重载交通水泥混凝土路面快速修补技术对策研究

引言

随着物流产业高速发展及轴载水平持续攀升，重载交通对水泥混凝土路面的损伤破坏日益加剧，典型病害包括角隅断裂、深层疲劳开裂及基层冲刷唧泥，严重威胁道路结构完整性与服役寿命。传统修补技术存在材料早期强度发展慢、新老界面粘结薄弱、施工作业封路时间长三大关键弱点，无法满足重载路段对通行效率和安全性的高要求。当前国内外研究虽致力于早强材料开发，但针对重载动载耦合作用下修复体长效服役性能的系统研究不足；施工环节普遍依赖人工作业，机械化、智能化程度低，无法突破效率瓶颈。本文聚焦重载道路修补工程的特殊需求，系统分析典型损伤机理及传统技术局限，重点研发复合功能材料体系与智能高效施工工艺，构建包含设计、材料、施工、质控全链条的快速修复整体解决方案，旨在为重载路网提供快速、可靠、经济的维修养护技术路径。

1. 重载交通对水泥混凝土路面的损伤特征分析

重载交通表现为轴重大（通常超 100kN）、通行密度高、冲击作用显著，对路面结构造成远超设计标准的累积损伤效应。其作用机制主要包括超标准轴载引发的反复弯曲应力导致混凝土板底疲劳开裂；轮胎高频动荷载通过板缝传力失效区域形成泵吸作用，抽吸基层细料产生唧泥与脱空；重车制动与启动产生的水平推力加剧了接缝或裂缝处的错台与碎裂。此类损伤多呈突发性、局部集中特征，且在高频重载作用下快速发展蔓延，常规周期性养护手段难以有效应对[1]。

2. 当前快速修补技术存在的主要瓶颈

2.1 修补材料性能不足制约修复时效与耐用性

现有快速修补材料在高早期强度与长期耐久性平衡方面存在显著不足，难以满足重载苛刻要求。部分早强水泥基材料虽可实现数小时初步硬化，但因高水灰比、收缩率大等缺点，导致修补区易产生收缩裂缝，新老混凝土结合面形成薄弱过渡带，在重车反复碾压及温度应力下易发生层间剥离失效。聚合物改性材料韧性改善有限，在重载高频冲击下抗疲劳性提升不明显；部分无机材料强度发展过快但缺乏必要的工作性，影响密实成型效果[2]。

2.2 施工工艺落后与效率低下阻碍快速修复实施

传统修补工艺依赖人工作业，存在工序繁琐、可控性差、效率低下的显著短板，难以实现“短平快”目标。从破损判定、开凿切缝到基底清理、界面处理、材料浇筑振捣、直至养护开放，各环节衔接不紧密，操作流程标准化程度低。尤其基底清渣、界面糙化润湿的质量高度依赖工人经验，界面处理不彻底直接导致粘结失效；现场拌和材料配比波动大，性能难以稳定保障；人工摊铺整平难以满足大范围修补的高效均匀性要求；常规覆盖洒水养护方式水分保持困难，强度发展不充分即被迫开放交通[3]。

3. 重载交通路面快速修补核心对策

3.1 复合功能材料体系开发与性能优化提升策略

针对重载需求，构建由高性能水泥、超细矿物掺合料、有机高分子聚合物、特种纤维及功能性外加剂构成的全新复合材料体系是核心技术路径。优选高活性硫铝酸盐水泥或硅酸盐水泥 - 无水硫铝酸钙复合体系作为胶凝基材，确保 1-2 小时内脱模强度达 15MPa 以上；引入纳米二氧化硅、硅灰复合超细微粒，协同密实内部孔隙结构，有效补偿材料收缩并增强界面区域过渡带微观力学性能；掺入改性环氧乳液或丁苯类聚合物胶乳，显著提升材料韧性、变形协调性与界面粘结强度；均匀分散的钢纤维或高性能合成纤维显著增强抗冲击、抗裂及抗疲劳能力；通过精确复配高效减水剂、缓凝剂组分调控凝结时间与流变性能，保障长距离泵送与大体积摊铺工作性[4]。

3.2 高效智能施工工艺创新与关键装备集成应用

推行“模块化、机械化、智能化”施工工艺创新是突破效率瓶颈的核心。依托多功能智能修复工程车集成数控开槽切缝机、高效真空除尘设备、高压水射流喷砂界面处理装置于一体，实现破损界定与开槽边线激光定位后的一体化精准切除、废渣清除与基底同步强力清洁糙化，高效处理界面质量痛点。采用智能配料与搅拌系统，实现修补材料的标准化精确计量、连续均匀搅拌及恒温泵送，严格保障配比稳定性与施工连续性；应用三维激光摊铺整平机器人替代人工操作，其搭载的激光测控系统实时反馈高程及平整度信息，驱动多向自动调整机构精确定位刮板完成大尺寸修补面的高精度平整，消除人工操作误差[5]。

3.3 全过程质量保障与性能跟踪监测技术集成

为确保修补效果长寿命，须构建覆盖设计、施工及服役期监测的全链条质量保障体系。结构设计环节精准验算重载修补区块的几何尺寸（长宽、深度）与配筋布置，充分考虑原有路面板边界约束、荷载传递机制及新旧材料变形协调性，规避不合理设计导致的不均匀沉降。施工过程中严格执行标准化作业流程，运用数字建模技术辅助修补范围精准定位及材料用量动态优化；为施工人员配备便携式物联网设备（如智能头盔），实时采集上传工序影像与关键工艺参数（如界面处理时间、浇筑温度等），搭建远程质控平台即时监控预警。修补体服役期间实施长期追踪监测，在结构内部植入多源感知传感芯片持续收集应力应变数据、温度变化历程；布设车载动态弯沉仪定期进行无损快速检测，评估修复区结构响应状况；融合物联网实时监测数据、周期性检测数据与交通荷载记录，应用大数据算法智能分析修补体性能演变趋势，提前识别可能损伤风险，为预防性维护提供决策依据，实现快速修补区全寿命智能化管理闭环[6]。

结束语

本研究以重载交通特殊工况下水泥混凝土路面的快速、高强、长效修复为根本目标，系统性提出了复合材料功能优化、高效智能施工工艺革新、全过程数字监测保障三位一体的技术对策体系。通过材料组分的复合化设计与性能协同提升，显著破解了早期强度与耐久性的对立矛盾；引入集成化智能装备与标准化施工流程，彻底革新传统低效作业模式，实现修补效率质的飞跃；构建施工 - 服役全周期智慧监控网络，为修补工程质量提供长效机制保障。

参考文献

[1] 刘佳涛 . 重载交通高速公路路面设计方案研究 [J]. 建筑技术 ,2023, 54(6):707- 710.

[2] 王海荣 . 港区重载交通路面结构设计与应用 [J]. 上海公路 ,2024(S01):31- 36.

[3] 熊子君, 潘春辉. 广东湿热重载交通条件下高速公路半柔性无缝路面技术研究及应用 [J]. 广东土木与建筑 , 2023, 30(10):76- 80.

[4] 梁爽, 王娅, 蔡晓东.水泥路面病害分析及处治[J].市政设施管理,2023(1):20- 22.

[5] 袁梓晴 . 重载交通条件下水泥混凝土路面再生中的微裂均质化技术应用 [J]. 中国公路 , 2024(23):104- 105.

[6] 孙美欢 . 重载交通下沥青路面结构设计研究 [J]. 华东公路 ,2023(1):13- 15.