水泥混凝土路面快速修补技术综述

水泥混凝土路面快速修补技术综述

江光炫，田军

(安徽省公路勘浏设计院，安徽合肥230011)

摘要 :综述了国内外水泥混凝土路面快速修补材料研究现状及存在的问题，提出了今后的发

展方向。

关健词:水泥混凝土;修补材料;综述

混凝土路面具有强度高、稳定性好、耐久性好、养护费用少，经济效益高、有利于夜间行车等优点，因此混凝土路面在20世纪80年代末和90年代得到迅猛发展，至2001年底，我国公路已经拥有了130 000 km水泥混凝土路面，加市政工程80 000 km，总里程已达210 000 km。水泥混凝土路面在使用过程中，由于行车荷载的反复作用、各种环境因素的不断影响，加之设计、施工与养护等诸多因素，不可避免地会产生破坏。混凝土路面破损后，需及时进行修复。

1 国内外研究现状

随着水泥混凝士路面损坏的出现，国内外就开始了水泥混凝士路面有效、快速修复材料和工艺的研究与探索，现综述如下。

1.1 普通水泥混凝土和砂装

水泥混凝土路面修补最早的做法是将破损的混凝土除掉，新铺上与原设计标7相同或高标号的普通混凝土，其最大的缺点在于混凝土的强度发展慢、养生期长、中断交通的时间长。此外，用普通水泥混凝土进行薄层修复.，还存在相容性的问题，主要有以下几个方面:①新浇注的混凝土收缩明显比老混凝土大，容易导致收缩开裂;②水泥混凝土本身粘度低，与老混凝土结合差;③新老混凝土间的界面缺陷使混凝土疲劳开裂。

1.2 沥青混凝土革面

长期以来，公路部门常采用沥青混凝土对破损的水泥混凝土路面进行修补，尽管其方法简单、中断交通时间短，但也存在很多缺陷:①刚度相差太大，传荷不一致;②若在维修时板与层面的联结方式及对反射裂缝处理不当，会很快导致破坏，故使用寿命很短;③路面平整度差，表面使用功能低;④颜色不一致。但目前对于大面积水泥混凝土损坏路面，还是比较多的采用沥青混凝土进行罩面或翻修。

1.3 特种水泥

目前国内报道的开发出来的可以进行水泥混凝土路面修补的特种水泥主要有以下几种。

1.3.1 快硬硅酸盐水泥D)

快硬硅酸盐水泥是在配制水泥生料时通过对生料组成的控制与调整，水泥中早强矿物C,S和C3A 的含量高S03的含量可容许到4.0%。因此，在水化初期，形成了大量的钙矾石，不仅凝结快，而且强度发展也快，其在5 min - 20 min可以硬化，1h的抗压强度可达10 MPa一30 MPa, 1 d强度可以达到28 d强度的75%一90%。但和普通水泥一样，其干缩大，新老混凝土粘结差、水化热高，要注意养护。

1.3.2 高铝水泥

高铝水泥是一种早强快硬水泥。其主要熟料矿物成分是CA，强度主要集中在早期，高铝水泥一天的抗折强度可达3 MPa一5 MPa，抗压强度达到25 MPa--45 M Pa。但其后期强度会出现倒缩，且高铝水泥水化产物高温下不稳定，易发生晶型转变，因此其使用受到很大的限制。

1.3.3 快硬硫铝酸盐铁铝酸盐水泥和氛铝酸盐水泥

硫铝酸盐和铁铝酸盐水泥熟料主要矿物为C,A3S, CIS和C,AF，硫铝酸盐和铁铝酸盐水泥在成分上的主要差别是熟料中A1203/Fe2O3比和C,A3S和CaF两个矿物的含量不同。这两种水泥除早强快硬特征以外，还有一定的膨胀性、抗硫酸盐腐蚀的性能，其4h抗压强度可以达到20 MPa一25 MPa，一天强度可以达到30 MPa一60 MPa.氟铝酸盐水泥的主要矿物组成为11 CaO·7A1203·CaF2和CZS或C3S等，具备快硬性能，凝结时间短，初凝时间通常只有几分钟，终凝时间不超过0.5 h, 2h-3h的抗压强度达到20 MPa，由于这两种水泥修补的路面后期强度会有倒缩，所以使用受到一定的限制。此外，目前由于受到资源分布的影响，我国的快硬硫铝酸盐、铁铝酸盐水泥和氟铝

