水泥混凝土路面快速修补材料综述

时间：2019-12-03

国内常见的快速修补料

水泥混凝土路面在行车荷载的反复作用以及其它各种人为和环境因素的作用下，不可避免的会发生破坏。国内的许多厂家在很早以前就对混凝土的快速修补材料和工艺进行了仔细的研究和探索。根据相关快补材料文献得知，通车时快补料的强度必须达到一般混凝土路面设计强度的70%，即抗压强度必须达到20MPa，抗折强度必须达到3.5MPa。用于水泥混凝土路面的快速修补材料必须具有硬化快、耐磨和耐久性好、低收缩微膨胀、具有一定的粘性和和易性好等特点。我国的快补材料的研究和探索经历了一段较长的历程，市面上相继出现了各种各样的快补材料，现综述如下。

普通水泥混凝土和砂浆

对于水泥混凝土路面的破损，国内较早采用的方法就是破除已损坏的水泥混凝土路面，然后浇筑上与老混凝土路面标号相同或者比原标号更高的混凝土。此类方法虽然操作简便，实际上也有不少缺点:养护周期长;普通水泥混凝土养护周期需要28天，强度增长慢，养护条件苛刻，中断交通时间特别长。收缩大;新浇筑的水泥混凝土路面明显比老混凝土路面的收缩大，*造成二次破坏。新老混凝土的粘结强度低;水泥混凝土本身粘结力差，*造成界面开裂。

沥青混凝土

早期我国的公路部门常采用沥青混凝土作为快补料对破损的水泥混凝土路面进行修补。用于此类混合料的沥青应具有以下特点:稠度适中;较大的塑性;足够的温度稳定性;较好的大气稳定性;较好的水稳定性。

虽然用沥青混凝土作为快补料中断交通时间短，但也存在很多缺陷:色差大;白加黑，整体效果不好。对施工要求高;施工操作不当*减短使用寿命。刚度相差大;内部传荷不一致。

特种水泥

所谓特种水泥，就是一种具有特殊性能的水泥或者用于某种工程的**水泥。由于其强度高、凝结时间快受到国内外*、学者的广泛研究和应用。目前国内市场上用于快速修补材料的特种水泥主要有以下几种:

①快硬硅酸盐水泥。快硬硅酸盐水泥是一种初期强度高、硬化快、凝结时间可调的水硬性胶凝材料。该快补料是以硅酸盐水泥和适量磨细的石膏为主要成分制成的。通过加入一定的外加剂和外掺料进行改性后能够调节水泥的早期强度和凝结时间。按照一定的配合比加入粗细集料后可以配制成早强、高标号的混凝土，应用于一些紧急抢修工程、低温施工工程和高标号混凝土预制件等。上海蜀通建材有限公司生产的快硬硅酸盐水泥小时强度高，2h水泥强度达到20MPa以上，现场只需加水搅拌，砂浆自流，施工免震，具有良好的密实性和抗渗性。但是，快硬硅酸盐水泥干缩大、新老混凝土粘结强度差、施工过程和养护过程产生水化热，对养护条件要求比较高。

②快硬硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥和氟铝酸盐水泥。快硬硫铝酸盐水泥低温性能比较好，气温在-5℃以上时，不必采取任何特殊措施就可以正常施工，可用于抢修跑道、公路、配制膨胀水泥和自应力水泥以及玻璃纤维砂浆等。快硬氟铝酸盐水泥凝结硬化很快，可应用于喷锚用的喷射水泥。快硬铁铝酸盐水泥耐腐蚀、高抗渗，可应用于配制喷射混凝土和生产预制构件等。

③高铝水泥。高铝水泥的主要成分是铝酸钙，高铝水泥水化生成CAH10与C2AH8相互交替攀附，重叠结合，形成比较坚硬的结晶连接体，使水泥获得很高的强度。具有早强、水化热大、耐腐蚀、抗高温等特性，可通过电弧炉熔融法和反射炉熔融法进行制备，但是后期也会出现倒缩现象，且高铝水泥水化的产物在高温下比较不稳定，*发生晶型转变，因此，在使用性能上大打折扣。

④磷酸镁水泥。优点:早期强度高、凝结硬化快;3h抗压强度就可达到40MPa;新老混凝土粘结性能好;与旧混凝土具有相近的膨胀系数和弹性模量，具有较好的体积相容性;耐磨性能好;耐磨度相当于普通硅酸盐水泥的2倍;干缩率小，只有0.05%-0.09%;冻融循环能力、抗盐冻能力强;40次冻融循坏后才出现表面剥蚀现象。

缺点:脆性大;*造成横纵向裂缝和板底断裂;抗冲击能力差;后期会不同程度的出现强度倒缩现象;磷酸镁水泥价格昂贵。

由于磷酸镁水泥的研究还不够深入，所以目前以磷酸镁水泥作为快补料的市场应用还不算太广泛。

⑤碱硅水泥。碱硅水泥是一种耐腐蚀、耐高温、能耗低的新型胶凝材料。其在力学性能和路用性能上具有比普通水泥无法比及的优点。在国内，上海**工程研究所研制的SC型快速修补料和南京水利科学院研制的AS型快速修补料是碱硅水泥的典型代表。

