混凝土性能稳定

SHANGHAIHIGHWAYS水泥混凝土道面快速修复材料的性能与应用周正峰,凌建明(同济大学道路与交通工程教育部重点试验室)摘要:为了满足机场水泥混凝土道面快速修复的技术要求,提出了一种新的快硬早强混凝土及相应的修复工艺.
通过室内试验和工程实践验证,该修补材料具有快硬早强、与旧混凝土粘结强度高、收缩率小、耐磨、后期性能稳定、成本较低等优点,能在机场夜间停航的4—5h内完成破损道面的修复,不耽误次日通航.
关键词:机场;水泥混凝土道面;快速修复;快硬早强混凝土O前言目前,除少数新建支线机场采用沥青跑道以及少量机场跑道采用沥青盖被处理外,我国民用机场道面(跑道、滑行道、机坪)绝大部分采用水泥混凝土面层.
随着飞机轮载的反复作用和自然环境的不断影响,以及设计、施工、养护等诸多因素,水泥混凝土道面在使用期间,不可避免地会产生各种损坏,如边角断裂、坑槽、表面龟裂等.
为尽量减少航班延误,保证飞机使用安全,道面损坏必须及时修复.
由于受飞行时限的制约,机场道面不可能采用常规的普通硅酸盐水泥砂浆或混凝土进行修复.
在常见的快速修复材料中,主要有沥青混凝土、特种水泥、聚合物水泥砂浆或混凝土.
采用沥青混凝土修补虽然简单方便,中断交通时间短,但与水泥混凝土刚度相差太大,传荷不一致,且道面颜色不协调,只能作为临时性应急处理措施:聚合物水泥砂浆或混凝土虽然与旧混凝土粘结性能良好、硬化快,但成本高,容易老化,且与旧混凝土性能不匹配(弹性模量和热膨胀系数差异大).
以特种水泥为胶结料配制的砂浆或混凝土凝结硬化快,强度高,与旧混凝土有很相近的弹性模量和热膨胀系数.
经过大量试验,配制出一种性能优良、价格较低的快硬早强混凝土(以下简称l混凝土).
通过室内试验和工程实践检验,表明该材料满足机场道面快速修复的技术要求.
1道面快速修复材料的技术要求根据机场道面局部损坏特点、修复时限、施工操作收稿日期:20o6—12—05和道面的使用性能要求,确定快速修复材料应满足以下技术要求:(1)要在机场夜间停航4~5h内完成整个修复工作,修补混凝土达到放飞强度,突破已往道面混凝土修补需要6h甚至ld才可开放交通的时限难题.
(2)修补混凝土必须快硬早强,在规定时限,修补材料强度须达到规范设计强度的70%.
对于飞行区等级指标Ⅱ为C、D、E的道面修补,抗折强度≥5.
O*7O%:3.
5MPa.
(3)新旧混凝土之间的粘结强度与原混凝土的整体弯拉强度和剪切强度相适应,不小于修补材料自身强度的5O%.
(4)收缩率小于0.
03%,允许修补混凝土有微膨胀性,补偿收缩,提高整体性,有效降低和消除收缩开裂.
(5)耐磨性要不低于普通混凝土,以提高抵抗飞机轮载的磨耗作用.
(6)凝结时间适中,拌和物工作性能好,易于施工操作.
2试验研究2.
1原材料及配合比(1)水泥:目前国内研制的特种水泥主要有快硬硅酸盐水泥、高铝水泥、快硬硫铝酸盐水泥和磷酸镁水泥.
快硬硅酸盐水泥干缩大,新旧混凝土粘结差;高铝水泥的水化产物在高温下不稳定,易发生晶型转变;磷酸镁水泥的研究还不深入,生产和应用均不是很广泛;因此试验选用525号快硬硫铝酸盐水泥.
该水泥具有以下性能:①凝结硬化快,凝结时间可调节;②小时强度高,后期强度增长稳定;③具有微膨胀性.
No.
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paper.
edu.
cnSHANGHAIHIGHwAYs(2)粗、细集料:粗集料选用玄武岩l一3连续级配碎石,砂选用中粗砂.
(3)~'tJJn剂:经过比选,最终选用意大利MAPEI集团研制生产的高效减水剂SP1.
