市政道路修补材料的研究应用现状分析

高建杰

郑州铁路豫鼎工程检测有限公司（450000）

0 前言

早期最常用的市政道路修补材料是沥青质材料，即在路面裂缝处灌注沥青材料，以达到封闭裂缝的目的，或是在已损坏的路面表面加铺一层沥青混凝土，这只是一种应急方法，不能从根本上解决路面的修复问题。 随着水泥技术的发展，除了常规的早强硅酸盐水泥， 各种新型特种水泥相继出现，如高铝水泥、铁铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、道路硅酸盐水泥、硫酸镁水泥等，为路面的快速修补带来了新的解决途径。

1 修补材料的分类及主要特点

根据修补材料的种类，可将路面修补材料分为无机材料类、有机材料类、无机有机复合材料类。按用途可分为裂缝灌浆修补材料、 板块修补材料、罩面修补材料等。常规的水泥砂浆或混凝土具有强度发展慢、养生期长、易收缩开裂等缺点，很少直接用于修补市政道路。一般需要对常规的水泥砂浆或混凝土进行改性处理， 才能满足市政道路修补材料早、强、快、硬的要求。 常见的无机类修补材料包括快硬水泥砂浆（或混凝土）、膨胀水泥砂浆（或混凝土）、掺复合外加剂的砂浆（或混凝土）、外掺纤维的砂浆（或混凝土）、外掺超细粉的砂浆（或混凝土）等。 有机类修补材料一般具有柔性好、强度高等优点，但也有耐疲劳性差、耐冲击性差、界面结合不好等缺点，且价格较昂贵。 常见的有机类修补材料包括沥青及改性沥青类、环氧树脂类、聚氨酯类、烯类等。 无机有机复合材料类修补材料可以有效弥补各自的缺点，适当降低成本，是目前研究应用较多的市政道路修补材料。 常见的无机有机复合修补料有聚合物细石混凝土、聚合物改性砂浆等。

2 道路修补技术的研究现状

不少企业科研所和高校对市政道路修补技术进行了探索，部分科研成果在实践中得到检验。

西南交通大学的罗建杰[1]对TF 系列水泥混凝土快速修补剂进行了全面的研究，并将其用于成都市三环路修补工程。 实测4 h 抗压强度达到 26.3 MPa，4 h 抗折强度 3.95 MPa。 工程效果良好，得到推广应用。 东南大学罗翥等[2]在普通硅酸盐水泥中掺入快速修补剂SBT-K10，配制的混凝土在标准养护条件下12 h 抗折强度超过 4.0 MPa，而且后期强度稳定增长，具有良好的施工性能。 长安大学的申爱琴教授[3]以普通水泥作为基质材料，用聚合物和高效减水剂作为主要改性剂，开发出新型水泥路面微裂缝修补材料。 经过室内试验满足道路用性能要求 武汉市市政工程有限公司王鸿非和徐波等人[4]以氧化镁、磷镁酸盐和硼砂为主，添加部分矿物掺和料和钢渣粉等，制备了快、硬、早、强磷镁酸盐水泥修补剂。 凝结时间约15 min，2 h 抗压强度达到24 MPa，1d 抗压强度达到 44 MPa， 满足快速施工和短时间开放交通要求。 W·G Wong 等[5]测试了苯乙烯、 丙烯酸酯共聚物对水泥砂浆的动弹模量、冲击韧性和磨耗性能等的影响。当聚合物掺量为15%～20%时，材料的力学性能达到最佳。 W·G Wong 等还提出了胶凝材料内部形成聚合物薄膜的三维网状结构理论模型，论证了聚合物改善砂浆性能的机理。 Su 等[6]研究了不同龄期丙苯乳液改善砂浆浆体性能的过程，观察到了聚合物在水泥颗粒表面形成的一层膜。 聚合物薄层快速修补材料在美国工程应用较早，适用于混凝土桥面、路面的修补工程。 修补材料中掺入一定比例的聚丙烯纤维，增强了混凝土抗疲劳性、 延展性和冲击韧性。 德克萨斯大学Fowler、David W 教授[7]结合相关工程实例系统总结了薄层快速修补聚合物混凝土的性能。 他认为，聚合物混凝土与普通水泥相容性好，刚度大，适宜用于修补10 mm 以下板厚的路面修复工程。在聚合物改性混凝土中掺入纤维可以运用喷涂技术进行薄层修补，较为经济实用。 抗压强度较普通混凝土提高 1～2 倍，弹性模量超出普通混凝土50 %，并且从整体上提高了混凝土结构的耐久性。

3 市政道路修补材料的研究方向

采用普通水泥类修补材料虽然成本较低，工艺简单易行，但养护时间过长，影响交通，而且收缩率大，修复面层容易出现拉裂，新旧混凝土之间的黏结问题未得到有效解决[8]。 环氧树脂类修补材料虽然具有强度高、硬化快、黏结性好的优势[9]，但由于与混凝土膨胀系数相差过大、价格昂贵、耐久性差等原因，一直得不到大规模地推广应用[10]。水泥路面由于受到车载和环境的双重作用，修补材料单一性能的提升并不能有效改善路面的整体性能。 因此作为水泥路面的修补材料应当兼顾强度、柔韧性与耐久性。 和其他修补剂相比，聚合物改性快速修补材料具有早期强度高、凝结硬化快、黏结性能好、耐久性优良等特点，能增强路面结构的抗渗性、抗冻融性。

目前，需要对以下五个方面的修补材料性能进行改善：①增强修补材料的工作性。修补材料流动性相对普通砂浆有了较大提高，间接降低了水胶比，增大了强度；②改善拌和物的和易性。 聚合物具有一定的引气性，因而提升了拌和物的黏聚力和保水性；③提升修补材料的柔韧性。 修补材料抗折强度得到一定程度的提高，而抗压强度变化不大，降低了发生脆性破坏的可能性；④增加抗冲击性能和耐疲劳性能。 用作面层材料能降低磨耗，减少路面出现磨光、龟裂等病害；⑤提高黏结性能。 保证面层与基底混凝土黏结牢固，不容易发生路面起皮、脱落现象。因此聚合物改性快速修补砂浆是目前市政道路修补材料研究和应用的主要方向。