第10卷第5期2007年10月
建 筑 材 料 学 报
JOURNALOFBUILDINGMATERIALS
Vol.10,No.5
Oct.,2007
文章编号:1007-9629(2007)05-0553-04
沥青路面半刚性基层快速修复材料研究
马一平1, 谈至明2, 陶宇奋3, 郁忠斌3
(1.同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室,上海200092;2.同济大学道路与交通工程教育部重点实验室,上海200092;3.上海市浦东新区公路管理署,上海201200)摘要:采用快凝快硬硫铝酸盐水泥和特种添加剂研制出沥青路面半刚性基层混凝土修复材料.研究结果表明:该材料在30min左右凝结硬化,4~5h左右抗折强度达1.0MPa以上、抗压强度达10MPa以上;该材料与老的沥青路面半刚性基层材料粘结良好,并具有一定的微膨胀性能;该材料在试验路修复施工中可满足沥青路面半刚性基层快速修复的要求.
关键词:快凝;快硬;快速修复材料;半刚性基层;沥青路面;硫铝酸盐水泥中图分类号:U414.18 文献标识码:A
+
ResearchonRapidRepairingMaterialforSemirigidBase
ofAsphaltRoad
MAYi-ping, TANZhi-ming, TAOYu-fen, YUZhong-bin
1
2
3
3
(1.KeyLaboratoryofAdvancedCivilEngineeringMaterialsofMinistryofEducation,TongjiUniversity,Shanghai200092,China;2.KeyLaboratoryofRoadandTrafficEngineeringofMinistryofEducation,Tongji
University,Shanghai200092,China;3.ShanghaiPudongNewAreaRoadAdministrativeDepartment,
Shanghai201200,China)
Abstract:Concreterepairingmaterialforsemirigidbaseofhigh-gradeasphaltroadwithheavy
trafficwaspreparedbyuseofrapid-settingandrapid-hardeningsurphoaluminatecementandspe-cialadditives.Thetestresultsshowthatitcansetandhardenafterabout30min,andwithin4~5h,itsflexuralandcompressivestrengthcanreachmorethan1.0MPaand10MParespec-tively.Thebondbetweenthematerialandtheoldsemirigidbaseisquitehigh.Thematerialcanexpandalittleduringitshardeningprocess.Thein-siterapid-repairingofsemirigidbasewiththematerialachievesasuccess,whichmeansthematerialcanmeettheneedsofrapid-repairingofsemirigidbase.
Keywords:rapid-setting;rapid-hardening;rapid-repairingmaterial;semirigidbase;asphaltroad;surphoaluminatecement
我国高等级公路路面有近一半采用半刚性基层沥青路面.目前(沥青路面)半刚性基层裂缝形成的机制及防治措施已有一些研究,而对半刚性基层损坏维修普遍采用经验型作业方式,需要较长的封闭养生时间,对交通干扰较大.随着交通量快速增长,交通需求与落后维修技术之间的矛盾正日益突出,因此,进行高等级、重交通半刚性基层快速维修技术的研究非常必要.
收稿日期:2006-09-18;修订日期:2007-04-09
作者简介:马一平(1960-),男,回族,山东济宁人,同济大学教授,博士生导师,博士.
[1~6]
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1 实验
1.1 实验原材料
水泥选用42.5快凝快硬硫铝酸盐水泥,细集料采用中砂和标准砂,粗集料采用5~25mm和5~40mm碎石,减水剂采用普通高效减水剂SN-Ò,拌和水为自来水.添加剂有聚丙烯纤维、硼酸钠、石膏、甲基纤维素醚等,其中聚丙烯纤维起减少修复材料塑性收缩开裂作用,硼酸钠起调节修复材料凝结时间作用,石膏起调节修复材料微膨胀作用,甲基纤维素醚起调节修复材料粘聚作用.1.2 实验方法
水泥凝结时间测定参照GB1346)2001进行;胶砂抗折强度测定参照GB177)85进行;混凝土坍落度测定参照GB/T50080)2002进行;混凝土抗折、抗压强度测定参照GB/T50081)2002进行;水泥膨胀率测定参照JC/T313)1996进行.快速修复材料与老的半刚性基层材料之间的粘结强度以抗折强度表征.
半刚性基层材料取自实际沥青路面.由于该路面采用的是小三渣材料,骨料最大粒径为31.5mm,并且现场难以取得大量大块半刚性基层材料,故作者采用相对量多的小块半刚性基层材料并将之切割成一定数量的尺寸分别为40mm@40mm@160mm,40mm@40mm@80mm和100mm@100mm@200mm的试件.
