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水泥砼路面常见修复材料的特性

文章出处:  发表时间:2018-2-6 15:01:17

水泥砼路面在使用过程中,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。砼路面出现病害后,需及时进行修复。针对水泥砼路面的各种病害,国内外进行了水泥砼路面修补技术研究,但问题一直未能得到很好解决,其根本原因在于修补材料的性能不理想,相容性差。选用合适的修补材料,不仅可迅速恢复路面的使用性能,延长路面修补后的使用寿命,还可缩短中断交通的时间,节省造价。

因此,用于水泥砼路面板块修补的材料必须符合下列技术要求:①迅速硬化;②修补材料的收缩要小;③修补材料要具有一定的粘性;④修补材料后期性能要稳定,强度发展与老砼基本同步;⑤耐磨性高,耐久性好;⑥施工和易性好。

以下介绍几种常见水泥砼路面修补材料的特性。

1、沥青砼

长期以来,公路部门都习惯于采用沥青砼对损坏的水泥砼路面进行修补,尽管方法简便,中断交通时间短,但隐患较多。用沥青砼对水泥砼路面进行修补的缺点:①道路强度不均匀,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,造成使用寿命很短;③影响路面平整度,降低表面使用性能;④不美观,在整片灰白色的水泥砼路面中补上一块黑色的沥青砼,路面景观受到影响,驾车者见了不舒服。

2、普通水泥砼

另一种传统的修补方法是将破损的砼除掉,新铺上与原设计标号相同或高标号的普通砼。采用普通水泥砼修补,主要有如下缺点:①收缩大,易导致新老砼拉开;②水泥砼本身粘度低,与旧砼结合差;③新老砼间的界面缺陷易使砼开裂;④养生期长,影响交通。

3、快硬硅酸盐水泥

为了使水泥熟料能够生成较多水化速度快、早期强度高的矿物,在快硬硅酸盐水泥的生料配料中掺人一定量的CaF2、Ti02、BaO、P205、MnO和Cr。O。,以加快快硬硅酸盐水泥的凝结时间,提高早期强度。快硬水泥配制的修补砼性能如下:

1)凝结时间。快硬水泥砼的凝结时间较快,且初凝与终凝间隔很短。修补施工时,必须掌握好砼表面的养护和抹光时间。此外,快硬水泥砼具有较大的粘塑性,砼塌落度损失快。修补时,要精心施工,以防产生孔洞。

2)强度。快硬水泥砼的强度发展对环境温度较敏感。5℃时,砼14 h前基本没有强度,24 h时的抗压强度只有5.8 MPa,抗折强度为1.0~1.5MPa;但在20℃时,砼8 h就可获得5.4 MPa抗压强度,24 h的抗压强度可达20.2 MPa,抗折强度可达3.5~4.O MPa;30℃时,砼8 h就可获得11.OMPa抗压强度和2.7 MPa抗折强度,24 h的抗压强度可达28.5 MPa,抗折强度达5.O MPa。采用快硬水泥进行砼路面修补,如以老砼设计强度的80%作为修补砼的通车强度要求,施工环境温度在5~20℃时,只需3 d,修补砼路面即可投入使用;20~30℃时,只需1~2 d,修补砼路面即可投入使用。

快硬水泥砼的抗折强度一般是抗压强度的1/6~1/5。与普通砼相比,其弹性模量稍小一些。

3)干缩率。快硬水泥砼的早期干缩率较普通砼稍大,但后期反而变小,所以在一般情况下,可以认为快硬硅酸盐水泥砼的干缩率与普通水泥砼基本相同。收缩率大的缺点也比较明显,新老砼粘结差、水化热高,养护要求高。

4)其他性能。快硬水泥砼的抗渗性、吸水性等特性均与普通硅酸盐水泥相同。它的颜色和普通水泥几乎一样,都呈灰色。它的耐久性、安定性以及长期强度等性能均与普通硅酸盐水泥一样。

4、高铝水泥

高铝水泥是一种快硬早强型的水硬性胶凝材料。它的主要原料由矾土和石灰石按适当比例配合、经高温烧结或熔融后粉磨而成。高铝水泥硬化迅速,早期强度高,最快一天的抗折强度可达5 MPa,抗压强度可达25~45 MPa,相当于高铝水泥最终强度的80%。但高铝水泥的水化产物在高温下不稳定,易发生晶型转变。因此,在较高温度下,强度下降显著,可操作施工时间短,也有一定的收缩率。

5、聚合物水泥砂浆和砼

掺聚合物乳液的水泥砂浆用表面活性剂分散成为微细的球形颗粒(粒径为o.05~1肛m),悬浮于水中即得聚合物乳液。所用聚合物有天然橡胶、合成橡胶、热塑性树脂、热固性树脂、沥青与石蜡等。乳液的浓度通常按重量计为40%~60%。在掺聚合物乳液时,必须注意聚合物粒子的电性与浆体中水泥粒子的电性一致。通常水泥粒子带正电,因此,要尽可能选择由正离子表面活性剂制成的聚合物乳液。