复合修补剂

由于单一的水泥或外掺料很难达到理想的快补需求，国内外的*学者开始采用复配技术，充分发挥各种成分的叠加效应，扬长补短，研制出许多性能优良的复合修补剂。江苏省建筑科学研究院利用硅酸钙、氟铝酸钙、硫铝酸钙和少量单晶体等矿物成分做成的JK-4、JK-10型复合修补剂，以及用硫铝酸盐、高效的表面活性剂和优质的硅性材料复合而成的JK-24型复合修补剂克服了传统的单一快补材料的种种弊端，不仅收缩小、快硬早强，而且与老混凝土粘结性能良好，耐磨，耐久，是目前市场上性价比比较高的快速修补料之一。长安大学利用硅酸盐、硫铝酸盐、铝酸盐和高效活性剂等矿物材料按一定比例配制成的HW系列复合修补剂，4～6h抗折强度就可达到3.5MPa的通车要求，具有较高的韧性和抗变形能力。

聚合物类混凝土

聚合物类混凝土是一种**无机材料的统称。其中，聚合物水泥混凝土(Polymer Modified Concrete，简称PMC)是指在普通的水泥混凝土中加入高分子聚合物，以聚合物和水泥共同作为胶凝材料，将粗细骨料黏合为一体而成的复合材料。由于能够缓和裂缝尖端的应力集中，比普通混凝土具有较高的强度和密实度、较好的抗冲击和抗磨抗渗性能而受到国内外*学者的青睐。树脂混凝土(Polymer Concrete，简称PC)则用聚合物代替了水泥作为胶凝材料，增加了强度和耐磨性，但由于价格比较昂贵而受到限制。聚合物浸渍混凝土(Polymer Impregnated Concrete，简称PIC)是指等到混凝土硬化以后，将聚合物填充到普通混凝土的空隙中形成的一种复合材料。由于聚合物浸入空隙中增强了水泥石与集料间的粘结力，而使混凝土的力学性能和材料性能大幅度增加。

纤维增强混凝土

以砂浆、水泥浆或混凝土为基材，以金属纤维，无机纤维或**纤维为增强材料组成的一种复合材料，称为纤维增强混凝土。

纤维在混凝土中的作用:①阻裂作用:纤维可在混凝土未硬化的塑性阶段和硬化阶段阻碍混凝土微裂缝的产生和发展。②增强作用:混凝土中加入适量的纤维可使混凝土的抗拉强度、抗剪强度和抗疲劳强度都有一定的提高。③增韧作用:纤维混凝土在荷载作用下，即使混凝土发生开裂，纤维还可横跨裂缝承受拉应力并可使混凝土具有良好的韧性。

目前国内应用于混凝土的纤维主要有钢纤维、玻璃纤维、聚丙烯纤维。其中，钢纤维增强混凝土抗压强度能达到100～110MPa，抗折强度能接近15MPa，抗冲击强度是普通水泥混凝土的3.6倍以上，添加体积率为13%～17%的网格布及连续玻璃纤维或者3%～6%体积率的短切纤维都能使混凝土抗弯强度和抗冲击强度达到较大。由于碳纤维的掺入在混凝土的基体中引入了大量的空气使得混凝土的抗压强度随着碳纤维含量的增加而减少，且碳纤维造价昂贵，需要探讨和解决的问题比较多，所以目前碳纤维增强混凝土并不普遍适用。聚丙烯纤维是由丙烯聚合物或共聚物制成的烯烃类纤维。其特点如下:

①改善混凝土的变形特性和韧性。加入一定掺量的聚丙烯提高了混凝土的极限拉伸率，改善了混凝土的变形能力。聚丙烯混凝土的韧性指数比普通混凝土增加15%～70%。

②防止或减小混凝土收缩裂缝的产生。掺入一定量的聚丙烯可以在混凝土的塑性阶段和硬化阶段抑制裂缝的产生和发展。

③提高了混凝土的耐久性。聚丙烯混凝土的抗渗抗冻融能力比普通混凝土要高的多。抗冲击性能是普通混凝土的2倍，抗磨损能力比普通混凝土高出20%～105%。

④较高的粘稠性。用在喷射混凝土中，不但可以提高性能，还可以减少回弹损失。

国外快速修复材料的应用现状

国外在20世纪中旬就开始了对水泥混凝土路面快速修补材料的研究。美国、日本、英国等国家主要对薄层修补、纤维增强混凝土和聚合物类混凝土展开了仔细的研究和探索。

日本采用网状聚丙烯纤维，提高了混凝土的承载力。美国*在混凝土中掺入一定比例的微纤维提高了混凝土的抗拉能力和极限拉伸率。新泽西州采用无氯的促硬剂制备的复合修补快硬混凝土对295号州际公路(Interstate295，简称I-295，德瓦西州-新泽西州)路面进行了全厚修补，1～3天即可通车，但并没有对路面的耐久性做深入的研究。英国研制的SPRC对薄层修补做出了巨大的贡献。

词条
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