水泥路面环氧砼错台修复工艺初探

2022-07-28黄志新

福建交通科技 2022年3期

■黄志新

（福建省港永建设工程有限公司，泉州 362000）

水泥路面由于具有较高的强度，良好的车辙性能，优异的耐久性、稳定性和夜间行车可视性，并且工程造价适中，各国道路部门对其青睐有加[1]。当然，水泥路面也存在一些问题需要进一步探究和改进。水泥路面在车辆碾压下，往往会出现路面变形，表现为断角、塌落、错台、裂缝、啃边等病害形式，特别是错台病害，是亟待解决而又没有很好解决方案的路面病害之一。为了充分发挥水泥路面优点，克服其不足，多年来一直在摸索探寻一种全新的错台修复新工艺、新材料，以期满足水泥路面错台养护需求。

1 现行错台的处理工艺

错台的处理，分为基础处理和路面处理2 类。若是地基病害原因造成的错台，必须通过压浆等工艺进行处置，基础处置好以后，再行错台的表面修复。本研究着重讨论错台的表面修复，现行的错台表面修复工艺，主要有磨平法和填补法2 种。

1.1 轻微错台处置

高差不大于10 mm 的错台谓之轻微错台，见图1。这类错台的处置，现行工艺一般采用磨平法，效果也比较好。

图1 磨平法示意图

1.2 严重错台处置

高差大于10 mm 的错台称之为严重错台，见图2。现行工艺对这类错台修复一般采用细石水泥砼或细粒式沥青砼进行处治。

图2 填补法示意图

现行严重错台的处理工艺，已经明显不适应水泥路面的养护需求：当采用细石水泥砼或高聚物砂浆进行处治时，需要将拟修复表面凿除20～30 mm，修复面清除干净后，再将水泥砼或者高聚物砂浆倒入修复面摊铺。随着人工成本的逐年提高，这种错台修复工艺，每平方米人工凿除的成本已接近每平方米全部置换的成本，越来越难以被养护单位接受，况且细石水泥砼或高聚物砂浆与原路面的连接亦不理想，在重载、大流量路段使用，很快就会出现破损、脱落；当采用细粒式沥青砼处置时，虽然不需要在修复面人工凿除，但厚度小于20 mm 的沥青砼根本承载不了行车重载的冲击，很快就会出现松散、脱落。

随着重载车辆的日益增多、行车流量的不断扩大，错台病害的修复成为亟待解决而又没有很好解决方案的重要课题，需要按以下要求找到一种新工艺、新材料：与水泥砼路面粘结性能良好，在载荷冲击作用下不脱落；有较高的强度和韧性，在载荷的冲击下不松散；热胀冷缩的升缩性与水泥砼路面相似，在环境气温变化时不产生裂缝；修复工艺操作简便、快捷，且施工成本低廉。

2 新型错台修复材料的选择

为了适应重载荷、大流量路面错台修复，研究跳出养护规范，试用了市场上出现的几种新材料、新工艺。

2.1 超早强型混凝土结构修补材料

此类材料基料为水泥，是主要的结合剂，主骨料为石英砂，辅料为高分子胶粉、添加剂为高效减水剂、早强剂、膨胀剂、防离析剂等[2]。通过选用北京中德新亚建筑技术有限公司的护砼一号作为试验材料，并在G228 线K5015+000～K5016+100 段、G358 线K142+000～K143+000 段做了铺筑试验，试验结果见表1。

表1 新型错台修复材料筛选检测

2.2 水性环氧树脂砂浆

此类材料基料为水性环氧树脂，固化剂为水性固化剂，粘附剂为水泥，填料为细砂，骨料为细石。通过选用上海可惠新材料科技有限公司的CAN107-3 型水性环氧砂浆作为试验材料，并在G228 线K5017+000～K5018+100 段、G358 线K145+000～K146+000 段做了错台修复试验。试验结果见表1，从检测结果看，施工后24 h 只能开放小型客车。在做试验路时，开放交通要在3 d 以后。该型材料封闭交通时间太长，不适合做错台修复材料。

