混凝土裂缝修补国内外进展复习过程

1、第二部分1. 混凝土裂缝修补材料的研究进展及国内外实施效果1.1 混凝土裂缝修补材料的研究进展 目前混凝土裂缝修补普遍采用的材料有有机材料、无机材料和有机 - 无机复 合材料。有机类包括沥青及改性沥青类、环氧树脂类、聚胺脂类和烯类等。无机 类包括快硬水泥混凝土、 膨膨膨胀水泥混凝土、 掺复合外加剂的混凝土、 外掺纤 维的混凝土和外掺超细粉的混凝土等。有机 - 无机复合类有聚合物细石混凝土， 聚合物浸渍混凝土等。国外研究进展 近年来，国外针对水泥混凝土裂缝的修补材料及修补工艺， 进行了诸多研究。各个国家有许多科研机构和学者都在潜心研究开发新材料、 新工艺， 解决裂缝问 题。美国、日本等国家将常用

2、于建筑混凝土结构裂缝修补的环氧树脂进行改性， 研究出适合用于混凝土路面所需要的抗冲击韧性较大的改性环氧树脂灌浆材料。还有些国家研制出了低粘度聚合物稀浆用于裂缝宽度为0.5mm左右的细裂缝修补，用掺加高分子材料的聚合物水泥砂浆及合成聚合物和焦油为主的油灰胶泥修 补较宽的裂缝， 用延性较好的聚氨脂树脂、 橡胶煤焦油填补缝料进行路面的接 缝修补。化学灌浆材料可以灌入微细裂缝，凝固时间从几秒到几十小时内均可调节。 但是，化学浆材的价格高，配方复杂，有些具有毒性。为此，日本开始生产使用 超细水泥，第一个超细水泥品牌是MC-50Q它是波特兰水泥和粒化高炉矿渣以4:1的比例混合而成，当时还生产了一种更细的超

3、细水泥MC-10Q比表面积达1300nVkg，它是由磨细高炉矿渣通过氢氧化钠碱激发而成，其尺寸大于7.8 ym的颗粒含量小于 3%。为了能将浆体灌入细微裂缝，1982年一1984年间，Shimoda和Clarke分别 用超细水泥加固具有微细裂缝的岩土体， 当时他们使用的超细水泥是日本奥罗达 水泥联合公司生产的 MC-500号水泥，粒径为1-15卩m浆液可注入到 3.75 X 10-4m/s 的细砂层。自超细水泥问世以后， 各国都大量地用于加固及修补 （缝）工程。美国的工程 实践表明 : 超细水泥浆液可灌人细砂和细裂缝的岩石与混凝土中，其可灌性与化 学浆材相当。加拿大 K.Salen 和 T.M

4、rizx 在论文中指出 200 年以来灌浆浆液的特 性已发生很大变化， 由简单泥浆悬浮液到水泥浆悬浮液、 化学浆液直到超细水泥 新品种。在这些材料中， 对于浮动裂隙或低温下进行灌浆加固， 则推荐使用超细 水泥。瑞典 R.Bocrhardt 指出超细水泥及添加剂的生产， 使灌浆工艺获得了新的 可行方法，很多化学灌浆材料耐久性差，而且对环境有污染。日本SHO-BON开发了拥有国际专利的“壁可”注入法(BCIS)，突破了传统 裂缝维修方法的局限性，利用合成橡胶管状注人器的自然弹性产生 O.3MPa的压 力最终将高分子树脂修补材料缓慢持续地注人仅 0.02mm宽的裂缝末梢。瑞典的奥兰特 (Olnad)

5、 大桥在维修桥墩裂缝时，就采用无裂缝的“外包混凝 土”进行修补，即在原有结构的周围包以新的混凝土，其新颖之处就是用滑移 层来防止裂缝。K.P.Ramesh;S.S.Bnag 等开始研究具有生命的混凝土，即细菌混凝土，它可 以自己修复裂缝。 这项技术很让人期待， 因为由于微生物的作用， 矿物可以自由 的、自发的聚合。 因为细菌的细胞壁呈阴性， 聚合在细胞壁表面的金属离子非常 坚固，因此他们最终变为晶体而填充混凝土内部的空隙和裂缝。Li.Victor ， C.Soucre 等人研究了界面裂缝侦察的概念，并通过一个典型的 混凝土修补体系，验证这种机理的可行性。通过这种微结构形成的 Engnieeer

