浅谈水泥聚合物混凝土在桥梁伸缩缝修补中的应用
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发布者：周召伟 荆从明 褚清凯
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时间：2014年2月22日 14:10
浅谈水泥聚合物混凝土在桥梁伸缩缝修补中的应用
周召伟 荆从明 褚清凯
（山东高速潍莱公路有限公司 山东青岛 266700）
【摘要】通过对水泥聚合物混凝土的内部结构和力学性能分析，
利用其解决桥梁伸缩缝薄层修补强度低、养生时间长的问题，使修
补完成后在24h 内开放交通，实现对桥梁伸缩缝水泥混凝土的快速
修补。
【关键词】水泥聚合物；混凝土；应用
1. 引言
自1999 年荣潍（原潍莱）高速公路建成通车以来，经过十多
年的负载运行，多处桥梁伸缩缝混凝土出现裂缝、骨料外露，局部
甚至出现坑洞，严重影响车辆通行舒适性，同时也给车辆通行造成
安全隐患。在进行修补时，普通混凝土因受到薄层修补强度低、混
凝土养生时间（一般不少于7 天）长的限制，修补质量较差，封闭
交通占用车道时间较长，给车辆通行造成极大的安全隐患。
2. 水泥聚合物混凝土简介
将聚合物搅拌在混凝土中，聚合物在混凝土内形成膜状体，填
充水泥水化产物和骨料之间的空隙，与水泥水化产物结成一体，起
到增强同骨料黏结的作用。水泥聚合物混凝土与普通水泥混凝土相
比，不但提高了普通混凝土的密实度和抗压强度，而且显著地增加
抗拉、抗弯强度，不同程度地改善了耐化学腐蚀性能和减少收缩变
形等。由于水泥聚合物混凝土配制工艺比较简单，利用现有普通混
凝土的生产设备即能生产，因而成本较低，实际应用较广。
3. 水泥混凝土结构分析
3.1 普通水泥混凝土
水化后的水泥浆将砂石骨料紧密地包裹并粘结在这一空间立体
网状结构中，使水泥、砂、石形成牢固的整体。但是，混凝土在凝
结、养生过程中，随着水化、蒸发，混凝土内部水分逐渐失去，它
所占的空间，一部分由水化时产生的水泥凝胶和晶体的体积膨胀而
填充；另一部分则以孔洞的形式留在混凝土内部。
3.2 水泥聚合物混凝土
针对普通水泥混凝土抗拉强度低、抗裂性差、韧性和延伸性较
差的缺点，人们将有机物掺入混凝土，研制出水泥聚合物混凝土以
改善其性能。当聚合物与水泥混凝土混合后，聚合物乳液颗粒均匀
地分散在水泥浆中，形成聚合物- 水泥混合体系。
在水泥聚合物混凝土结构内部，聚合物分子之间相互粘结，在
水泥水化物的空隙之间形成空间立体网状结构，水泥水化物颗粒和
聚合物颗粒各自形成的空间立体网状结构，相互粘结穿插和交织，
又形成了一个更紧密、更牢固的有机、无机复合空间立体网状结构。
4. 桥梁伸缩缝修补试验
4.1 施工工艺
4.1.1 工程概况
如图1 所示桥梁伸缩缝，水泥混凝土与沥青混凝土结合部有贯
通横向裂缝，行车道位置有坑洞两处。2012 年5 月14 日上午，对
此桥梁伸缩缝混凝土进行了修补试验，破拆深度50 ～ 130mm，修
补面积3.75 平方米，修补材料使用水泥聚合物混凝土。5 月14 日
上午8 ：00 准备工作开始，11 ：50 浇筑水泥聚合物混凝土结束，5
月15 日中午12 ：00 开放交通。开放交通时到现场观察，修补效果
良好。
4.1.2 施工工艺
上午8 ：00 开始，首先对超车道、行车道破碎、开裂的混凝土
进行破拆，露出坚实、完好的混凝土，然后清除松动的混凝土碎块，
钢筋除锈，冲洗断面。
按照水和聚合物1：1 的体积比拌制稀释液，待破拆断面晾干后，
将稀释液均匀涂刷在断面及外露钢筋上，确保无遗漏和积液。
按照水泥（42.5 硅酸盐水泥）：砂（中砂）：碎石（粒径5 ～ 20mm）
=1.5 ：2 ：4 的质量比，水灰比0.5 ：1（水：水泥），加入相当体积
的水泥聚合物稀释液拌制混凝土，浇筑、震实、提浆、抹面。
上午11 ：50，抹面完成后用浸水草袋进行覆盖养生。
4.1.3 强度检测
抽取了一组试块进行了24 小时抗压强度检测，标准试件值达
到11.0 兆帕，详见表1。
表1 水泥聚合物混凝土试件抗压强度
养护
方法
龄期
（天）
规格
（mm）
破坏
荷载
（kN）
抗压强度
试验标准
单个值代表值
标准试
件值
标准
养护1 150×150
×150
247.1 11.0
11.0 11.0 GB/T50081-
251.0 11.2 2002
245.0 10.9
