摘 要:介紹水泥混凝土路面修補(bǔ)材料的選擇原則,并對(duì)各類修補(bǔ)材料進(jìn)行了評(píng)述。
關(guān)鍵詞:水泥混凝土路面;修補(bǔ)材料;選擇原則
中圖分類號(hào):U4161216 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼: B 文章編號(hào): 1008 - 3383 (2007) 02 - 0001 - 02
1 水泥混凝土路面修補(bǔ)材料的選定原則
1. 1 裂縫修補(bǔ)材料的選擇原則
(1)粘結(jié)強(qiáng)度高; (2)防水抗?jié)B性好; (3)在自然溫度范圍內(nèi)具有較好的穩(wěn)定性; (4)優(yōu)良的抗嵌入性; (5)優(yōu)良的耐久性; (6)使用方便,施工快捷; (7)對(duì)環(huán)境無污染; (8)與基質(zhì)混凝土具有良好的相容性。
1. 2 嵌縫料的選擇原則
理想的嵌縫料必須具備下述技術(shù)性能
(1)與水泥有較好的粘結(jié)力,當(dāng)水泥混凝土伸縮時(shí),填縫料與板縫壁粘結(jié)牢固,不致被拉脫; (2)具有較高的拉伸率,填縫料必須能隨水泥混凝土板伸縮,不致被拉斷; (3)耐熱及抗嵌入性好; (4)低溫塑性好; (5)耐磨及耐久性好; (6)防水抗?jié)B性好; (7)施工方便,價(jià)格適中。
1. 3 路面及板塊修補(bǔ)材料的選擇原則
理想的路面及板塊修補(bǔ)材料必須滿足如下要求: (1)適宜的凝結(jié)時(shí)間; (2)較好的工作性能; (3)較快的硬化速度和較高的早期強(qiáng)度; (4)同舊混凝土有較好的結(jié)合強(qiáng)度; (5)與舊混凝土有較好的相容性; (6)后期強(qiáng)度不倒縮,耐久性好;(7)防水抗?jié)B性好; (8)低收縮。
2 水泥混凝土路面修補(bǔ)材料
2. 1 裂縫修補(bǔ)材料
裂縫修補(bǔ)材料根據(jù)其功能可分為高模量補(bǔ)強(qiáng)材料和低模量密封材料。前者固化后具有較高的強(qiáng)度和剛度,后者則具有較大的柔性。當(dāng)需補(bǔ)強(qiáng)時(shí),可選用高模量補(bǔ)強(qiáng)材料,對(duì)“活縫”一類的裂縫,則宜采用低模量的材料。高模量的裂縫修補(bǔ)材料有環(huán)氧樹脂類、酚醛和改性酚醛樹脂類膠粘劑;低模量封閉材料有聚氨脂類、烯類、橡膠類、瀝青類膠粘劑等。
(1)環(huán)氧樹脂類
水泥混凝土路面修補(bǔ)中常用的環(huán)氧樹脂類材料大多屬縮水甘油基型,常用的有由多元酚和多元醇制備的雙酚環(huán)氧樹脂,這類環(huán)氧樹脂剛性大,延性小,質(zhì)脆,與舊混凝土膠接時(shí),界面易產(chǎn)生應(yīng)力集中而開裂。而環(huán)氧樹脂改性后,既保持了強(qiáng)度高、粘附力強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn),又通過改性降低了脆性,提高了韌性,最重要的一類用于水泥混凝土路面裂縫修補(bǔ)的是聚硫改性環(huán)氧灌漿材料。
(2)聚氨脂類灌漿材料
聚氨脂膠液具有柔性分子鏈,耐振動(dòng)性及抗疲勞性能都很好,另外,其耐低溫性能好,適宜各種自然溫度下使用。較早使用的一類聚氨脂是多異氰酸酯,其粘結(jié)強(qiáng)度高,能與被膠結(jié)材料表面上吸附的水及表面含水氧化物等發(fā)生化學(xué)反應(yīng),或者在堿性的被粘結(jié)物表面上自行聚合,在界面上發(fā)生化學(xué)鍵合;另一類廣泛使用的聚氨脂材料是端異氰酸酯基聚氨酯預(yù)聚體型膠粘劑,屬于結(jié)構(gòu)型聚氨酯預(yù)聚體膠粘劑,特點(diǎn)是起始膠結(jié)強(qiáng)度高,彈性好,耐低溫耐疲勞,但彈性模量較低,約為5～7MPa,補(bǔ)強(qiáng)作用小。
