修补路面用混凝土复合外加剂试验研究

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【摘要】本文通过实例介绍了修补路面用混凝土复合外加剂的配合比试验设计方法，阐述了复合外加剂的作用并对其机理进行了分析，同时也介绍了工程实际应用的效果。

【关键词】复合外加剂；混凝土路面；修补；试验

Additive compound with concrete pavement repair Study

Lv Fu-nan,Wang Hai-you

(Highway Authority PingdingshanPingdingshanHenan467000)

【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

随着我国公路交通事业的发展，水泥混凝土路面由于承载能力大，使用寿命长，养护费用少等优点因而在高等级公路中应用较多。然而，交通运输业的现状是车流量和超载超限运输车辆日益增多，混凝土路面在使用一段时间后出现了许多问题，其主要表现在以下几个方面：

（1）混凝土强度相对较低，导致断板速度很快，断板率比较高。

（2）混凝土塑性收缩变形较大。在超载超限荷载和混凝土收缩产生的拉应力双重作用下，较早出现裂缝，而且不易修补，影响混凝土路面的使用品质。

（3）路面耐磨性差。在使用不长时间就会出现较大磨损，抗滑能力下降，影响行车速度及行车安全。

（4）损坏的混凝土路面经过挖补，在投入使用前新旧混凝土界面就出现较宽裂缝，路表水下渗，进而引发其它病害。

通常对已经被破坏的路面混凝土的处理是进行挖除后用早强混凝土修补，然而在工程实践中发现，新修补的混凝土路面很快就会重复出现上述的病害。因此，在大量试验的基础上，发现使用复合外加剂能够明显地改善修补路面混凝土的性能，有效地解决路面混凝土出现的上述问题。

2. 复合外加剂配合比试验设计

为了提高道路混凝土的强度、耐磨性及抗裂缝性能，根据经验和分析，复合外加剂采用三种组分，即膨胀剂、高效减水剂、活性掺活料（硅灰）。为了使选出的工艺方案最优，而且试验方法简单、方便、高效率，采用正交试验法进行试验。

试验时设计一种混凝土作为基准混凝土，然后掺一定量的由膨胀剂、高效减水剂和活性掺活料组成的不同配合比的复合外加剂进行试验。某次试验的计划及结果见表1，试验结果分析见表2。

由表1和表2综合分析可知，A3B2C3为最优工艺参数，即高效减水剂掺量为2.5%，膨胀剂掺量为10%、活性掺活料掺量为10%时是最优用量。因此，高效减水剂、膨胀剂和活性掺活料的配合比为1∶4∶4。应该指出的是，当试验所用材料改变时结论有可能也随之改变，所以施工时必须根据所用材料进行试验，确定复合外加剂中各组分的用量。

当把抗折强度、耐磨性能等作为考察指标时，会得出与上述相似的规律，此略。在实践中一般是把抗折强度作为考察指标进行试验，当对某项性能有超常规要求时可同时选为考察指标进行试验，以便比较选择最优工艺参数。3. 复合外加剂掺量及其效果试验

复合外加剂的配合比确定后，再以不同的掺量来测定混凝土的抗压强度、抗折强度、耐磨性能和膨胀率。此外，为了从微观上了解复合外加剂对混凝土性能的影响，做混凝土浆――集界面显微硬度试验。试验结果见表3、表4及图1、图2。

表1复合外加剂试验计划及结果表

表2复合外加剂试验结果分析表

4. 复合外加剂提高混凝土性能的机理分析

从上述试验结果可知，掺复合外加剂能提高路面混凝土抗压强度、抗折强度、耐磨系数和新旧混凝土之间的结合力，其机理如下。

4.1提高混凝土强度的机理分析。

提高混凝土强度的方法主要是降低混凝土混合料的水灰比，提高水泥浆和集料界面的黏结强度，降低混凝土的孔隙率、改善孔结构。在普通混凝土中，虽然水泥石只占总体积的四分之一左右，但是水泥石对混凝土性能的影响却是主要的。因此，在研究混凝土性能的时候必须研究水泥石本身的性能和其内部组织结构的关系，水泥石的微观结构往往对混凝土的许多物理力学性能有着直接重要的影响。

