高等级公路水泥路面板块快速修补材料调查与分析.doc

高等级公路水泥路面板块快速修补材料调查与分析蔡 琦，张卫华 （江西省赣州市交通工程质量监督站， 江西 赣州 341000）摘 要：通过对目前国内外常见的水泥路面板块快速修补材料的调查与分析，分别对其技术、经济性能进行对比分析，初步推荐适合于江西省高等级公路水泥路面板块快速修补的材料。关键词：道路工程；水泥路面；快速修补材料；调查0 前 言水泥路面快速修补技术的核心为快速修补材料，目前快速修补材料研究成果较多，但实际应用较少。通过对国内外相关资料的收集分析，目前快速养护材料在全国范围内应用较少，仅在少量特别需要快速修补的地方如机场、隧道、桥面等有所应用，产生这种状况的原因除快速修补材料价格比较昂贵外，修补材料本身的性能不足或使用方法不当也是一个重要的原因。因此，本文试图通过多省内外目前常用的一些水泥路面板块快速修补材料的技术、经济及使用性能等进行调查与分析，初步推荐适合于江西省高等级公路水泥路面的板块快速修补材料。1 板块修补材料的一般要求1快硬高早强。路面修补与普通混凝土路面施工不同，需要进行修补的水泥混凝土路面都是正在使用的道路，不允许长时间封闭交通。因此，修补材料必须具有迅速硬化的性能，使修补路面短时间内达到通车的强度要求。2收缩小。水泥混凝土路面修补，新老混凝土的结合部位是薄弱环节。造成新老混凝土结合不好的重要因素之一是新拌水泥混凝土的收缩。收缩产生收缩应力，使新老混凝土拉开。因此，要控制修补材料的收缩率，尽可能选用无收缩或收缩率很低的修补材料。3具有一定的粘性。从提高新老混凝土结合力的愿望出发，要求修补材料本身具备一定的粘性。4后期性能稳定，强度发展与老混凝土基本同步。修补材料的后期强度发展速度与老混凝土基本一致，不允许强度减少，也不要求强度发展过快，致使新老混凝土力学性能差异太大，影响路面的整体性能。5施工和易性好。修补混凝土的凝结时间应满足施工要求。对于需水量大、硬化过快的修补材料，应通过试验，掺入一定量的缓凝型减水剂，以保证新修补混凝土的施工和易性。6颜色。修补材料的颜色与老混凝土基本一致，无明显差异。2 水泥路面板块快速修补材料2.1 普通水泥加外加剂（基础研究）（1）长安大学陈忠达、张登良等采用425号普通硅酸盐水泥加早强减水型复合外加剂（FDN减水剂、NFA-10减水剂、硫酸钠或元明粉、三乙醇胺）研制的超早强混凝土。（2）吉林省交通厅季冻区水泥混凝土路面病害防治及结构组合优化设计研究课题成果：采用525号普通硅酸盐水泥加早强剂，早强剂主要化学成分为：-萘磺酸钠甲醛缩合物高效减水剂、硫酸铝、氧化铝、硫酸铝钾、硫酸钙等无机化合物。（3）南京航天大学土木工程技术研究所张雪华、艾军等人采用 “膨胀剂 +超塑化剂 (或高效减水剂)+早强剂”的配方配制了高性能无收缩修补混凝土。2.2 专用快速修补剂（复合外加剂）2.2.1 HW系列超早强修补剂 长安大学陈拴发、李炜光、张登良，广东省交通工程质量监督站职雨风以及广东省交通科研所陈佩林等通过对HW超早强修补混凝土的脆性研究分析，提出了解决新旧混凝土粘结性能差，整体性不足的方法。水泥采用525号普通硅酸盐水泥，超早强修补剂:主要由部分硫铝酸盐、铝酸盐、硅酸盐及高效表面活性剂按一定比例复合而成。该研究选用适合不同温度及早龄期强度要求的HW1、HW2、HW3三种系列修补剂。2.2.2 JK-24快速修补剂 JK系列快凝快速修补材料由江苏省建筑科学研究院研制，该材料由部分氟铝酸盐、硅酸盐、硫铝酸盐和高效表面活性剂配制而成。