酸盐水泥厂分布不广泛，长途运输会增加成本，且不易保存。

1.3.4 高铝水泥和普硅水泥

高铝水泥与普通硅酸盐水泥混用，凝结时间缩短，甚至有瞬凝现象，这是因为普硅水泥中的石膏和C'S析出的Ca (OH):均能加速高铝水泥的凝结，普硅水泥的石膏被消耗完后，普硅水泥中的C3S水化加快，只要比例适当，可以收到较好的效果。

1.3.5 磷酸铁水泥

磷酸镁水泥混凝土是一种较好的快速修补材料，有足够的凝结时间，较快的硬化速度和早期强度，与旧混凝土结合力强，相容性好，是一种很有发展前途的路面修补材料。磷酸盐水泥混凝土的干缩率只有0.05%一0.09%，体积稳定性很好。但由于研究还不是很深人，生产和应用均不是很广泛。

1.3.6 碱硅水泥

碱硅水泥也称土聚水泥，是较好的快速修补水泥，目前有一些快速修补材料就是碱硅水泥。在我国有两种典型的碱硅水泥快速修补材料:上海市政工程研究所研制的SC型快凝修补材料，南京水利科学研究院研制的AS型快速修补材料。

近 50 年，国外在特种水泥方面也做了很多工作。如日本的“一日水泥”，英国的“Swiftcrete" ，德国的“Draifach”水泥，意大利的“Supercement”水泥等等.1987年，美国的Lone Star Industries ResearchCente:研制出一种被称为“巧rament”的复合水泥，4h 抗压强度可达18 MPa以上，抗弯强度约为3.4 MPa,28 d的抗压强度可到82.8 MPa。用其灌注机场跑道6h后，飞机可安全降落，灌注路面4h，可承担繁忙交通。美国航空公司曾在1991年海湾战争期间，用"Py rament”以惊人的速度在沙特修建了一个临时军用机场。但Lone Star Industries不知什么原因已倒闭，现在有关“Pyrament”复合水泥的应用报道很少。

1.4 复合修补剂

由于单一的早强剂或活性剂难以满足快速修补的要求，因此国内外纷纷开展了快速复合修补剂的研究。在国内，江苏省建筑科学研究院研制的JK系列混凝土快速修补剂，系以无机材料为主的新型复合材料，它克服了传统修补材料的一系列弊端，不仅具有快硬早强的特点，而且收缩小，与老混凝土色差小、粘结力强、耐磨、耐久、施工方便，是目前国内性能最优、价格最低的水泥混凝土快速修补材料之一。其能满足不同的开放交通时间要求，最快的12 h就能开放交通。西安交大的职雨风等〔，〕研制出由硫铝酸盐、铝酸盐、硅酸盐及高效表面活性剂复合而成的Hw系列超早强修补剂，其试验结果表明，掺人该材料的水泥混凝土具有以下特点:早期强度高，4h一6h即可达到抗折强度3.5 M Pa的通车要求，同时初凝时间能满足施工要求。初凝与终凝时间间隔短，后期强度不衰减。提高了混凝土韧性和抗变形能力，降低了混凝土脆性。减少了混凝土的干燥收缩，温缩程度也有所降低。有效地解决了新旧混凝土界面结合的问题。水泥混凝土的耐抗折疲劳性能增强，疲劳寿命增加。

大学通过大量试验，选取了ZC剂(即复合早强减水剂型作为超早强水泥混凝土的外加剂，并确定了其合理的掺量。结果表明:ZC剂超早强混凝土，具有良好的力学性能，12 h的抗折强度可达3.84 M Pa,能满足水泥混凝土路面快速修补的要求;与旧混凝土界面粘结强度较高，达混凝土设计强度的70%以上，也能满足工程要求。此外，还有武汉理工大学研制的R -24型，江苏交通工程公司研制的KS系列快速修补材料等。

国外在这方面也有一些研究。如美国新泽西州南部曾在做295与州际公路(1一295)沥青罩面层之前，采用了无氯的促硬剂制备的快硬混凝土，用于混凝土路面的全厚修补仁‘，。上述修补路面可以保证在养生ld-3d后通车，取得了良好的经济效果，但对路面的耐久性尤其是抗磨性未有研究。

1.5 聚合物砂装与混凝土

美国、日本等国已普遍采用掺有聚合物的水泥砂浆剂以合成聚合物和焦油为主的油灰胶泥进行路面较宽裂缝的修补，如日本在20世纪70年代采用水溶性聚合物水泥砂浆铺设高速公路。我国应用聚丙烯醋酸乳液砂浆进行薄层修补的路面工程有宁杭公路、扬州一级公路等。

1.6 硅灰混凝土