一种水泥混凝土路面修补材料及水泥混凝土路面修补方法

摘要

本发明涉及一种水泥混凝土路面修补材料及水泥混凝土路面修补方法，该修补材料包括以下组分：硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、偏高岭土、粉煤灰、碱激发剂、细集料、粗骨料、聚羧酸减水剂、聚氧化乙烯胶粉、乙烯‑醋酸乙烯共聚物胶粉、有机无机复合纤维、调凝剂；水的用量控制水胶比为0.35‑0.4。该修补材料具有快硬早强的特点和优异的力学性能和耐久性；采用该修补材料对水泥混凝土路面的裂缝和破损处进行修补，施工工艺简单快捷，无需长时间的专门维护，工作效率高，在修补8h‑24h即可开放交通；新旧混凝土结合强度高，经过长时间反复冻融，无再次开裂或破损现象，并能维持较高的粘结强度，延长了水泥混凝土路面的使用寿命。

说明书

技术领域

本发明属于混凝土路面修补技术领域，具体涉及一种水泥混凝土路面修补材料，同时还涉及一种采用该修补材料的水泥混凝土路面修补方法。

背景技术

水泥混凝土是指由水泥、砂、石等用水混合结成整体的工程复合材料，一般是用水泥作胶凝材料，砂、石作集料，与水(加或不加外加剂和掺合料)按一定比例配合，经搅拌、成型、氧化而得。水泥混凝土路面是指以水泥混凝土为主要材料做面层的路面，是高等级路面的主要结构形式之一，在各级公路中被广泛采用。水泥混凝土路面具有刚度大、承载能力强、疲劳寿命长、耐水、耐高温、耐久性好、材料来源广泛、经济性好等优点，在我国的高速公路和城市道路中，水泥混凝土路面占有很大的比重。

但是，随着公路交通量的增大、路面超载荷情况增多及行车速度的加快，大部分水泥混凝土路面在使用过程中，会产生裂缝及不同程度的破损情况，影响路面的平整度和行车的舒适性；如果不及时进行路面修补，车辆的反复碾压会使情况日益严重，裂缝发育或破损形成凹陷，影响行车安全甚至发生交通事故，最终使得路基沉降从而报废整段公路路面。因此，水泥混凝土路面的裂缝及破损处需要及时进行修补。出于成本的考虑，常规的修补方法是将破损的混凝土去掉，用与原路面的设计标号相同或高标号的普通混凝土进行修补，但新混凝土收缩大，易导致修补后出现收缩开裂；普通混凝土粘结强度低，在新旧混凝土界面以出现结合部开裂；养护期长，开放交通的时间长。

为了不因长期封闭道路造成经济损失以及影响人们出行，目前的高速公路、城市道路等交通枢纽对修补后的水泥混凝土路面开放交通的时间要求越来越短，这就要求修补材料凝结固化时间短、快硬早强，同时具有良好的力学强度和耐久性，满足其使用需求。目前，国内外开发的快速修补材料种类繁多，大致分为无机修补材料和有机修补材料。无机修补材料一般为特种水泥或普通硅酸盐水泥掺早强剂，其特点是脆性大、抗压强度较高但抗拉强度低，粘结强度低、耐久性欠佳，用于水泥混凝土路面修补，很容易发生二次破坏。有机修补材料主要为环氧树脂类、聚氨酯类，尽管其粘结强度高、抗蚀性和抗渗性较好，但是其耐疲劳性、耐冲击性差，容易老化，成本高，实际的修补效果并不理想。

发明内容

本发明的目的是提供一种水泥混凝土路面修补材料，快硬早强，同时具有良好的力学强度和耐久性。

本发明的第二个目的是提供一种采用上述修补材料的水泥混凝土路面修补方法。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种水泥混凝土路面修补材料，包括以下重量份数的组分：硅酸盐水泥48-52份、硫铝酸盐水泥18-22份、偏高岭土18-22份、粉煤灰8-12份、碱激发剂25-30份、细集料130-160份、粗骨料270-280份、聚羧酸减水剂0.8-1.5份、聚氧化乙烯胶粉1.5-2.5份、乙烯-醋酸乙烯共聚物胶粉0.8-1.0份、有机无机复合纤维2-4份、调凝剂0.2-0.4份；水的用量控制水胶比为0.35-0.4。