2.3 油性环氧树脂砂浆

此类材料基料为环氧树脂，固化剂为有机氨类，骨料为石英砂。通过选用湖北星聚建材实业有限公司油性环氧修补砂浆作为试验材料，并在G228线K5020+000～K5021+100 段、G358 线K150+000～K151+000 段做了错台修复试验。试验结果见表1。

为了满足重载、大流量路段错台修复的工艺要求，在油性环氧砂浆的基础上，探索一种全新的环氧基类的错台修复材料。环氧砂浆的主剂为聚合物环氧树脂。采用了在环氧树脂中加入热塑性聚合物、刚性分散相、柔性链段进行增韧，在充分保持环氧树脂强度好、粘结性能优异的同时，提高交联固化后环氧树脂耐疲劳、耐热、抗冲击韧性性能。

油性环氧砂浆的主剂，选用了E-44 型环氧树脂加入25%的E-51 性环氧树脂复配体；固化剂选用有机胺类固化剂T-31；稀释剂选用非活性X833；增韧剂选用聚氨酯、丁腈羧胶配制出环氧基错台修复剂。配方如下：环氧树脂∶丁腈羧胶∶聚氨酯∶氧化镁∶氧化铝∶偶联剂∶固化剂∶稀释剂∶填料=15∶15∶13∶4∶10∶10∶8∶7∶0.5（质量比）。试制出的环氧基错台修复剂，抗压强度达到85 MPa。

试制的环氧基错台修复剂在S215 线K214+000～K215+000 段进行了试验路铺筑，试验结果见表2。

表2 S215 线K214+000～K215+000 试验路检测记录（环氧基错台修复剂）

从检测结果看，施工后2 h 就能开放交通。在做试验路时，保守采用3 h 开放交通。从1 年后的观察结果看，几乎没有破碎、脱落产生。但是这种错台修复剂单价24 000 元/t，需要10 kg/m2左右，材料成本240 元/m2左右，如果直接使用，虽然效果极佳，但材料成本极高，几乎没有推广价值。

3 错台修复环氧砼级配设计

3.1 环氧基错台修复剂配制环氧砂浆

按照环氧砂浆的配制方法，将环氧基错台修复剂和单一粒径石英砂按1∶1、1∶2 进行了掺配，在S215 线K214+000～K215+000 段进行了试验路铺筑，试验结果见表3。

表3 S215 线K214+000～K215+000 试验路检测记录

从以上2 组试验数据分析，环氧基错台修复剂掺进石英砂以后，各项指标都略有下降，但不影响使用。1 年中持续观察，重载车道靠近错台修复面外沿薄层处有仍有少量破碎、脱落，说明环氧基错台修复剂配制的环氧砂浆抗压强度略差。显然，用环氧基错台修复剂配制的环氧砂浆仍然承受不了重载车辆的载荷冲击。

3.2 环氧砼石英砂骨料的确定及掺量的确定

考虑到水泥砼的强度远高于水泥砂浆，试着把石英砂按一定的级配和环氧基错台剂配制成环氧砼试铺。

骨料采用与环氧基错台修复剂不发生化学反应的惰性材料：石英砂。其中：T205 为20～40 目石英砂，作为骨料使用；T206 为70～120 目石英砂，作为骨料使用；T209 为200 目（或以上）石英粉，作为微细集料使用；Y157 为200 目（或以上）调色矿粉，考虑到环氧基错台修复剂成型后颜色偏褐色，使用了调色矿粉，即作为微细集料使用，亦作为颜色调料使用；根据郭文瑛[3]最紧密堆积的原则，通过实验得到T205、T206、T209、Y157、环氧基错台修复剂的密度与堆积密度，首先用T205 的堆积密度计算出所需的T205 用量，再用T205 的表观密度与堆积密度之间的差值计算T205 堆积之后剩余的空隙，然后再用相同的计算方法，计算T206、微细集料T209、Y157 的用量及错台修复剂的用量。

