修補路面用混凝土復合外加劑試驗研究

【摘 要】.本文通過實例介紹了修補路面用混凝土復合外加劑的配合比試驗設計方法，闡述了復合外加劑的作用并對其機理進行了分析，同時也介紹了工程實際應用的效果。.

【關鍵詞】.復合外加劑；混凝土路面；修補；試驗

Additive compound with concrete pavement repair Study

Lv Fu-nan，Wang Hai-you

(Highway Authority Pingdingshan Pingdingshan Henan 467000).

【Abstract】.This paper describes examples of concrete pavement patching compound admixture with the ratio test design method， described the role of the composite additive and its mechanism is analyzed， but also introduces the practical application of engineering results..

【Key words】.Composite additive;Concrete pavement;Repair;Test .

1. 前言.

隨著我國公路交通事業的發展，水泥混凝土路面由于承載能力大，使用壽命長，養護費用少等優點因而在高等級公路中應用較多。然而，交通運輸業的現狀是車流量和超載超限運輸車輛日益增多，混凝土路面在使用一段時間后出現了許多問題，其主要表現在以下幾個方面：

（1）混凝土強度相對較低，導致斷板速度很快，斷板率比較高。

（2）混凝土塑性收縮變形較大。在超載超限荷載和混凝土收縮產生的拉應力雙重作用下，較早出現裂縫，而且不易修補，影響混凝土路面的使用品質。

（3）路面耐磨性差。在使用不長時間就會出現較大磨損，抗滑能力下降，影響行車速度及行車安全。

（4）損壞的混凝土路面經過挖補，在投入使用前新舊混凝土界面就出現較寬裂縫，路表水下滲，進而引發其它病害。

通常對已經被破壞的路面混凝土的處理是進行挖除后用早強混凝土修補，然而在工程實踐中發現，新修補的混凝土路面很快就會重復出現上述的病害。因此，在大量試驗的基礎上，發現使用復合外加劑能夠明顯地改善修補路面混凝土的性能，有效地解決路面混凝土出現的上述問題。

2. 復合外加劑配合比試驗設計.

為了提高道路混凝土的強度、耐磨性及抗裂縫性能，根據經驗和分析，復合外加劑采用三種組分，即膨脹劑、高效減水劑、活性摻活料（硅灰）。為了使選出的工藝方案最優，而且試驗方法簡單、方便、高效率，采用正交試驗法進行試驗。

試驗時設計一種混凝土作為基準混凝土，然后摻一定量的由膨脹劑、高效減水劑和活性摻活料組成的不同配合比的復合外加劑進行試驗。某次試驗的計劃及結果見表1，試驗結果分析見表2。

由表1和表2綜合分析可知，A3B2C3為最優工藝參數，即高效減水劑摻量為2.5%，膨脹劑摻量為10%、活性摻活料摻量為10%時是最優用量。因此，高效減水劑、膨脹劑和活性摻活料的配合比為1∶4∶4。應該指出的是，當試驗所用材料改變時結論有可能也隨之改變，所以施工時必須根據所用材料進行試驗，確定復合外加劑中各組分的用量。

當把抗折強度、耐磨性能等作為考察指標時，會得出與上述相似的規律，此略。在實踐中一般是把抗折強度作為考察指標進行試驗，當對某項性能有超常規要求時可同時選為考察指標進行試驗，以便比較選擇最優工藝參數。

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3. 復合外加劑摻量及其效果試驗.

復合外加劑的配合比確定后，再以不同的摻量來測定混凝土的抗壓強度、抗折強度、耐磨性能和膨脹率。此外，為了從微觀上了解復合外加劑對混凝土性能的影響，做混凝土漿——集界面顯微硬度試驗。試驗結果見表3、表4及圖1、圖2。

4. 復合外加劑提高混凝土性能的機理分析.

從上述試驗結果可知，摻復合外加劑能提高路面混凝土抗壓強度、抗折強度、耐磨系數和新舊混凝土之間的結合力，其機理如下。

4.1 .提高混凝土強度的機理分析。

提高混凝土強度的方法主要是降低混凝土混合料的水灰比，提高水泥漿和集料界面的黏結強度，降低混凝土的孔隙率、改善孔結構。在普通混凝土中，雖然水泥石只占總體積的四分之一左右，但是水泥石對混凝土性能的影響卻是主要的。因此，在研究混凝土性能的時候必須研究水泥石本身的性能和其內部組織結構的關系，水泥石的微觀結構往往對混凝土的許多物理力學性能有著直接重要的影響。.