图1掺复合外加剂混凝土显微硬度曲线

图2掺复合外加剂水泥砂浆试件变形曲线

表3复合外加剂对混凝土强度的影响

掺量（%） Rc3 Rc28 Rf3 Rf28 拉压比

0 13.5 27.4 2.69 5.48 0.200

15 23.5 32.3 4.3 6.83 0.211

20 21.5 36.8 3.92 7.29 0.198

25 25.8 34.4 4.72 6.98 0.203

表4掺复合外加剂水泥砂浆耐磨性能试验

掺量

（%） 磨耗量 抗压强度(MPa) 抗折强度(MPa) 动弹模量 耐磨系数

0 1.58 25.91 6.59 38.52 9.7

15 0.95 39.40 8.15 42.0614.4

20 0.61 40.30 8.54 43.72 15.7

25 0.76 39.85 8.65 42.31 15.0

在混凝土掺入复合外加剂后，由于减水剂的吸附分散作用，在水泥等细颗粒表面形成一层单分子或多分子吸附膜，能使水泥早期的水化速度有所降低，这种延缓作用有助于水化产物生长得更加充分完整，水化产物互相搭错交互边生得更加紧密，进而使内部孔隙减少；其次，复合外加剂的活性矿物料也由于减水剂的分散作用而被均匀地分散到水泥浆体中，它能填充在毛细孔和凝胶孔中，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的反应降低了溶液中的碱度，使水泥水化更为充分，水泥的有效利用率提高。从混凝土显微硬度曲线中可以发现，掺复合外加剂的混凝土不仅浆――集界面过渡层的强度提高，同时水泥浆基体的强度也增大了。

4.2提高混凝土耐磨性能的机理分析。

混凝土的耐磨性能是混凝土的耐久性能之一，作为道路面板使用的混凝土的耐磨性显得尤为重要，它是保证行车安全的重要指标。在路面混凝土中，根据其受力特点，主要有磨粒磨损和疲劳磨损两种形式。由于复合外加剂能降低混凝土的空隙率、微裂缝等原生缺陷，减少了引起疲劳磨损的应力引发源，同时，由于复合外加剂能提高混凝土浆――集界面的黏结强度，使混凝土表面的骨料不易脱落，也能提高其抗磨粒磨损的能力；当然，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机理分析。

由于道路混凝土施工养护条件复杂，线长、面大、野外作业，受外界环境条件的影响较大。因此，混凝土在凝结和硬化过程中干缩裂缝和温度裂缝较易产生，在投入使用后，由于受车辆荷载的反复作用，这些早期裂缝必然很快引起疲劳开裂。掺加复合外加剂后，减少了用水量，干缩裂缝将随之减少；改善了混凝土内部结构，密度增加，强度提高，混凝土内部产生了预压应力，所有这些都将有效地预防温度裂缝和疲劳开裂的产生。

4.4提高新旧混凝土结合力的机理分析。

复合外加剂的使用，提高了混凝土的黏结强度，从而提高了新旧混凝土之间的结合力，特别是由于复合外加剂之中含有膨胀剂，挖补的新混凝土在凝结和硬化过程中膨胀，和旧混凝土之间产生较大的垂直于界面的压力，使新旧混凝土结合紧密，同时在平行于新旧混凝土界面方向上的摩擦力提高，能有效地抵抗车辆荷载的作用，使新旧混凝土在接触面处不发生相对位移。

4.5路面混凝土断板率下降的机理分析。

由上述分析可以看出，复合外加剂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状况，从而导致路面混凝土断板率降低。

5. 复合外加剂工程应用实例

吴西线地处平顶山市煤矿区，是主要煤炭运输通道，不但交通量大，而且超载超限车辆众多，为了提高道路使用品质，2004年通过改善于年底建成混凝土路面，通车一年时调查断（碎）板已接近20%，并且出现错板、沉降等病害，通行能力迅速下降，之后用相同强度等级的早强度混凝土进行了修补，2006年底调查断（碎）板达到27%，并且原来修补的混凝土面板有94%已经破坏。在这种情况下，我们研究使用复合外加剂来提高混凝土面板的质量，并且在2007年初对断（碎）混凝土板进行了挖除修补，2011年初调查，断（碎）板率不足2%，效果比较理想，达到了预期的效果。

6. 结论

试验研究和应用效果表明，混凝土道路养护修补使用复合外加剂能提高混凝土的强度、耐磨性和抗收缩能力，改善混凝土面板的受力状态，提高并保持修补混凝土路面的使用品质，有效地解决了混凝土路面养护修补的技术难题。

参考文献

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［文章编号］1619-2737（2012）08-01-193

［作者简介］ 吕馥楠（1969-），男，籍贯：河南，学历：学士，职称：高工，长期从事公路工程技术与管理工作。