(3)烯類裂縫修補(bǔ)材料
烯類裂縫修補(bǔ)材料采用烯類聚合物配制而成,通常有兩大類:一類是以烯類單體或預(yù)聚體作膠粘劑,在固化過程中發(fā)生聚合;另一類是以高分子聚合物本身作膠粘劑。用于水泥混凝土路面裂縫修補(bǔ)的烯類材料主要有兩類:其一為氰基丙烯酸酯膠粘劑,主要成分是A—氰基丙烯酸酯,通過增稠劑和增塑劑等改善工作性和抗沖擊性能,其特點(diǎn)是粘度低,固化時(shí)間短,透明性好,膠結(jié)強(qiáng)度高,氣密性好,不足之處是價(jià)格較高,抗沖擊性能較差;另一類為(甲基)丙烯酸酯樹脂膠粘劑,甲基丙烯酸樹脂具有三向交聯(lián)結(jié)構(gòu),所以耐熱性、耐水性、耐介質(zhì)以及耐大氣老化性能都較好,收縮率低,強(qiáng)度高,因(甲基)丙烯酸酯樹脂膠粘劑粘度較其它有機(jī)高分子材料低,常與水泥復(fù)合成樹脂改性混凝土對(duì)寬裂縫進(jìn)行修補(bǔ), (甲基)丙烯酸酯樹脂膠粘劑制備工藝復(fù)雜,為了調(diào)節(jié)固化產(chǎn)物的結(jié)構(gòu)性能,需要摻入大量的外加劑。
(4)聚合物改性水泥砂漿類裂縫修補(bǔ)材料
普通水泥砂漿因收縮大,粘結(jié)強(qiáng)度低等原因較少用于裂縫的修補(bǔ),而通過聚合物乳液改性水泥砂漿能提高其工作性能,減少漿體收縮,提高粘結(jié)強(qiáng)度以及砂漿的綜合力學(xué)性能,改善防水抗?jié)B能力及抗凍融能力,降低純聚合物材料的費(fèi)用等。常用于裂縫修補(bǔ)的聚合物改性水泥砂漿有聚醋酸乙烯乳液改性水泥砂漿,聚丙烯酸酯乳液改性水泥砂漿,環(huán)氧樹脂改性水泥砂漿,不飽和聚酯樹脂改性水泥砂漿及丁苯膠乳改性水泥砂漿等。
2. 2 嵌縫料
水泥混凝土路面的嵌縫料對(duì)路面的性能及耐久性起著關(guān)鍵的作用,嵌縫料的失敗可能導(dǎo)致板角斷裂、脫空、板塊活動(dòng)、唧泥、錯(cuò)臺(tái)等嚴(yán)重的路面損壞。我國在水泥混凝土路面的建設(shè)過程中,長(zhǎng)期對(duì)嵌縫料的重視不夠,大多使用性能較差的瀝青混合物,少量的使用聚氯乙烯焦泥等。
傳統(tǒng)的瀝青混合物嵌縫料與水泥混凝土板縫壁粘結(jié)力差,易與水泥混凝土脫開,溫度穩(wěn)定性差。夏季易被擠出路面,冬季易被拉斷裂開。耐久性差,老化快,夏季被擠出路面的部分在冬季自然硬化,無法回至原接縫部位,導(dǎo)致嵌縫失效。聚氯乙烯焦泥以煤焦泥為主,加入聚氯乙烯樹脂、增塑劑、填充料和穩(wěn)定劑等配制而成,灌入溫度130～140 ℃,較瀝青混合物性能有所改善,但仍不足以滿足嵌縫料的基本要求。
ZJ型嵌縫料以煤焦油為基料,以此與橡膠組成橡膠瀝青,再加入聚氯乙烯樹脂、增塑劑、穩(wěn)定劑、表面活性劑、沉降抑制劑、硫磺及填充料等配制而成,施工時(shí)加熱至130 ℃,但不得超過160 ℃,在工程實(shí)踐應(yīng)用中效果尚好。
橡膠瀝青嵌縫料是由石油瀝青摻加廢橡膠組成,或采用優(yōu)質(zhì)丁苯橡膠膠乳摻配石油瀝青的新工藝制成丁苯橡膠瀝青,后者耐磨,耐油,耐老化,彈性較好,使用溫度170～180 ℃。