经过长时间试验、摸索，确定了石英砂及微细集料最佳配比T205 ∶T206 ∶T209 ∶Y157=14.5 ∶27 ∶12.4∶9.5。

3.3 环氧基错台修复剂用量对抗压强度的影响

由于环氧基错台修复剂黏度较大，如果环氧基错台修复剂用量少，环氧基错台修复材料－环氧砼将很难搅拌，因此可以提高环氧基错台修复剂用量以改善环氧砼的搅拌性能，但环氧基错台修复剂增多会提高环氧砼的成本，影响环氧砼的强度。表4为环氧基错台修复剂用量对抗压强度的影响

表4 环氧基错台修复剂用量对抗压强度的影响

从表4 可知，在第1 d、第7 d、第28 d 所取得试件，强度相差不大，仅仅在3 h 的取样，强度稍差，但也达到了最终强度的60%以上，可以开放小型车和轻型货车通行，1 d 以后可以完全开放交通；环氧基错台修复剂用量的增加，对终极强度提高不明显，但3 h 的强度明显降低，会直接影响快速通车，同时加大施工成本。

经过长时间试验、摸索，确定了环氧基错台修复材料－环氧砼最佳配比为环氧基错台修复剂A∶环氧基错台修复剂B∶T205∶T206∶T209∶Y157=24∶14.5∶27∶12.4∶9.5。

按此配方，选择重载车辆多、车流量大的G356线K144+000～K145+000 段做了试验路铺筑，试验结果见表5。

从表5 可知，环氧砼试验路面施工后2 h 即可限速开放交通，4 h 可以正常开放交通；试验路经过1 年的观察，几乎不见破碎、脱落情况；与水泥砼路面粘结性能良好，在载荷冲击作用下不脱落；有较高的强度和韧性，在载荷的冲击下不松散；热胀冷缩的伸缩性与水泥砼路面相似，在环境气温变化时不产生裂缝；修复工艺操作简便、快捷，且施工成本低廉。

表5 G356 线K144+000～K145+000 试验路检测记录（环氧砼）

按此配比，每1 t 环氧基错台修复剂、2.2458 t石英砂、0.3958 t 调色矿粉可以配制3.64 t 环氧砼，按环氧基错台修复剂24 000 元/t、石英砂1 000 元/t、调色矿粉2 000 元/t 结算，环氧砼单价7 428 元/t，需要11 kg/m2，材料价格81.71 元/m2。

4 环氧基错台修复材料施工工艺

环氧砼错台修复工艺，不需要大型施工设备、不需要复杂的操作工序，特别适合养护班组现场使用：首先要对拟修复错台面进行预处理，把油污、松动部分清理掉，用强力吸尘器或强力风机把拟修复错台面清理干净；再沿拟修复错台面粘贴胶带、错台处安装隔离板，错台修复宽度，必须保证修复后的坡度≤2%；以上准备工作完成后，按规定配方配制粘层油并均匀涂抹在拟修复错台面；待粘层油漆干透后，开始按规定配方配制环氧砼并铺筑在拟修复错台面，随即撒布防滑陶瓷颗粒；环氧砼初凝后去除胶带并回收修补面上多余颗粒，环氧砼凝固后开放交通。工艺流程图见图3。

图3 环氧基错台修砼施工流程

5 错台修复环氧砼施工工艺应用

错台修复环氧砼施工工艺已在泉州市公路局G228 线、G356 线、G358 线、S507 线、S215 线、S217 线、S310 线、S312 线使用达到1 万多m2，通过对比福建省2018 年度、2019 年度、2020 年度、2021 年度公路检查数据，PCI 值平均提升2.5、PQI 值平均提升3、RQI 值平均提升1.5，双向二车道平均费用2.5 万元/km，效果较现行工艺有明显提高。施工前后对比见图4。