所述碱激发剂为水玻璃，事先采用氢氧化钠将水玻璃的模数调至1.1-1.4。

所述水胶比中的“胶”指胶凝材料，计算为硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、偏高岭土与粉煤灰的质量之和；水胶比中的“水”是指水玻璃中的自由水与外加水的质量之和。因此，在计算外加水的量时，根据水胶比计算总水量，减去水玻璃中含自由水的量即可。

所述细集料为细度模数为2.6-2.8的中砂；所述粗集料为粒径为4-10mm的连续级配碎石。

所述有机无机复合纤维为聚丙烯纤维与钢纤维的质量比为4:1的混合物；所述聚丙烯纤维的长度为10-15mm，长径比为500-1000；所述钢纤维的长度为15-20mm，长径比为50-100。

所述调凝剂为葡萄糖酸钙与氯化钙的质量比为(1-2):(4-5)的混合物。

上述的水泥混凝土修补材料是由以下方法制备的：取水玻璃，加入氢氧化钠并搅拌溶解，将水玻璃的模数调至1.1-1.4，得碱激发剂；取配方量的硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、偏高岭土、粉煤灰、细集料、粗骨料、聚氧化乙烯胶粉、乙烯-醋酸乙烯共聚物胶粉、有机无机复合纤维、碱激发剂与水混合搅拌，搅拌过程中加入配方量的聚羧酸减水剂和调凝剂，混合均匀后即得修补材料。

一种上述的水泥混凝土路面修补材料的水泥混凝土路面修补方法，包括下列步骤：

1)对水泥混凝土路面裂缝或破损处周边进行敲打，敲掉虚浮的混凝土块，沿工作面周围进行切割形成坑槽，保证坑槽的槽口为规则的几何形状，切割的槽边与路中心线平行或垂直；

2)清除坑槽内的混凝土块及杂物，平整坑槽侧壁及底面；

3)在坑槽侧壁及底面上涂抹或注射灌缝胶，使灌缝胶填充并封堵坑槽侧壁及底面上的裂缝；

4)向坑槽内浇筑所述修补材料，插捣密实并平整，使其与原水泥混凝土路面齐平，自然养护即可。

步骤1)在切割时，切割处距离裂缝或破损处边缘外至少10cm。

步骤2)中，保证坑槽的深度不小于8cm。如坑槽深度大于15cm，采用分层浇筑的方式进行坑槽充填，必要时在槽底铺设钢筋格栅以加强。

本发明的水泥混凝土路面修补材料，采用硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、偏高岭土和粉煤灰复配做为胶凝材料，其中硫铝酸盐水泥具有快硬低碱度的特点，少量掺杂能提高混凝土的快凝特性；硅酸盐水泥作为主要的胶凝材料，偏高岭土与粉煤灰为硅铝质掺合料，经过碱激发剂激发形成地聚合物胶凝材料，水泥中的钙元素和硅元素参与地聚合物的聚合反应，促进其凝结与硬化，多种胶凝材料复配使用，保证混凝土早期的高强度和后期强度的稳定增长。在水泥混凝土中掺入聚氧化乙烯胶粉、乙烯-醋酸乙烯共聚物胶粉和有机无机复合纤维，聚合物同时以胶粉和纤维的形式掺入混凝土，在钢纤维有效提高修补材料的力学性能的基础上，抑制修补材料在凝结硬化前的塑形开裂，提高修补混凝土的抗开裂性能，减小干缩；聚合物胶粉采用聚氧化乙烯胶粉与乙烯-醋酸乙烯共聚物胶粉复配，一方面改善修补材料在新旧混凝土界面处的粘结能力，提高界面粘结强度，另一方面使修补材料具有良好的抗冻融循环破坏能力，获得优异的耐久性。

本发明的水泥混凝土路面修补材料，采用硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、偏高岭土、粉煤灰、碱激发剂、细集料、粗骨料、聚羧酸减水剂、聚氧化乙烯胶粉、乙烯-醋酸乙烯共聚物胶粉、有机无机复合纤维、调凝剂与水掺和而成，具有快硬早强的特点，作为一种新型的水凝混凝土材料，具有优异的力学性能和耐久性；采用该修补材料对水泥混凝土路面的裂缝和破损处进行修补，施工工艺简单快捷，无需长时间的专门维护，工作效率高，在修补8h-24h即可开放交通；新旧混凝土结合强度高，经过长时间的冻融试验验证，无再次开裂或破损现象，并能维持较高的粘结强度，提高了水泥混凝土路面的使用寿命。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本发明做进一步的说明。