聚氨酯焦油類嵌縫料為雙組分材料,甲組份以多異氰酸酯和多羥基化合物反應(yīng)制得聚氨基甲酸酯,乙組份主要由煤焦油及填充料組成,能常溫施工,固化后形成橡膠彈性體,耐磨,耐油,耐腐蝕及耐熱。聚氨酯類嵌縫料也是雙組份材料,主要由甲組份(多異氰酸酯)和乙組份(多羥基化合物)組成,不含煤焦油成分,能在常溫下施工,工程中應(yīng)用的有LPC- 89接縫密封膠,聚氨酯整皮微孔泡沫填料及聚氨酯密封膠。
其它嵌縫料如彈性橡膠制品在工程中也有應(yīng)用,其特點(diǎn)是施工方便快捷,但問題在于橡膠和水泥混凝土板的粘結(jié)不良,易導(dǎo)致封縫不嚴(yán)而滲水。
2. 3 路面及板塊修補(bǔ)材料
普通水泥混凝土用于路面及板塊的修補(bǔ)主要缺陷在于新舊水泥混凝土結(jié)合強(qiáng)度低,強(qiáng)度發(fā)展緩慢,阻礙交通時(shí)間長(zhǎng)。因此,一般交通要道路面及板塊的修復(fù)不采用普通水泥混凝土。國內(nèi)外研制開發(fā)了大量的路面及板塊快速修補(bǔ)材料,主要介紹如下。
(1)快硬硅酸鹽水泥混凝土
在配制快硬硅酸鹽水泥時(shí),生料中摻入一定量的CaF2、CaSO4、TiO2、BaO、P2O5、MnO和Cr2O3 ,其熟料礦物組成和普通水泥有較大差異, C3 S含量較高,還有對(duì)早期強(qiáng)度有利的11CaO·7Al2O3 ·CaF2 , 3CaO·3Al2O3 ·CaSO4 ,而C2 S含量則相對(duì)較小。在環(huán)境溫度5～20 ℃時(shí),約需3 d才可投入使用, 20～30 ℃時(shí), 1～2 d即可,但和普通水泥一樣,其干縮大,新舊水泥混凝土粘結(jié)差,因初期水化快,水泥混凝土內(nèi)部溫度較高,因而要注意養(yǎng)護(hù),且避免高溫期施工。
(2)硫鋁酸鹽超早強(qiáng)水泥及氟鋁酸鹽快凝快硬水泥
硫鋁酸鹽水泥熟料礦物的主要成分是3CaO·3Al2O3 ·CaSO4 和C2 S,除具有早強(qiáng)和快硬特性外,尚有微膨脹、耐硫酸鹽侵蝕等性能,其4 h強(qiáng)度可達(dá)10～25MPa, 1 d強(qiáng)度可達(dá)30～60MPa。氟鋁酸鹽快凝快硬水泥的熟料礦物主要成分是: 11CaO·7Al2O3 ·CaF2 ,B—C2 S或C3 S等,其具備快凝快硬的性能,凝結(jié)很快,初凝一般僅幾分鐘,初凝和終凝間隔很短,一般不超過0. 5 h, 2 ～3 h的抗壓強(qiáng)度即可達(dá)20 MPa。
這兩種水泥常用于路面的搶修工程,因其后期強(qiáng)度及性能呈現(xiàn)下降的趨勢(shì),所以使用范圍受到限制。
(3)高鋁水泥
高鋁水泥是一種快硬早強(qiáng)型的水硬性膠凝材料。它的主要原料是礬土和石灰石,其熟料礦物的主要成分是鋁酸一鈣,其水化速度極快,強(qiáng)度發(fā)展主要集中在早期,后期幾乎無多大的發(fā)展。高鋁水泥水化產(chǎn)物不穩(wěn)定,容易發(fā)生晶型轉(zhuǎn)變, 后期強(qiáng)度往往下降。高鋁水泥1 d 抗折強(qiáng)度可達(dá)3～5MPa,抗壓強(qiáng)度達(dá)25～45MPa。
(4) 磷酸鎂水泥混凝土
磷酸鎂水泥混凝土是一種新型的道路修補(bǔ)材料,磷酸鎂水泥的基本制備工藝為:在1 500 ℃左右灼燒MgO粉,磨至比表面為1 260～3 500 cm2 /g,將NH4H2 PO4 粉與之混合均勻,由Na2B4O4 ·10H2O調(diào)節(jié)凝結(jié)時(shí)間即可制成磷酸鎂系水泥。磷酸鎂系水泥有足夠的凝結(jié)時(shí)間,較快的硬化速度和較高的早期強(qiáng)度,與舊水泥混凝土結(jié)合力強(qiáng),相容性好,是很有發(fā)展前途的一類路面修補(bǔ)材料。