2.2.3 KS系列快速修补剂 KS系列快速修补材料由江苏省交通工程公司研制的，该系列分为KS-6、KS-12、KS-24三种，其特点是强度高、强粘结，修补后数小时即可通车。2.2.4 R-24快速修补剂 R-24快速修补剂由武汉理工大学研制。2.2.5 WWX-型混凝土快速修补材料 WWX-III型混凝土快速修补材料是国家“九五”重点科技攻关项目重点工程混凝土安全性(96-535-02-04)的研究成果， WWX-型混凝土快速修补材料由无机材料与有机材料组成。材料早期强度 (抗压、抗拉、粘结)较高，凝结硬化时间短，具有良好的抗渗、防水、抗冻性能。通过调整 WWX-型超早强剂掺量，WWX-型混凝土快速修补材料可作为快速堵漏剂使用。由于材料具有较高抗渗性和抗冻性，因而可用于水工建(构)筑物、道路路面的耐久性修补。 2.2.6 复合型快速修补剂LG23 由广西区交通科学研究所和交通部公路科学研究所共同承担的西部交通建设科技项目“水泥混凝土路面养护技术研究”课题在JK-24快速修补剂的基础上，研制出水泥路面复合型快速修补剂LG23，其具有12h抗折强度高，后期强度倒缩较小、收缩小、凝结时间长、且掺量低。2.3 特种水泥或材料（直接应用）2.3.1 快硬硫铝酸盐水泥与道桥修复快硬水泥 快硬硫铝酸盐水泥是以无水硫铝酸钙和硅酸二钙为主要矿物成分，并有适量石膏与辅助材料的特种水泥。具有低碱，早强，高强，微膨胀，抗冻，耐蚀和高抗渗性能。混凝土道桥快速修补材料，是由特快硬水泥基材料及不同作用的化学外加剂和多种辅助材料组成。2.3.2 “修复王” 超快硬混凝土“修复王”是由同济大学材料工程研究所研发，由A、B组分干料组成，一般加水和石子配制成混凝土使用，其主要特点是：快硬高强：15 min左右即可凝固，1h即可投入使用（按要求加石子配成混凝土，在适宜的施工温度下，1h强度达到C30，7d强度达到C50以上；粘结性好：抗折强度C30普通混凝土（试验方法：砂浆中间折断补灌后再检测抗折强度）；匹配性好：体积稳定性高，干缩率几乎为0，热膨胀系数和普通混凝土几乎一致；产品全面、使用温度范围广：修复王系列产品能保证545范围内都可以正常施工；耐久性高：有良好的抗冻融性和耐化学腐蚀性。缺点：硬化时间过快，难以适用与较大体积混凝土施工；且当修补混凝土面积较大时（2m2）易产生微裂缝。3 快速修补材料的选择和推荐3.1 快速修补材料技术性能对比3.1.1 掺加专用快速修补剂后混凝土主要技术性能对比 根据现有资料，总结归纳掺加各类型修补剂后混凝土的各项技术性能指标如下表1所示：表1 不同修补剂混凝土技术性能对比由上表可知，当不考虑所用水泥标号时，掺加不同品种修补剂的混凝土性能对比如下：早期（1d）抗折强度值除JK24和R24修补剂混凝土外（采用高标号水泥后应该有所提高，但提高幅度一般不超过20%），其他混凝土均在4Mpa以上，满足高等级水泥路面开放交通的最低要求(5.070%=3.5 MPa)。WWX-HW系列LG23KS系列JK24R24，早期抗压强度则基本上在20MPa40MpPa之间；从后期强度发展规律来看，除WWX-无后期数据资料无法判断外，其他修补剂混凝土抗折强度均未出现倒缩现象；从混凝土脆性指标来看，HW系列脆度系数最小，表明添加该修补剂的混凝土具有良好的柔韧性，其他修补剂混凝土后期（28d）脆度系数与普通混凝土后期基本相当；从现有收缩性试验结果来看JK24和R24的28d干缩率均0.15，LG23由于添加了2%的微膨胀组分，因此早期微膨胀，后期基本无收缩；从耐久性结果来看，HW系列、WWX-以及LG23的抗渗性均优于普通混凝土；JK24的耐磨耗性与普通混凝土相当或略低于普通混凝土，LG23的耐磨耗性要优于普通混凝土。