在混凝土摻入復合外加劑后，由于減水劑的吸附分散作用，在水泥等細顆粒表面形成一層單分子或多分子吸附膜，能使水泥早期的水化速度有所降低，這種延緩作用有助于水化產物生長得更加充分完整，水化產物互相搭錯交互邊生得更加緊密，進而使內部孔隙減少；其次，復合外加劑的活性礦物料也由于減水劑的分散作用而被均勻地分散到水泥漿體中，它能填充在毛細孔和凝膠孔中，使混凝土的空隙率降低，又由于它能和水泥的水化物Ca(OH)2的反應降低了溶液中的堿度，使水泥水化更為充分，水泥的有效利用率提高。從混凝土顯微硬度曲線中可以發現，摻復合外加劑的混凝土不僅漿——集界面過渡層的強度提高，同時水泥漿基體的強度也增大了。

4.2 提高混凝土耐磨性能的機理分析。

混凝土的耐磨性能是混凝土的耐久性能之一，作為道路面板使用的混凝土的耐磨性顯得尤為重要，它是保證行車安全的重要指標。在路面混凝土中，根據其受力特點，主要有磨粒磨損和疲勞磨損兩種形式。由于復合外加劑能降低混凝土的空隙率、微裂縫等原生缺陷，減少了引起疲勞磨損的應力引發源，同時，由于復合外加劑能提高混凝土漿——集界面的黏結強度，使混凝土表面的骨料不易脫落，也能提高其抗磨粒磨損的能力；當然，硬度的提高是提高耐磨性的直接保障。

4.3 提高混凝土早期抗裂性能的機理分析。

由于道路混凝土施工養護條件復雜，線長、面大、野外作業，受外界環境條件的影響較大。因此，混凝土在凝結和硬化過程中干縮裂縫和溫度裂縫較易產生，在投入使用后，由于受車輛荷載的反復作用，這些早期裂縫必然很快引起疲勞開裂。摻加復合外加劑后，減少了用水量，干縮裂縫將隨之減少；改善了混凝土內部結構，密度增加，強度提高，混凝土內部產生了預壓應力，所有這些都將有效地預防溫度裂縫和疲勞開裂的產生。

4.4 提高新舊混凝土結合力的機理分析。

復合外加劑的使用，提高了混凝土的黏結強度，從而提高了新舊混凝土之間的結合力，特別是由于復合外加劑之中含有膨脹劑，挖補的新混凝土在凝結和硬化過程中膨脹，和舊混凝土之間產生較大的垂直于界面的壓力，使新舊混凝土結合緊密，同時在平行于新舊混凝土界面方向上的摩擦力提高，能有效地抵抗車輛荷載的作用，使新舊混凝土在接觸面處不發生相對位移。

4.5 路面混凝土斷板率下降的機理分析。

由上述分析可以看出，復合外加劑的使用全面提高了混凝土自身的性能，并且改善了混凝土面板的受力狀況，從而導致路面混凝土斷板率降低。.

5. 復合外加劑工程應用實例.

吳西線地處平頂山市煤礦區，是主要煤炭運輸通道，不但交通量大，而且超載超限車輛眾多，為了提高道路使用品質，2004年通過改善于年底建成混凝土路面，通車一年時調查斷（碎）板已接近20%，并且出現錯板、沉降等病害，通行能力迅速下降，之后用相同強度等級的早強度混凝土進行了修補，2006年底調查斷（碎）板達到27%，并且原來修補的混凝土面板有94%已經破壞。在這種情況下，我們研究使用復合外加劑來提高混凝土面板的質量，并且在2007年初對斷（碎）混凝土板進行了挖除修補，2011年初調查，斷（碎）板率不足2%，效果比較理想，達到了預期的效果。.

6. 結論.

試驗研究和應用效果表明，混凝土道路養護修補使用復合外加劑能提高混凝土的強度、耐磨性和抗收縮能力，改善混凝土面板的受力狀態，提高并保持修補混凝土路面的使用品質，有效地解決了混凝土路面養護修補的技術難題。

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參考文獻.

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［文章編號］.1619-2737（2012）08-01-193.

［作者簡介］. .呂馥楠（1969-），男，籍貫：河南，學歷：學士，職稱：高工，長期從事公路工程技術與管理工作。.