水泥混凝土路面不同于其他混凝土结构物,它是裸露在大自然中的带状结构,路面不仅要经受车轮荷载的重复作用,而且还要经受大气温度周期性变化的影响。因此,嵌入路面裂缝的材料应具备良好的物理性质、化学性质、力学性质及耐久性。通过大量的混凝土路面裂缝病害和处治效果的调查分析,考虑到水泥混凝土路面结构、材料及施工等方面的主要影响因素,作为理想的路面早期裂缝修补材料,应具备以下性能:

1)与旧混凝土具有良好的相容性。通常要求混凝土路面板应具有较高的弯拉强度、表面平整、抗滑、耐磨。作为混凝土裂缝,特别是早期裂缝的灌缝材料,应尽可能与基质混凝土相容,其相容性具体表现在弯拉强度、粘结强度、收缩系数、弹性模量、泊松比、耐久性、热膨胀系数及化学活性、颜色相近等方面。为了保证新旧材料各种性能的相容性,最好应选用无机材料作为基质材料,并通过外捻剂进行改性,以改善和提高製缝修补材料的路用性能。

2)工艺性质。良好的工作性能是保证混凝土路面裂缝修补是否成功的关键,它包括流动性、可濯性、易密性等。裂绾修补的实质在于胶结、增强与加固,如何将修补浆通过灌浆工艺完全注入裂缝,使带有裂缝的混凝土路面板块变成一个整体,这涉及到浆液的流动与变形性能,其研究的理论基础为流变学。一般混凝土微裂缝修补浆体中含有固、液、气三相,属不均匀介质,用流变学理论很难描述其流变性能,因此,实际中常用经验参数控制施工。

3)凝结时间。工艺过程完成后,快速凝结硬化是路面裂缝修补的根本要求。作为水泥混凝土路面裂缝修补材料,一旦灌人路面缝隙,要求能尽快的凝结硬化或固化,尽早通车,减少道路运营障碍和经济损失。水泥水化过程受温度的影响较大,温度越高,水化越快,凝结硬化则越快。为了提高浆体的流动性及粘结强度,研究中将采用案合物改性水泥,但一般聚合物对水泥凝结有滞缓作用。因此,希望在满足工作性能的基础上,尽可能缩短修补材料的優结时间,终凝最好控制在1h20min~2h40min之内。

4)弯拉强度。与通常建筑结构混凝土相比,路面混凝土除车辆静载作用外,还承受冲击、振动、疲劳、磨损等作用,而路面裂缝修补材料同样承受这种作用。因此,修补材料的弯拉强度也应符合《公路水泥混凝土路面设计规范》(TJG  D40-2002)中规定,即应具有与原水泥混凝土路面相当的抗弯拉强度和抗压强度,方能与基质混凝土一起承受外来荷载。一般情况下,裂缝修补材料的抗弯拉强度因交通等级不同而控制在4.0~5.0MPa,相应的抗压强度分别控制在25.0~35.5MPa。

5)界面粘结性能。路面混凝土製健修补后,能否与旧混凝土协调一致地工作,其中一个重要的因素是混凝土裂缝修补界面的粘结性能,它关系到修补的成败以及能否避免二次破坏。工程实践表明:修补界面往往是修补结构中的薄弱部位,由于界面两种材料的性能不同,特别是新材料的收缩会削弱接触面的粘结,而且随着时间的推移,其粘结性能会不断劣化,降低路面板的承载力和耐性,导致新旧界面不能协调工作,达不到预期的修补效果。

6)收缩性能。裂缝修补材料的收缩性能直接影响到修补界面的粘结性能。在进行裂缝修补时,路面混凝土已完成了收缩,而新注人的裂缝修补材料的收缩刚刚开始,必将在界面上造成剪切和拉应力,在荷载及环境因素作用下,可能使界面出现二次开裂。因此,应尽量降低修补材料的收缩,使其具有较原路面混凝土更低的收缩,甚至产生微膨胀性能,在界面上产生压应力,以获得理想的界面粘结,从面使界面的过渡层的密实性能得到改善,以提高裂缝修补质量。

7)耐久性。同混凝土路面一样,裂缝修补材料港人路面缝隙后,仍裸露在大气中,经受雨水的渗入、阳光的照射、污水的腐蚀以及车辆的反复磨损。以往使用的有机裂缝修补材料,如沥青类材料,在温度、氧气、阳光和水的综合作用下,会发生一系列的挥发、氧化、楽合,导致材料组分发生变化,严重影响修补效果。因此,要求路面修补材料应具有抵抗这些介质侵入和损害的性能。

8)变形能力。作为路面裂缝修补材料,同样要经受车辆动荷载的冲击振动作用、因此,要求修补材料应具有一定的变形能力,以松弛瞬时荷载,防止修补材料中或界面上重新产生并发生新的裂纹。描述材料变形能力的参数通常可用材料的弹性模量E,一般普通混凝土路面板的弯拉弹性模量为(20~30)×10'MPa,因此,要求裂缝修补材料的弯拉弹性模量应小于基准材料的弹性模量。

9)环保性。从环保角度出发,提倡使用“绿色材料”,将“以人为本”的理念贯穿在材料开发及应用的过程中,而无机修补材料符合这种发展趋势。

10)经济性。在满足力学性能、施工性能、耐久性的前提下,尽量降低材料单价,研制出性能优越、价格便宜、便于推广的混凝士路面裂缝修补材料。