4.1.4 施工主要机具
桥梁伸缩缝的修补施工，受到施工条件限制，要求简便、灵活，
所需主要机具如下：单排卡车2 辆；空压机1 台；风镐6 个，配有
不同粗细的镐钎；发电机1 台；切缝机1 台；插入式振动棒、平板
振动器各1 台；鼓风机1 台；高压清洗机1 台；钢丝刷子若干个，
毛刷子若干个；刮板、抹子各1 把；台称1 台；稀释液拌合大桶1 个，
计量小桶4 个。
4.1.5 施工中应注意的问题
（1）修补材料采用人工现场拌和，材料称重要准确，严格控制
配比中的用水量。
（2）聚合物稀释液一定要搅拌均匀，搁置时间不宜过长，否则
要重新搅拌后使用。
（3）修补材料属于快凝材料，材料拌和与摊铺、振捣、抹面作
业要紧密配合，尽量减少间隔时间。
（4）养生时间要有专人看管，夜间要加强作业区警示、照明。
图1 ：病害状况 图2 ：凿除 图3 ：浇筑
4.2 跟踪观测
从2012 年5 月15 日修补完毕开放交通起至2012 年8 月31 日，
连续观测使用效果三个半月，修补试验桥梁伸缩缝使用效果良好。
该修补试验使用效果观测项目有：温度，降雨量，交通量，裂缝、
表面使用状况。
4.2.1 温度
在桥梁伸缩缝修补试验观测期间， 平度市气温变化
11.9℃～ 35.9℃ ；地温变化8.5℃～ 60.5℃，具体温度变化见表1。
表2 平度市观测期温度变化
时间
5月15日～31日6月7月8月
最高最低最高最低最高最低最高最低
气温
（℃） 32.1 12.4 35.8 13.9 35.9 20.6 34.1 11.9
地温
（℃） 50.5 8.5 57.6 10.8 58.5 18.3 60.5 11.3
4.2.2 降雨量
桥梁伸缩缝修补试验观测期间平度市受台风影响，多次发生强
降雨，累计降雨量307.7mm，具体降雨量见表2。
表3 平度市观测期降雨量
时间5月15日～31日6月7月8月总计
降雨量
（mm）
12.2 30.0 111.0 154.5 307.7
4.2.3 交通量
桥梁伸缩缝修补试验观测期间累计交通量自然数708220 辆，
折算小客车959753 辆，具体交通量见表3。
表4 观测期交通量
时间5月15日～31日6月7月8月总计
自然数
（辆） 94212 187313 212408 214288 708220
折算小客车
数（辆） 130809 257904 285344 285696 959753
周召伟 荆从明 褚清凯
（山东高速潍莱公路有限公司 山东青岛 266700）
【摘要】通过对水泥聚合物混凝土的内部结构和力学性能分析，
利用其解决桥梁伸缩缝薄层修补强度低、养生时间长的问题，使修
补完成后在24h 内开放交通，实现对桥梁伸缩缝水泥混凝土的快速
修补。
【关键词】水泥聚合物；混凝土；应用
1. 引言
自1999 年荣潍（原潍莱）高速公路建成通车以来，经过十多
年的负载运行，多处桥梁伸缩缝混凝土出现裂缝、骨料外露，局部
甚至出现坑洞，严重影响车辆通行舒适性，同时也给车辆通行造成
安全隐患。在进行修补时，普通混凝土因受到薄层修补强度低、混
凝土养生时间（一般不少于7 天）长的限制，修补质量较差，封闭
交通占用车道时间较长，给车辆通行造成极大的安全隐患。
2. 水泥聚合物混凝土简介
将聚合物搅拌在混凝土中，聚合物在混凝土内形成膜状体，填
充水泥水化产物和骨料之间的空隙，与水泥水化产物结成一体，起
到增强同骨料黏结的作用。水泥聚合物混凝土与普通水泥混凝土相
比，不但提高了普通混凝土的密实度和抗压强度，而且显著地增加
抗拉、抗弯强度，不同程度地改善了耐化学腐蚀性能和减少收缩变
形等。由于水泥聚合物混凝土配制工艺比较简单，利用现有普通混
凝土的生产设备即能生产，因而成本较低，实际应用较广。
3. 水泥混凝土结构分析
3.1 普通水泥混凝土
水化后的水泥浆将砂石骨料紧密地包裹并粘结在这一空间立体
网状结构中，使水泥、砂、石形成牢固的整体。但是，混凝土在凝
结、养生过程中，随着水化、蒸发，混凝土内部水分逐渐失去，它
所占的空间，一部分由水化时产生的水泥凝胶和晶体的体积膨胀而
填充；另一部分则以孔洞的形式留在混凝土内部。
3.2 水泥聚合物混凝土
针对普通水泥混凝土抗拉强度低、抗裂性差、韧性和延伸性较
差的缺点，人们将有机物掺入混凝土，研制出水泥聚合物混凝土以
改善其性能。当聚合物与水泥混凝土混合后，聚合物乳液颗粒均匀
地分散在水泥浆中，形成聚合物- 水泥混合体系。
