水性环氧树脂乳液修补水泥混凝土路面微小裂缝技术的探讨及应用

2022-11-18

水泥混凝土路面具有高强度、高稳定性、经久耐用、造价低以及养护费用低等优点, 目前已作为我国高等级公路路面的重要形式之一, 得到了越来越广泛的应用。但由于水泥混凝土具有干缩、温缩等特性, 若施工前后的环境差异过大、施工后切缝不及时或养护工作不到位, 水泥混凝土路面将不可避免地出现大小不一的裂缝, 其中大部分为0.5mm以下的微小裂缝。这些微小裂缝是否会对水泥混凝土路面结构造成不良影响?是否需要处理?应该如何处理?

1 水泥混凝土路面微小裂缝进行处理的必要性

当水泥混凝土路面存在贯通性的裂缝时, 水从裂缝处侵入水泥混凝土路面面板底部, 在车辆轮荷载频繁的重压及冲击作用下, 不断侵蚀、冲刷路面面板下部的基层材料, 造成唧泥现象, 使路面面板底部形成脱空区。存在脱空区的路面面板失去了路面基层的支承, 其构造就会被破坏。这一破坏现象在存在贯通性较大裂缝的水泥混凝土路面板上表现得直观且迅速。而由于大部分微小裂缝的深度较浅, 裂缝深度尚未贯穿整个路面板厚度, 在短时期内, 水进入微小裂缝后尚不能侵入路面板底部造成唧泥等破坏。但是, 在车辆轮荷载的冲击作用下, 裂缝内部所形成的高压水不断冲刷裂缝, 使微小裂缝逐渐演变成较大裂缝;另外, 在温度效应的作用下, 水泥混凝土路面板因温缩产生的拉应力会集中在面板裂缝处, 当应力集中达到裂缝处路面板的抵抗上限时, 路面板即在裂缝处被拉断, 从而使微小裂缝变成贯通性的较大裂缝。因此, 虽然水泥混凝土路面的微小裂缝在短期内似乎不会对路面造成破坏, 但在车辆轮荷载的冲击作用、温度效应的作用或是两种影响因素的共同作用下水泥混凝土路面的微小裂缝最终将演变成可对路面面板造成直接破坏的较大裂缝。而且完成这一演变过程所需的时间并不是很长, 大部分微小裂缝在通车一年左右即加剧破坏成为较大裂缝, 最长也不会超过工程施工的保修期。所以, 尽早发现并处理这些微小裂缝是完全有必要的。

2 水性环氧树脂乳液修补水泥混凝土路面微小裂缝的原理浅述

水性环氧树脂乳液是在乳化剂的作用下, 借助加热及高速搅拌等手段使非水溶性的环氧树脂以微粒状态分散在水中所形成的一种稳定的水乳液[1]。其制备方法一般有机械法、化学改性法和相反转法[2], 目前最常用也是效果最好的方法是相反转法。

2.1 修补原理

水性环氧树脂乳液是一种较稳定的水乳液, 视乳化的机理不同, 配制好的水性环氧树脂乳液一般可以贮存24小时以上, 最长可以贮存6个月以上。但是, 当在稳定的水性环氧树脂乳液中加入固化剂后, 水乳液内的环氧树脂即开始进行固化反应, 逐渐积聚并排析水分, 形成水“脂”分离, 最后环氧树脂固化, 水分被排出。最终排析的水分越多, 还原的树脂就越纯, 强度就越高。利用这个原理, 我们在修补水泥混凝土路面裂缝的水性环氧树脂乳液中加入固化剂, 然后将其灌入裂缝中。待水性环氧树脂乳液的固化反应完成后, 析出的环氧树脂即填充在裂缝中, 起到修补裂缝的作用。

2.2 优越性

传统的裂缝处理方法一般有扩槽修补法和低压注浆法。扩槽修补法是通过开槽扩大裂缝, 然后使用环氧树脂等灌缝材料填充修补。此方法一般只能用于修补较大裂缝, 且需要耗费较多的人工、材料, 时间长且不经济。低压注浆法则是采取先封闭裂缝并预留注浆嘴, 然后用低压注浆器进行注浆灌缝的一种方法。此方法虽能修补较小裂缝, 但封缝工序较烦琐, 注浆操作也极为不便。而水性环氧树脂乳液是一种水乳液, 其粘度很小且渗透力强, 凡是水能够到达的地方它都能到达, 故无须扩槽或加压就能修补大小裂缝, 尤其适合修补传统方法所不能修补的微小裂缝, 具有适用性和经济性上的双重优越性。