6、d Cementitiuos ComPosite(ECC) 被用作修补材料，通过试验证实，这种材料在修 补界面裂缝中最有成效。对于相同的几何条件和荷载环境，这个ECC修补系统更 强大、更有韧性，相对于其它修补材料，它能更好的控制裂缝宽度。美国的混凝土协会， 英国的水泥与混凝土协会、 欧洲混凝土协会， 俄罗斯的 混凝土及钢筋混凝土研究院等。其产品有：美国的QUIKRET系列产品，可用于各 种建筑的混凝土裂缝修补， 但对于水泥混凝土路面裂缝大批量的修补， 造价太高 ; 日本住友大阪水泥公司开发出 “放心修补棒” 修补混凝土裂缝， 施工工艺非常简 单，但它的耐久及防水性不好， 用于混凝土路面的长期效

7、果不好。 印度对有机修 补材料研究的较多，如 M-72修补剂，含有环氧树脂、苯甲基乙醇等有机物，粘 结强度很大。美国开发的“派拉蒙特” (Pyrament) 混合水泥拌制的混凝土， 4h 抗压强度达到13.4MP&该水泥在纽约州12h完成一座桥梁接缝的修复。日本广 泛应用调凝水泥 （或称喷射水泥 ） 进行路面维修，可在 12h 以内完成并恢复交通。 国内研究进展国内早期最常使用的水泥混凝土路面修补材料为沥青质材料， 即在路面板的 裂缝、断板处灌以沥青，以起到封闭裂缝的作用。这种方法只是一种应急措施， 不能从根本上解决混凝土路面裂缝的问题。自上世纪 80 年代以来，我国一些大专院校、科研

8、机构加大了对路面裂缝修 补材料研究的力度，陆续研制出了新的裂缝修补材料，用于水泥路面养护工程。 裂缝修补材料根据其功能可分为补强材料和密封材料。 当水泥混凝土路面由于裂 缝造成强度不足时， 宜选用补强材料， 使其恢复整板的传荷能力。 当水泥混凝土 路面仅出现贯穿裂缝， 而面板强度仍满足通车要求时， 为防止雨水等的侵蚀， 使 裂缝扩大而削弱路基，可选用密封修补材料，将裂缝封闭。典型的补强材料有可用于灌缝的环氧树脂及各种改性环氧树脂、 酚醛及各种 改性酚醛树脂类胶粘剂， 用于裂缝条带修补的水泥基无机胶凝材料 （如掺 JK 系列 快速修补剂的早强快硬修补混凝土 ） 。密封修补材料主要指聚氨醋类、烯类

9、、橡 胶类、沥青类胶粘剂。环氧树脂类修补材料的主要组分是环氧树脂， 它是含有两个以上环氧化基团 的高分子化合物，常见的环氧树脂可分为两类，一类是缩水甘油基型环氧树脂 ; 一类是环氧化烯烃。 水泥混凝土路面修补中使用的环氧树脂类材料大多属缩水甘 油基型，常用的有多元酚和多元醇制备的双酚 A 环氧树脂。由于环氧树脂本体 延伸率低， 脆性大，当与旧混凝土胶接时， 胶结面承受外应力很快会造成缺陷区 扩展，裂缝蔓延，从而导致胶层开裂，使胶接处不耐疲劳。因此，必须对环氧树 脂进行改性，即加一些低分子液体改性剂、增柔剂、增韧剂等。既要充分利用环 氧树脂本身强度高、 粘附力强的优点， 又要通过改性， 降低其脆

10、性，提高延伸率。 最常用的改性环氧树脂有 : 聚硫改性环氧灌浆材料、 914双组分决速固化裂缝修 补材料、江苏建筑科学研究院研制并生产的 JNV修补加固剂。聚氨脂胶液是一种胶接性能很好的水泥混凝土路面裂缝修补材料。 由于聚氨 脂具有柔性的分子链， 它的耐振动性及抗疲劳性能都很好。 聚氨脂还有一个重要 的特点是它的耐低温性能好，比所有其他任何有机类的胶粘材料耐寒性能都优异。因此，用聚氨脂配成的裂缝灌浆材料耐气候性好， 在各个季节和各个不同地 区都可使用常用的聚胺脂类灌浆材料有 : 多异氰酸酷胶粘剂、端异氰酸醋基聚氨 醋预聚体型胶粘剂、甲苯二异氰酸醋及其胶凝剂、PU聚氨醋密封胶及S55-4型聚氨脂