具体实施方式中，所用硅酸盐水泥为42.5R的普通硅酸盐水泥(市售)，w(CaO)＝58.15％，w(SiO₂)＝22.64％；所用硫铝酸盐水泥为低碱42.5级硫铝酸盐水泥，购自唐山北极熊建材有限公司；所用偏高岭土来自河南开封奇明耐火材料有限公司，w(SiO₂)＝52.76％，w(Al₂O₃)＝41.80％；所用粉煤灰为II级粉煤灰，w(SiO₂)＝35.56％，w(Al₂O₃)＝22.38％；所用水玻璃为市售商品，模数为2.47，含水率为50.4％，w(SiO₂)＝29.81％，w(NaO)＝12.56％；所用聚羧酸减水剂为重庆科之杰新材料公司生产的聚羧酸高效减水剂，固含量为23％；所用聚氧化乙烯胶粉为美国陶氏速溶聚氧化乙烯WSR>

具体实施方式中，所述水胶比中的“胶”指胶凝材料，计算为硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、偏高岭土与粉煤灰的质量之和；水胶比中的“水”是指水玻璃中的自由水与外加水的质量之和。因此，在计算外加水的量时，根据水胶比计算总水量，减去水玻璃中含自由水的量即可。

具体实施方式中，所用灌缝胶为河南新乡市建通路桥材料设备有限公司提供的公路灌缝胶。

实施例1

本实施例的水泥混凝土路面修补材料，由水和以下重量份数的组分组成：硅酸盐水泥48份、硫铝酸盐水泥22份、偏高岭土22份、粉煤灰8份、碱激发剂25份、细集料145份、粗骨料280份、聚羧酸减水剂1.5份、聚氧化乙烯胶粉2.0份、乙烯-醋酸乙烯共聚物胶粉1.0份、有机无机复合纤维2份、调凝剂0.23份；水的用量控制水胶比为0.35。

其中，所述细集料为细度模数为2.6的中砂；所述粗集料为粒径为4-10mm的连续级配碎石；所述有机无机复合纤维为聚丙烯纤维与钢纤维的质量比为4:1的混合物；所述聚丙烯纤维的长度为10mm，长径比为500；所述钢纤维的长度为15mm，长径比为50。所述调凝剂为葡萄糖酸钙与氯化钙的质量比为1:4的混合物。

所述修补材料是由以下方法制备的：取水玻璃，加入氢氧化钠并搅拌溶解，将水玻璃的模数调至1.2，得碱激发剂；取配方量的硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、偏高岭土、粉煤灰、细集料、粗骨料、聚氧化乙烯胶粉、乙烯-醋酸乙烯共聚物胶粉、有机无机复合纤维、碱激发剂与水混合搅拌，搅拌过程中加入配方量的聚羧酸减水剂和调凝剂，混合均匀后即得修补材料。

本实施例采用上述修补材料的水泥混凝土路面修补方法，包括下列步骤：

1)对水泥混凝土路面裂缝或破损处周边进行敲打，敲掉虚浮的混凝土块，沿工作面周围进行切割形成坑槽，保证坑槽的槽口为规则的几何形状，切割的槽边与路中心线平行或垂直；

2)清除坑槽内的混凝土块及杂物，平整坑槽侧壁及底面，保证坑槽深度不小于8cm；

3)在坑槽侧壁及底面上涂抹或注射灌封胶，使灌封胶填充并封堵坑槽侧壁及底面上的裂缝；

4)向坑槽内浇筑上述所得修补材料，插捣密实并平整，使其与原水泥混凝土路面齐平，自然养护即可。

实施例2

本实施例的水泥混凝土路面修补材料，由水和以下重量份数的组分组成：硅酸盐水泥50份、硫铝酸盐水泥20份、偏高岭土20份、粉煤灰10份、碱激发剂28份、细集料150份、粗骨料275份、聚羧酸减水剂1.2份、聚氧化乙烯胶粉2.3份、乙烯-醋酸乙烯共聚物胶粉0.9份、有机无机复合纤维3份、调凝剂0.28份；水的用量控制水胶比为0.38。

