝土進(jìn)行刮平處理，然后，利用塑料抹子對混凝土表面進(jìn)行抹平處理。(4)混凝土攤鋪時(shí)間必須控制在8 min內(nèi)。(5)通過使用快補(bǔ)柔性膠凝混合材料，開展橋面鋪裝期間，必須將施工環(huán)境溫度設(shè)置在40 ℃以上，或者-10 ℃以下。

養(yǎng)生

施工人員在工程養(yǎng)生這一環(huán)節(jié)：(1)混凝土澆筑30 min后，對快補(bǔ)柔性膠凝混合材料進(jìn)行覆膜、灑水處理，以保證最終養(yǎng)生處理效率和效果。需要特別注意的是禁止出現(xiàn)單次灑水量過多現(xiàn)象，僅達(dá)到浸濕其表面即可，此外，還要將養(yǎng)生時(shí)間控制在3 h內(nèi)。(2)當(dāng)施工完成3 h后，發(fā)現(xiàn)混凝土強(qiáng)度有所增加，完全符合設(shè)計(jì)強(qiáng)度的80%以上，此時(shí)，可以開展防水層施工以及瀝青混凝土鋪裝施工。

4 結(jié)語

本文通過利用快補(bǔ)柔性膠凝混合材料，對橋面鋪裝“久治不好”的坑槽病害問題進(jìn)行全面的分析和治理，并取得了良好的治理效果，為后期高速公路橋面鋪裝搶修提供了參考依據(jù)。

(1)快補(bǔ)柔性膠凝混合材料經(jīng)過加熱后，會縮短凝固時(shí)間；所以，該材料僅僅適用于混凝土澆筑、施工現(xiàn)場加熱等領(lǐng)域。在某種程度上可以縮短整個(gè)工程養(yǎng)生時(shí)間，極大地保證了行駛車輛和施工人員的安全性，所以，快補(bǔ)柔性膠凝混合材料完全符合快速通車橋面鋪裝搶修和養(yǎng)護(hù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和要求;

(2)整個(gè)工程施工結(jié)束后，通過對工程后期運(yùn)營情況的觀察，發(fā)現(xiàn)快補(bǔ)柔性膠凝混合材料具有較高修補(bǔ)性能，能夠?qū)r青混凝土和水泥混凝土進(jìn)行充分結(jié)合，提高整個(gè)橋梁橋面的穩(wěn)固性和可靠性?？傊?，快補(bǔ)柔性膠凝混合材料具有較高的應(yīng)用價(jià)值和應(yīng)用前景，將其應(yīng)用于高速公路橋面鋪裝搶修中具有較高的實(shí)踐意義。