11、防水涂料。烯类裂缝修补材料主要采用烯类聚合物配制而成， 通常有两大类， 一类是以 烯类单体或预聚体作胶粘剂，在固化过程中发生聚合反应 ; 另一类是以高分子聚 合物本身作胶粘剂， 如热熔胶、 乳液胶粘剂和溶液型胶粘剂常用的烯类修补材料 氰基丙烯酸醋胶粘剂、 （甲基）丙烯酸醋树醋胶粘剂及聚醋酸乙烯乳液胶粘剂。浙江省水利河口研究院研制出了用于水利工程的XYPEX塞帕斯）渗透结晶材料和HK-HG10氐粘度快固化化学灌浆材料；南京大学李晓、徐玲玲等采用引发 剂、增塑剂等合成了高分子聚合物-甲基丙稀酸甲脂（MMA基混凝土修补材料；管 学茂，胡曙光等按逐次叠加原理和正交设计方法， 配制出了超细高性能灌浆水泥

12、 （MHPGC,并对其材料的组成和结构、微观结构进行了研究，研究表明：在（MHPGC） 中合理地掺人粉煤灰、矿渣、膨胀剂、石膏等材料，能产生叠加效应，显著提高 强度，减少熟料。黑龙江孙晨红、内蒙古的郎宏培分别使用树脂类胶粘剂和玻璃钢粘结工艺修 补混凝土路面裂缝。 水利部小浪底水利枢纽工程建设管理局、 中铁十六局集团公 司北京地铁指挥部、 郑州水利学校、 河南水利第一工程局等在小浪底高性能混凝 土裂缝补强与加固工程、 混凝土挡土墙工程、 混凝土裂缝渗漏水处置中分别采用 了超细水泥、碳素纤维、水玻璃灰浆等修补材料。另外，环氧玻璃钢、 “克来福” 改性沥青、 聚合物砂浆、 环氧胶泥、 水乳环氧水泥砂

13、浆等材料在混凝土裂缝修补 中得到应用。 济南大学、 中科院兰州物理化学研究所、 交通部公路科研所等单位 用高分子乳液聚合物为主要成膜物质， 辅助其它助剂配置成了成膜性能好、 不损 坏混凝土路面、无毒无味无色的高分子乳液型水泥混凝土路面养护材料剂。广东省交通科学研究所主持了 “聚合物型混凝土修补材料PCF研究”课题，所开发的有机材料具有粘结强度高、硬化速度快、初期粘度氐、渗透性强、压灌 注效果、耐疲劳性能抗老化性能好及施工方便等优点。铁道部科学研究院生产的ZV型混凝土修补胶，是以高分子共聚物为基本原 料，掺加适量的改性剂、有机助剂配制而成，具有无毒、无味、无腐蚀、不燃、耐酸、耐碱等特点， 它和水

14、泥为基材配制而成的聚合物水泥浆或砂浆， 能封闭混 凝土表面细微裂缝，填充修补混凝土裂缝或缺陷。山东建材学院SCQ研究室研制的5CQ-251型混凝土公路路面裂缝补缝剂，是一种聚合物水泥砂浆修补材 料，粘结强度较普通水泥砂浆要好，适用于较宽的裂缝。1.2 混凝土裂缝修补国内外实施效果（1）广东佛山市南海区公路局的应用高性能快速修补混凝土效果2000年在广东省佛山市南海区公路局管辖区的盐南线应用掺CUFA-24的高性能快速修补混凝土对普通混凝土路面进行了快速修补抗折强度能达到设计强 度的70%（5x70%=3.5MPa及以上，该修补区的混凝土 24h达到开放交通的要求， 取得了非常好效果。 直接节约

15、材料经费 596.7 万元。与采用普通混凝土进行修补 相比可节约的人工、机械台班等费用 83.18 万元;间接经济效益 3900万元;社会 效益 480万元;经济效益总计为 5059.88 万元。该技术现已在广佛高速、 G321、 G325 5112、5361、X493佛平线等主要交通干线推广应用。（2）成渝高速公路修补工程成渝高速公路养护公司采用成都天福特种工程材料公司的“TF-3 ”快速修补剂对成渝高速公路重庆段的水泥路面存在的， 如桥梁伸缩缝、 涵洞、桥面铺 装以及部分水泥混凝土路面病害进行修补。 但成渝高速公路的交通量很大， 尤其 是重庆段的交通量更是明显增加。 因此，对原路面结构物附