从现有技术资料分析，水泥混凝土路面板块快速修补时，从技术性能上本文推荐采用HW系列和LG23快速修补剂，但当其他修补剂经室内配比试验满足上述强度、脆性、收缩率以及耐久性等指标时也可采用。不论采用何种快速修补剂，在实际应用前必须进行技术性能室内试验分析，根据技术性能指标确定合理最佳掺量。3.1.2特种水泥混凝土技术性能对比 西部交通建设科技项目“水泥混凝土路面养护技术研究”课题研究对比了快硬硫铝酸盐水泥与道桥修复快硬水泥两种快硬早强特种水泥，结果显示从技术性能上来说推荐采用道桥修复快硬水泥（上海市政工程应用经验也显示使用快硬硫铝酸盐水泥修补1个月后又损坏）。另外新型材料“修复王”其性能也十分优异，但造价高昂，高等级公路小块修补可用。从现有的一些研究成果来看，特种水泥或快硬早强材料其在快硬早强上性能十分优异，但收缩性能难以满足，尤其是当修补混凝土面积较大时易产生收缩开裂。因此，建议当使用特种水泥或快硬早强材料时，应重点关注其收缩性能，尽量使用在小面积修补中。3.2 快速修补材料经济性分析一般来说，水泥路面板块修补所需要的混凝土方量不大，每方混凝土的养护成本比大面积浇筑混凝土高，而养护时间与养护成本成正比。使用水泥混凝土路面快速修补剂用于板块快速修补，最多24h即可开放交通，确保道路畅通和行车安全。使用普通硅酸盐水泥配制混凝土用于道面修补，加上早强剂放车通行至少需要3d4d天时间，加上早强剂混凝土的后期强度损失又较大，若不加早强剂，至少需要7d时间。参考国内现有的一些水泥路面板块修补经验，快速修补剂用于水泥路面板块修补虽然直接成本比使用普通水泥要高一些，但间接成本要低得多。综合传统水泥混凝土路面板块修补的特点(修补工程量少、维护成本高、安全隐患重、修补混凝土与旧混凝土粘结差、二次裂缝明显、耐久性差)和修补实际效果来看：应用快速修补剂与采用传统的路面修补方法综合成本相近，而且社会效益显著。此外，使用快速修补剂与特种快硬高强水泥材料相比，经济成本相差不大，但特种水泥考虑其运输和贮存成本时，代价较高，且仅适用于板块面积较小的修补。3.3 快速修补材料推荐3.3.1 板边、板角快速修补以及裂缝开槽条带快速修补 建议采用普通混凝土掺加HW系列或LG23等快速修补剂，可24h开放交通；若有特殊要求需更快开放交通，建议采用道桥修复特种水泥或修复王等材料，但应注意修补面积不应过大。3.3.2 水泥路面面板更换快速修补 建议采用普通混凝土掺加HW系列或LG23等快速修补剂。4 结 语水泥混凝土路面快速修补剂具有早期强度高、后期强度稳定增长、微膨胀、磨损小、新旧混凝土粘接良好、颜色相近、施工工艺简单、材料费用相对较低。采用水泥混凝土路面快速修补剂进行路面板块快速修补，基本取消了混凝土的后期养护工作，不影响道路的正常行车，基本解决了道路维修与行车的矛盾，社会效益和经济效益非常显著。参考文献：1陈忠达,张登良. 混凝土路面裂缝灌浆材料的试验研究D.重庆:重庆交通学院学报,1997,16(4):3740.2申爱琴,李祝龙等.聚合物乳液改性水泥砂浆J.公路,2000,7:4144.3陈忠达,张登良等.水泥混凝土路面破损的快速修补技术J.公路,1997,11:12154陈荣生.国外水