其中，所述细集料为细度模数为2.7的中砂；所述粗集料为粒径为4-10mm的连续级配碎石；所述有机无机复合纤维为聚丙烯纤维与钢纤维的质量比为4:1的混合物；所述聚丙烯纤维的长度为15mm，长径比为1000；所述钢纤维的长度为20mm，长径比为100。所述调凝剂为葡萄糖酸钙与氯化钙的质量比为2:5的混合物。

所述修补材料是由以下方法制备的：取水玻璃，加入氢氧化钠并搅拌溶解，将水玻璃的模数调至1.3，得碱激发剂；取配方量的硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、偏高岭土、粉煤灰、细集料、粗骨料、聚氧化乙烯胶粉、乙烯-醋酸乙烯共聚物胶粉、有机无机复合纤维、碱激发剂与水混合搅拌，搅拌过程中加入配方量的聚羧酸减水剂和调凝剂，混合均匀后即得修补材料。

本实施例采用上述修补材料的水泥混凝土路面修补方法，具体操作步骤同实施例1。

实施例3

本实施例的水泥混凝土路面修补材料，由水和以下重量份数的组分组成：硅酸盐水泥52份、硫铝酸盐水泥18份、偏高岭土18份、粉煤灰12份、碱激发剂30份、细集料158份、粗骨料270份、聚羧酸减水剂1.0份、聚氧化乙烯胶粉2.5份、乙烯-醋酸乙烯共聚物胶粉0.8份、有机无机复合纤维4份、调凝剂0.31份；水的用量控制水胶比为0.36。

其中，所述细集料为细度模数为2.8的中砂；所述粗集料为粒径为4-10mm的连续级配碎石；所述有机无机复合纤维为聚丙烯纤维与钢纤维的质量比为4:1的混合物；所述聚丙烯纤维的长度为15mm，长径比为800；所述钢纤维的长度为20mm，长径比为80。所述调凝剂为葡萄糖酸钙与氯化钙的质量比为1.5:4.5的混合物。

所述修补材料是由以下方法制备的：取水玻璃，加入氢氧化钠并搅拌溶解，将水玻璃的模数调至1.4，得碱激发剂；取配方量的硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、偏高岭土、粉煤灰、细集料、粗骨料、聚氧化乙烯胶粉、乙烯-醋酸乙烯共聚物胶粉、有机无机复合纤维、碱激发剂与水混合搅拌，搅拌过程中加入配方量的聚羧酸减水剂和调凝剂，混合均匀后即得修补材料。

本实施例采用上述修补材料的水泥混凝土路面修补方法，具体操作步骤同实施例1。

实验例1

本实验例对实施例1-3所得修补材料的性能进行检测。具体为：采用模具模拟坑槽，分别采用实施例1-3制备所得修补材料，浇筑在模具中制备混凝土试样；新拌修补材料及修补材料的物理-力学性能根据GB/T 50080-2001《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行测定。结果如表1所示。

表1实施例1-3所得修补材料的性能检测结果

从表1可以看出，实施例1-3的水泥混凝土路面修补材料，作为一种新型水泥混凝土，其初凝时间为40min左右，终凝时间为55min左右；作为修补材料使用，其本身在修补3h后抗压强度达到30MPa以上，抗折强度达到2.80MPa以上，具有快硬早强的特点。

实施例3

本实验例对实施例1-3所得修补材料的粘结强度进行检测。具体方法为：采用100mm×100mm×200mm的实验模具，一端放入旧的混凝土试件(市售常规水泥混凝土路面层)，另一端分别采用实施例1-3所得修补材料浇筑成型，自然养护形成一整块混凝土修补试样，测试其抗折强度即为新旧混凝土粘结强度。结果如表2所示。

同时对养护28h后的混凝土修补试样按照JTJ-98快冻法进行冻融试验，龄期为90d，冻融次数为200次，再次进行粘结强度的检测。结果如表2所示。

实施例1-3所得修补材料的粘结强度检测结果

从表2可以看出，采用实施例1-3所得水泥混凝土修补材料对原混凝土试样进行修补后形成的整体混凝土试样，3h的粘结强度达到2.64MPa以上，说明本发明的修补材料与常规水泥混凝土路面基材具有良好的粘结性能；经过90天的冻融试验，冻融200次之后，修补后的整体混凝土试样的粘结强度还在3.80MPa以上，说明本发明的水泥混凝土修补材料具有优异的粘结耐久性，修补后的整体混凝土块具有长期稳定性。