16、近或水泥混凝土路面 病害的整治，要求保证不能封闭交通。施工完后，经该公司质检中心检测，按 C30配合比取样检测，8小时抗压强度达28.1MPa 12小时强度达30.1MPa,且 其微膨胀性使自身与原路面结合良好， 无裂缝。使原来单座维修涵洞的工期提前 10-15 天完成，缩短了交通封闭时间，社会经济效益非常显著。（3）川黔铁路钢筋混凝土 n 型梁裂缝修补1994 年初川黔铁路贵阳、息烽、桐梓等工务段管内，有一批 60 年代施工 的16米n型普梁，严重开裂破损，裂缝数量较多，有的宽度达 10mm保护层已 脱离，钢筋已有明显锈蚀。铁道部科学研究院采用T型弹力补缝器对裂缝进行注 浆修补（用TK型注缝

17、胶）；保护层严重脱落处用聚合物快硬砂浆修补；其它微细裂 缝用涂膜封闭（ZV型修补胶和普通水泥配制），修补效果良好。（ 4） 瑞典的奥兰特 （Oland） 大桥“外包混凝土法”修补奥兰特（Oland）大桥全长6072m是欧洲最长的一座大桥。它建于1968 -1972 年。自从 1990 年以来，奥兰特大桥经历了一次全面的维修。等到竣工时， 156 个桥墩就修补了 11 个。桥墩采用“外包混凝土”进行修补，即在原有结构的周 围包以新的混凝土， 其新颖之处就是用滑移层来防止裂缝。 一般的做法就是在旧 混凝土上浇注新混凝土， 最好是在粗糙的面上， 以便获得最大的粘结力。 但是在 试修补期间， 在外包的

18、混凝土结构上发生了裂缝。 所以后来在旧混凝土桥墩与外 包混凝土之间做了一层滑移层， 这才消除了外包混凝土上的裂缝。 外包混凝土是 用液态氮来冷却的，用以限制由温度变化而引起的混凝土的收缩。（5）美国 “派拉蒙特” （Pyrament） 水泥美国开发的“派拉蒙特” （Pyrament） 混合水泥拌制的混凝土， 4h 抗压强度 达到13.4MPa该水泥在纽约州12h完成一座桥梁接缝的修复。在寒冷的冬天， 5小时内重建了肯塔基州的巴克地方 7.6mx 18.3m的机场跑道。（6）美国新泽西州路面修补中掺加早强剂在八十年代末期， 为解决水泥混凝土路面的修补而引起交通阻塞问题， 开展 了快速摊铺混凝土的

19、研究，该研究中除采用特种水泥 （如快硬硫铝酸盐、碱激发 铝硅酸盐水泥 ）外，还有在混凝土中掺入快硬早强剂等；也有一些部门通过掺加 早强剂（或促硬剂）如硫酸盐、氯盐等来达到提高混凝土早期强度的目的。 如美国 新泽西州南部 295 号州际公路水泥混凝土路面修补工程中就采用了促硬剂和高 早强的高效减水剂，同时水泥用量达474kg/m3, 7h混凝土抗压强度达17MPa抗 弯强度约为2MPa 10小时后开放交通。研制的 Roadpatch H修补材料而应用广 泛，该材料是由水泥砂浆、钢纤维、丙烯酸类乳液改性剂复合而成，其修补后效 果较好。2. 基于全寿命优化理论沥青砼路面车辙预养护分析 沥青混凝土路面

20、车辙预防性养护的经济性和有效性在很大程度上取决于采 取预防性养护最佳时机的确定， 应用预防性养护太晚会导致差的路面性能， 太早 应用预防性养护又回引起别的路面问题和资金浪费。 Peshkin 等在 NCHRP523 报 告中提出的效益 -费用比的方法奠定确定预防性养护时机的框架。此后国内外对 于预防性养护最佳时机的研究都是围绕如何准确的评估不同防性养护措施在整 个寿命周期内的效益和费用两方面来进行研究。为了对各种典型的预养护措施的经济评价具有可比性，采用寿命周期法计算各项预防性养护的效益。寿命周期费用分析(Life-Cycle Cost Analysis )是在 一定的时期内，通过分析某一路段初建费用和以后的折扣费用来评价其经济价值 的过程，寿命周期评估法是目前应用比较广泛的一种方法。预防性养护要求提前支付养护费用，但是它推迟了昂贵的路面大修的时间，从而带来了养护效益。在不同时期支付同样多的费用