常用的有天然橡胶乳液(将橡胶树汁浓缩加入稳定剂、消泡剂与防老剂等制成)、合成橡胶乳液(由

某些单体聚合制成)和热塑性聚合物乳液等。聚合物在水泥砂浆和砼中的最佳掺量为10%~20%。在此掺量范围内,水泥砼的抗折强度、抗拉强度、粘结性能、防水性能、抗冲击性和耐磨性等均有明显改善。

美国、日本等国已普遍采用掺加聚合物的水泥砂浆进行路面较宽裂缝的修补。我国宁杭(南京一杭州)公路路面工程施工中应用聚丙烯醋酸乳液砂浆进行薄层修补。掺聚合物乳液的水泥砂浆和砼的主要特点:

1)拌和后的砂浆和砼流动性好,用水量较普通水泥砂浆和砼低。

2)当聚合物的掺量为10%~20%时,与普通水泥砂浆和砼相比,抗拉与抗折强度分别提高150%~1 ooo%,抗压强度与延伸能力也有所提高。

3)与老砼粘结力强,以掺聚醋酸乙烯酷乳液的水泥砂浆为例,它与老砼的粘结强度比普通水泥砂浆和砼高9~10倍。

4)由于聚合物堵塞了硬化体中的孔隙和加强了水泥石与集料的粘结,使其抗渗、耐腐蚀性能均有显著提高。

5)与普通水泥砂浆和砼相比,聚合物水泥砂浆和砼的抗冲击性可提高数倍至十几倍,耐磨性也可提高十几倍至几十倍。

6)干缩水率随聚合物掺量增大而减小,但因聚合物种类与养护条件而异。聚合物水泥砂浆和砼的缺点是抗冻性能差,容

易起皮。

6、水溶性聚合物的水泥砂浆和砼

聚合物以水溶液的形式加入水泥砂浆和砼中。可加入水泥砂浆和砼中的水溶性聚合物有酚醛、脉醛及环氧、聚乙烯醇、密胺甲醛和聚乙烯基吠喃树脂等,用得较多的是水溶性环氧树脂。水溶性聚合物的常用掺量为1%~2%(占水泥重量的百分比)。掺水溶性聚合物的水泥砂浆和砼既可在空气中硬化,也可在潮湿条件下及水中硬化。这一特性使其很适合于水泥砼路面的修补,采用该材料修补后元需再进行保湿养护。水泥砂浆和砼中掺入水溶性聚合物后,抗压强度提高15%~30%,抗拉强度提高1.5~2倍。水溶性聚合物能对水泥浆起塑化作用,当保持和易性不变时,可使砂浆的水灰比从O.42降至 O.29。水泥砂浆和砼中掺入水溶性聚合物,其水泥石的孔隙率可下降10%~20%。砂浆和砼的抗冻性和抗渗性明显提高,粘结性能及抗冲击、耐疲劳与耐化学腐蚀等性能均得到明显改善。

7、纤维增强水泥砼

为了克服水泥砼抗折强度低、抗裂性差和脆性大的缺点,在水泥砼中掺人一定数量的纤维,以提高砼的抗拉、抗剪、抗折、抗冲击强度和降低脆性。目前,主要有以下2种:

1)玻璃纤维增强水泥砼。玻璃纤维是一种由熔融态的玻璃制成的人造纤维。普通的无碱或中碱玻璃纤维耐碱性很差,放置于Ca(OH)2的饱和溶液或硅酸盐水泥生成的液相中,抗拉强度会大幅度下降,从而失去增强作用。因此,用于水泥砼的玻璃纤维必须是抗碱的玻璃纤维。采用混拌法将预先切短的抗碱玻璃纤维均匀地加入水泥砼中,纤维的长度以25 mm为宜,纤维体积率一般以3%~5%为宜。抗碱玻璃纤维对水泥砼的增强作用显著,其抗折强度可提高到15~20 MPa,抗冲击强度可达1.5~2.5 MPa,弹性模量约为2×10‘MPa。水泥砼中掺入适量的抗碱玻璃纤维,其强度特性将会得到明显改善。但玻璃纤维与水泥砼的搅拌不易均匀,生产较为困难;抗碱玻璃纤维的碱腐蚀仍无法避免,且成本高。

2)钢纤维增强砼。钢纤维是一种纤维与颗粒相结合而成的复合材料,通过两者之间的界面作用成为一体,在受力过程中两种材料各施所长,显著地提高砼的各项指标。钢纤维砼的抗拉强度、抗折强度与抗剪强度高;在动荷载下,抗冲击能力好,抗弯、抗冲击韧性优异,耐疲劳寿命长,并具有良好的阻止和抑制温度应力引起裂缝产生和扩展的能力。此外,钢纤维砼的抗冻性和耐磨性良好。这些性能可延长路面的使用年限。采用钢纤维增强砼,面层厚度可减薄l/2以上。但是钢纤维砼的成本比普通砼高,而且普通砼中加入钢纤维,早期强度仍然不高,用于快速修补时,仍要和快速修补剂配合使用。


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