对40mm@40mm@160mm半刚性基层材料进行抗折强度实验.将抗折强度实验后断裂成的半块试件及原切割出的40mm@40mm@80mm试块装入40mm@40mm@160mm模具中.按照一定配比配制水泥砂浆修复材料,浇入模具中制成尺寸为40mm@40mm@160mm的水泥砂浆粘结试件,然后对之进行不同龄期粘结性能的研究.
以上述相同方法制成粗集料为5~25mm碎石、尺寸为100mm@100mm@400mm的混凝土粘结试件,然后进行不同龄期粘结性能的研究.
成型水泥砂浆和混凝土修复材料试件,尺寸分别为40mm@40mm@160mm和100mm@100mm@400mm,然后进行抗折强度测试.
2 实验结果及分析讨论
2.1 快速修复材料选择
高等级、重交通公路半刚性基层进行快速修复时,实际封路修复操作时间约为6~8h,并且修复后要求能够立即通车,故半刚性基层修复材料必须具备快速凝结硬化且早期强度发展快等特点,即其1~2h抗折强度达到0.5MPa左右、抗压强度达到5.0MPa左右,4~5h抗折强度达到1.0MPa左右、抗压强度达到10.0MPa左右,同时还应具备一定的微膨胀性能,从而能与老的半刚性基层材料粘结牢固,避免出现沥青路面反射裂缝.普通硅酸盐水泥凝结时间慢,早期强度低,达不到本研究强度发展要求,所以选择了具有快凝快硬性能的硫铝酸盐水泥.快凝快硬硫铝酸盐水泥的凝结时间、强度发展测试结果见表1.由表1可见,所选用的快凝快硬硫铝酸盐水泥可满足半刚性基层的快速修复要求.
表1 快凝快硬硫铝酸盐水泥的凝结时间与强度
Table1 Settingtimeandstrengthofrapid-settingandrapid-hardeningsulphoaluminatecement
Initialsettingtime/min4~5
Finalsettingtime/min
10
Flexuralstrength/MPa30min0.62
1h2.43
2h3.51
24h5.13
Compressivestrength/MPa30min3.1
1h9.2
2h15.2
24h26.4
进一步采用该快凝快硬硫铝酸盐水泥、普通砂石及特种添加材料进行了混凝土修复材料的研究,最终按m(水泥)Bm(砂)Bm(石)Bm(水)Bm(特种添加剂)=1B2B3B0.5B0.0575配制出 第5期马一平,等:沥青路面半刚性基层快速修复材料研究
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混凝土修复材料,其物理性能测试结果见2.
表2 混凝土修复材料的物理性能
Table2 Physicalpropertiesofconcreterepairingmaterial
Slump/mm40
2h0.9
4h2.2
Flexuralstrength/MPa
8h3.8
1d5.3
7d7.8
28d9.0
2h6.2
4h10.3
Compressivestrength/MPa
8h25.3
1d34.3
7d41.2
28d45.9
由表2可见,所配制混凝土修复材料的早期抗折、抗压强度可以满足半刚性基层快速修复要求,而且其后期强度继续发展,不会出现强度倒缩.
混凝土修复材料的后期抗压强度达到C40以上,弹性模量较大,有可能造成条状修复半刚性基层的横向裂断,因此,在实际应用时需验算混凝土修复材料的抗弯拉强度是否大于车辆荷载和温度等环境条件变化所产生的温度应力.条状修复半刚性基层荷载与温度应力计算在另文论述.
鉴于半刚性基层材料之上要热铺沥青面层的实际情况,将平行成型的标养2h的混凝土试件放入温度约160e的烘箱内,2h后取出并测得其抗压强度为36.0MPa,高于标养4h试件的抗压强度,说明该材料不会出现遇热强度倒缩现象,可满足其上部热铺沥青面层的要求.2.2 粘结试件抗折强度测定
粘结试件抗折强度测定结果见表3.