3 施工工艺研究

3.1 清缝

为了保证固化后的环氧树脂能完全充满裂缝并与裂缝紧密地连接成为一个整体, 需要对裂缝进行清理。清理时采用高压风或高压水冲洗裂缝, 确保裂缝内部清洁无粉尘。

3.2 制备水性环氧树脂乳液

水性环氧树脂乳液的配制工作简要概述如下: (1) 配套设备:精密增力电动搅拌器 (转速3000转/min以上) , 满足需要的搅拌容器; (2) 材料:环氧树脂, 乳化剂, 蒸馏水或洁净的饮用水; (3) 配制方法:在环氧树脂里加入合适比例的乳化剂 (视乳化剂类型及性能而定, 一般为10%) , 然后将其置于精密增力电动搅拌器内边高速搅拌边加水, 待环氧树脂完全以微粒形式分散在水中后即配制完成。配制好的水性环氧树脂乳液颜色均一, 无分层、无沉淀。

3.3 自由灌缝

在自由灌缝前, 需在配制好的水性环氧树脂乳液中加入固化剂并使之均匀混合。一般掺量在10%~20%之间 (重量比) , 掺入固化剂后的水性环氧树脂乳液即可用来灌缝, 一般采用补缝器吸取水乳液注入清理干净的裂缝中即可。由于灌入的是水乳液, 其中只有50%~60%左右的固含量, 所以施工时需注意在第一次灌入的水乳液完成析水但环氧树脂尚未固化前再进行一次或几次补灌, 以保证裂缝中完全填满环氧树脂。

3.4 养护

灌缝完毕后需进行养护。水性环氧树脂乳液的固化析水反应一般在30分钟内完成, 此时可去掉析出的水分, 用麻袋或土工布进行覆盖养护, 养护时间在6~8小时之间。养护期内禁止车辆碾压。

3.5 施工工艺总结

水性环氧树脂乳液修补水泥混凝土路面微小裂缝的施工工艺流程可简要总结为:清理裂缝→制备水性环氧树脂乳液 (若需要) →自由灌缝→后续补灌→养护, 其中制备水性环氧树脂乳液是整个工艺流程中最关键的一个工序, 若无特殊要求或使用量较少, 一般可以购买市场上出售的水性环氧树脂乳液而无需自制。

4 实践应用

广西岑兴高速公路№2标兰冲隧道路面面层设计为厚26cm的C40水泥混凝土路面, 隧道总长1048.47m (折合单线) , 路面宽9.2m。在路面面层的施工过程中, 工地现场因故停电数次, 造成路面切缝未能及时进行, 虽然在来电后迅速进行了补切缝, 但路面面层仍出现了几处干缩裂缝, 裂缝宽度在1mm左右。又因为白天施工时气温较高且广西地区夏季昼夜温差较大, 在临近隧道洞口的几块路面板出现了几处宽度在0.2mm~0.5mm的微小裂缝。根据裂缝大小及现状, 经过对各种裂缝修补方法的比选, 决定采用水性环氧树脂乳液对裂缝进行修补。选定了上虞乾元高分子材料有限公司生产的Q M-618水性环氧树脂乳液及其配套的环氧树脂固化剂, 将QM-618水性环氧树脂乳液和固化剂按比例搅拌均匀后, 用补缝器吸取水性环氧树脂乳液对裂缝进行灌缝并养护, 1天后开放交通。经观察, 用水性环氧树脂乳液处理后的路面裂缝内部密实并与混凝土连接紧密, 基本看不出人工处理的痕迹, 且在开放交通2个月后裂缝无再次开裂现象, 修补效果令人满意。

摘要：在水泥混凝土路面施工过程中, 由于切缝不及时或养护不到位的原因, 水泥混凝土路面常常会出现大小不一的裂缝, 其中以微小裂缝居多。本文通过对水性环氧树脂乳液修补水泥混凝土路面微小裂缝技术的探讨, 研究探讨了水性环氧树脂乳液修补水泥混凝土路面微小裂缝技术的施工工艺。

关键词：水泥混凝土路面,水性环氧树脂乳液,裂缝,修补