在水泥聚合物混凝土结构内部，聚合物分子之间相互粘结，在
水泥水化物的空隙之间形成空间立体网状结构，水泥水化物颗粒和
聚合物颗粒各自形成的空间立体网状结构，相互粘结穿插和交织，
又形成了一个更紧密、更牢固的有机、无机复合空间立体网状结构。
4. 桥梁伸缩缝修补试验
4.1 施工工艺
4.1.1 工程概况
如图1 所示桥梁伸缩缝，水泥混凝土与沥青混凝土结合部有贯
通横向裂缝，行车道位置有坑洞两处。2012 年5 月14 日上午，对
此桥梁伸缩缝混凝土进行了修补试验，破拆深度50 ～ 130mm，修
补面积3.75 平方米，修补材料使用水泥聚合物混凝土。5 月14 日
上午8 ：00 准备工作开始，11 ：50 浇筑水泥聚合物混凝土结束，5
月15 日中午12 ：00 开放交通。开放交通时到现场观察，修补效果
良好。
4.1.2 施工工艺
上午8 ：00 开始，首先对超车道、行车道破碎、开裂的混凝土
进行破拆，露出坚实、完好的混凝土，然后清除松动的混凝土碎块，
钢筋除锈，冲洗断面。
按照水和聚合物1：1 的体积比拌制稀释液，待破拆断面晾干后，
将稀释液均匀涂刷在断面及外露钢筋上，确保无遗漏和积液。
按照水泥（42.5 硅酸盐水泥）：砂（中砂）：碎石（粒径5 ～ 20mm）
=1.5 ：2 ：4 的质量比，水灰比0.5 ：1（水：水泥），加入相当体积
的水泥聚合物稀释液拌制混凝土，浇筑、震实、提浆、抹面。
上午11 ：50，抹面完成后用浸水草袋进行覆盖养生。
4.1.3 强度检测
抽取了一组试块进行了24 小时抗压强度检测，标准试件值达
到11.0 兆帕，详见表1。
表1 水泥聚合物混凝土试件抗压强度
养护
方法
龄期
（天）
规格
（mm）
破坏
荷载
（kN）
抗压强度
试验标准
单个值代表值
标准试
件值
标准
养护1 150×150
×150
247.1 11.0
11.0 11.0 GB/T50081-
251.0 11.2 2002
245.0 10.9
4.1.4 施工主要机具
桥梁伸缩缝的修补施工，受到施工条件限制，要求简便、灵活，
所需主要机具如下：单排卡车2 辆；空压机1 台；风镐6 个，配有
不同粗细的镐钎；发电机1 台；切缝机1 台；插入式振动棒、平板
振动器各1 台；鼓风机1 台；高压清洗机1 台；钢丝刷子若干个，
毛刷子若干个；刮板、抹子各1 把；台称1 台；稀释液拌合大桶1 个，
计量小桶4 个。
4.1.5 施工中应注意的问题
（1）修补材料采用人工现场拌和，材料称重要准确，严格控制
配比中的用水量。
（2）聚合物稀释液一定要搅拌均匀，搁置时间不宜过长，否则
要重新搅拌后使用。
（3）修补材料属于快凝材料，材料拌和与摊铺、振捣、抹面作
业要紧密配合，尽量减少间隔时间。
（4）养生时间要有专人看管，夜间要加强作业区警示、照明。
图1 ：病害状况 图2 ：凿除 图3 ：浇筑
4.2 跟踪观测
从2012 年5 月15 日修补完毕开放交通起至2012 年8 月31 日，
连续观测使用效果三个半月，修补试验桥梁伸缩缝使用效果良好。
该修补试验使用效果观测项目有：温度，降雨量，交通量，裂缝、
表面使用状况。
4.2.1 温度
在桥梁伸缩缝修补试验观测期间， 平度市气温变化
11.9℃～ 35.9℃ ；地温变化8.5℃～ 60.5℃，具体温度变化见表1。
表2 平度市观测期温度变化
时间
5月15日～31日6月7月8月
最高最低最高最低最高最低最高最低
气温
（℃） 32.1 12.4 35.8 13.9 35.9 20.6 34.1 11.9
地温
（℃） 50.5 8.5 57.6 10.8 58.5 18.3 60.5 11.3
4.2.2 降雨量
桥梁伸缩缝修补试验观测期间平度市受台风影响，多次发生强
降雨，累计降雨量307.7mm，具体降雨量见表2。
表3 平度市观测期降雨量
时间5月15日～31日6月7月8月总计
降雨量
（mm）
12.2 30.0 111.0 154.5 307.7
4.2.3 交通量
桥梁伸缩缝修补试验观测期间累计交通量自然数708220 辆，
折算小客车959753 辆，具体交通量见表3。
表4 观测期交通量
时间5月15日～31日6月7月8月总计
自然数
（辆） 94212 187313 212408 214288 708220
折算小客车
数（辆） 130809 257904 285344 285696 959753