表3 粘结试件的抗折强度
Table3 Flexuralstrengthofbondingspecimens
CementmortarAge/h
bondingspecimen(40mm@40mm@
160mm)
448
2.604.10
Cementmortarrepairingmaterial(40mm@40mm@
160mm)2.3.13
Concretebondingspecimen(100mm@100mm@
400mm)
)5.45
MPa
Concreterepairingmaterial(100mm@100mm@
400mm)
)5.25
由表3结果和对试件表面的观察可知:(1)4h水泥砂浆粘结试件抗折强度为2.60MPa,而同龄期水泥砂浆修复材料抗折强度的平均值为2.36MPa,且所有水泥砂浆粘结试件断裂面均位于修复材料一侧.考虑到40mm@40mm@160mm半刚性基层自身抗折强度为4.32MPa,这一结果说明水泥砂浆修复材料与半刚性基层粘结良好;(2)48h水泥砂浆粘结试件抗折强度为4.10MPa,而同龄期水泥砂浆修复材料抗折强度的平均值为4.13MPa,且部分水泥砂浆粘结试件断裂面位于粘结面处,部分试件断裂面位于修复材料一侧,同样可以说明水
图1 混凝土粘结试件断裂情况
泥砂浆修复材料与半刚性基层材料粘结良好;(3)100Fig.1 Crackonconcretebondingspecimenmm@100mm@400mm混凝土粘结试件48h抗折强度同样大于混凝土修复材料,且断裂面位于修复材料一侧(见图1),即说明混凝土修复材料与半刚性基层粘结良好.2.3 修复材料膨胀率测定
按照水泥膨胀胀率实验方法进行修复材料膨胀率实验,结果见表4,其中1#为快凝快硬硫铝酸盐纯水泥试件;2#为快凝快硬硫铝酸盐水泥外掺一定数量的特种添加剂试件;3#为快凝快硬硫铝酸盐水泥与中砂以1B3质量配比,外加一定数量的特种添加剂试件.由表4可见:纯水泥试件(1)膨胀率约为0.15%;在纯水泥中掺加一定数量的特种添加剂,则水泥试件(2)的膨胀率可提高一倍以上;砂浆试件(3)膨胀率约为0.24%,预计对于灰集比为1B5(质量比)的快速修复材料#
#
#
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而言,膨胀率可在0.15%左右,即该材料在长期使用中不仅不产生自身收缩,还可产生约1500@10-6的微膨胀.由于该微膨胀足以抵消试件自身在一定温度范围内的温缩变形(快速修复材料的热膨胀系数约为15@10-6~16@10-6e
-1
),保证修复材料与老的半刚性基层材料良好粘结并保持
共同受力状态,从而不会因修复材料后期强度比半刚性基层材料高而出现沥青路面反射裂缝.
表4 快速修复材料膨胀率实验结果
Table4 Testresultsofexpansionratioofrapidrepairingmaterial
No.1#2#3#
2h000
4h0.120.360.20
24h0.120.400.22
7d0.140.410.23
28d0.150.420.24
90d0.150.420.24
%
2.4 半刚性基层快速修复现场实验
2006年4月14日9时在上海市浦东新区A1公路进行了半刚性基层现场修复实验,实验中采用自行配制的砂浆干粉料.按m(砂浆干粉料)Bm(5~40mm碎石)Bm(水)=1B1B0.5配比配制混凝土修复材料,然后用自落式搅拌机搅拌1~2min.自混凝土修复材料加水开始至被填充至开挖部位,时间控制在5~10min,其间混凝土修复材料流动正常,可用普通振捣棒振捣密实,而其它施工工序则与普通混凝土一样.大约2h后在半刚性基层修复材料上热铺沥青混凝土面层材料,至下午近3时道路恢复通行.整个修复过程用时近6h,且修补至今8个多月,路况完好.
3 结论
采用快凝快硬硫铝酸盐水泥和特种添加剂配制的半刚性基层混凝土修复材料可在30min左右凝结硬化,在4~5h时抗折强度达1.0MPa以上、抗压强度达10MPa以上.该材料与老的半刚性基层材料粘结良好,并具有一定的微膨胀性能,可满足现场半刚性基层快速修复的要求.参考文献:
[1] 母文彦.浅谈半刚性基层沥青路面开裂原因及防治措施[J].科技情报开发与经济,2005,15(20):248,249.[2] 李 艳.公路半刚性基层裂缝及其防治办法的研究[J].粉煤灰,2005,(5):25-27.[3] 李小重.少洛高速公路半刚性基层裂缝处理及防治[J].中外公路,2005,25(3):47-49.
[4] 李思水,汪为奇.沥青混凝土路面半刚性基层层底裂缝断裂力学分析[J].公路,2005,(6):70-75.
[5] 光同文.半刚性基层温缩裂缝控制措施的研究[J].合肥工业大学学报(自然科学版),2003,26(1):127-132.[6] 武玉华,贾月坤,仲华惟.半刚性基层裂缝分析[J].山东交通科技,2002,(4):40,79.