(5)硅灰水泥混凝土
硅灰是一種火山灰活性極強(qiáng)的摻合料,硅灰水泥混凝土具備較高的早期強(qiáng)度,后期強(qiáng)度發(fā)展良好,在水泥漿體及集料的界面上Ca (OH) 2 不富集,代之以水化硅酸鈣凝膠,所以有較好的界面結(jié)合強(qiáng)度。硅灰水泥混凝土與舊混凝土有優(yōu)良的結(jié)合性能,含10% ～15%甚至更高含量的硅灰水泥混凝土非常適合水泥混凝土路面的修補(bǔ),但在我國成本較高。
(6)偏高嶺水泥混凝土
偏高嶺土亦是一種火山灰活性極強(qiáng)的材料。研究表明,適當(dāng)處理的偏高嶺土火山灰活性甚至超過硅灰, ;在對(duì)硅灰水泥混凝土的研究中發(fā)現(xiàn),硅灰的引入導(dǎo)致混凝土自收縮的增加,而偏高嶺水泥混凝土則有補(bǔ)償收縮的微膨脹性能,偏高嶺水泥混凝土較硅灰水泥混凝土有較好的工作性。偏高嶺土能改善水泥混凝土的可塑性,增強(qiáng)粘結(jié)性能,減少泌水,并能加速水泥的早期水化,獲得較高的早期強(qiáng)度,后期強(qiáng)度也不斷增加,可提高水泥混凝土的綜合性能。偏高嶺水泥混凝土已被用于橋面和機(jī)場(chǎng)跑道等的修補(bǔ),是一種理想的修補(bǔ)材料,其應(yīng)用有待進(jìn)一步開發(fā)與推廣。
(7)聚合物改性砂漿及混凝土
聚合物改性砂漿及混凝土是另一大類性能優(yōu)良的路面修補(bǔ)材料,在全世界范圍內(nèi)都有廣泛的應(yīng)用,已有大量成功的工程實(shí)踐。所用的聚合物有天然橡膠、合成橡膠、熱塑性樹脂、熱固性樹脂、瀝青與石蠟等,乳液的濃度通常按重量計(jì)為40% ～60%。典型的聚合物改性砂漿及水泥混凝土修補(bǔ)材料有不飽和聚酯樹脂砂漿及混凝土、丁苯膠乳改性砂漿及混凝土、聚丙烯酸酯樹脂砂漿及混凝土、天然橡膠膠乳改性砂漿及混凝土、聚乙烯乙酸酯改性砂漿及混凝土等。聚合物改性砂漿及混凝土具備較高的粘結(jié)性能,抗沖擊性能,并能改善混凝土的耐磨性能,其防水抗?jié)B性能好,工作性能優(yōu)良,但因聚合物價(jià)格昂貴,并有一定的毒性,耐高溫性能較差,因而在使用上受到限制。
3 小 結(jié)
修補(bǔ)材料最主要的功能是應(yīng)滿足新舊水泥混凝土的相容性,另外還要考慮能否節(jié)約施工時(shí)間,縮短交通封閉期限,以及能否獲得最高的性能價(jià)格比。因?yàn)槁访鎿p壞情況及損壞原因的復(fù)雜性,不可能有某種通用的材料適合于所有路面的修補(bǔ),因此,選擇修補(bǔ)材料要做到“量體裁衣”,“對(duì)癥下藥”。但是由于目前缺乏對(duì)修補(bǔ)材料進(jìn)行評(píng)價(jià)的可靠的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)方法,也沒有為大家所普遍接受的性能標(biāo)準(zhǔn),因此,修補(bǔ)材料的測(cè)試方法及性能標(biāo)準(zhǔn)只有在研究和實(shí)踐中進(jìn)一步去完善。另外,從修補(bǔ)材料的修補(bǔ)效率出發(fā),必須選擇耐久性好的修補(bǔ)材料;修補(bǔ)材料和水泥混凝土工業(yè)一樣也要實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展,必須進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)“綠色高性能”。從目前的各類修補(bǔ)材料的綜合情況看來,硅灰水泥混凝土系列和偏高嶺水泥混凝土系列被認(rèn)為是最有推廣價(jià)值的路面修補(bǔ)材料。