该减水剂属丙烯酸类产品,兼具早强、减水性能.
缓凝剂可选用柠檬酸.
酒石酸或硼酸,用量根据温度和需要控制的凝结时间(1040min)适当调整.
一般情况下.
掺量为水泥重量的0.
2%~0.
7%,低温时取下限,高温时取上限.
KZ混凝土的组成配比如表l所示.
表1KZ混凝土的组成配比I水泥用量水灰比砂率减水剂SPI的掺量缓凝剂掺量0.
2%~0.
7%(与水泥l5ookm0.
340.
341.
2%(与水泥用量比值)用量比值)2.
2试验方法及结果分析2_2.
1混凝土的工作性新拌修补混凝土的流动性较大为宜.
以便于搅拌、成型、捣实及抹面.
采用普通混凝土坍落度试验方法,测得在室温25cC条件下KZ混凝土的初始坍落度为10cm.
可操作时间约30min.
在20min时测得其坍落度为9cm,坍落度损失很小,可操作时间较长,满足修补施工时间要求2.
2.
2混凝土的力学强度发展规律(1)混凝土的抗折强度:抗折强度测试采用小梁试件(试件尺寸10cmxl0cmx40cm,修正系数0.
85),试验结果见表2.
可见.
KZ混凝土的早期强度发展很快,3h的抗折强度达到3.
6MPa,已满足快速修补材料的强度要求.
1d后就基本稳定下来,之后发展缓慢.
KZ混凝土早期强度发展快.
后期强度稳定,所以非常适合于混凝土道面的快速修补.
表2KZ混凝土抗折强度I龄期2h3h4h1d3d7d28dI抗弯拉强度,MPa3.
O3.
64_36.
O6.
46.
56.
6(2)混凝土的抗压、劈裂抗拉强度:修补混凝土的抗压、劈裂抗拉强度作为道面混凝土强度的参考指标.
抗压强度和劈裂抗拉强度测试均采用正方体试件(试件尺寸10cmxl0cmxl0cm,修正系数分别为0.
95和0.
85),试验结果如表3.
由表3可见修补混凝土的抗压、劈裂抗拉强度随时间的发展规律与抗折强度相似.
表3KZ混凝土抗压、劈裂抗拉强度龄期2h3h4hld3d7d28d抗压强度/MPa21.
528.
230.
539.
842.
846.
050.
6【劈裂抗拉强度/MPa3.
23.
64.
24.
44.
54.
916上么譬皇N0.
12007(3)新旧混凝土的粘结强度:KZ混凝土与旧混凝土之间的界面粘结强度采用间接方法测试.
用抗折强度来表示.
将普通混凝土小梁试件折为两半.
取其中一半置于固定模具中.
涂抹适量水泥净浆于自然断裂表面,然后浇注新拌KZ混凝土,养护3h后测试其抗折强度.
如图l所示.
若破坏部位在粘结界面处,则粘结强度等于实测抗折强度:否则.
界面的粘结强度就大于实测抗折强度.
图1新旧混凝土粘结强度测定示意图测得的三个试件均在新旧混凝土粘结界面处断裂.
平均抗折强度为3.
2MPa,略低于3h时间I混凝土自身的抗折强度.
但已达到新旧混凝土对粘结强度的要求(大于修补材料自身强度的50%).
2.
2.
3收缩性能在标准养护条件下(温度为20~2~C,相对湿度为60±5%).
KZ混凝土28d的干缩率为2.
17E一04,且已基本趋于稳定(如表4),小于3E一04,也远小于公路路面混凝土收缩率控制标准9E-04.
此外,由于硫铝酸盐水泥在水养护条件下有微膨胀性,补偿收缩,有利于增强混凝土的抗裂和抗渗能力,减少新旧混凝土之间收缩裂缝的产生.
表4KZ混凝土不同龄期的收缩率I龄期l24hJ3d7dl4d28d6odIIll收缩率l1.
36E—o411.
70E-041.
8OE—041.
9OE一042.
17E—042.
26E—042.
2.
4耐磨性能通过测定比较快硬硫铝酸盐水泥胶砂试件(4cmx4cmxl6cm)与普通525号硅酸盐水泥胶砂试件的单位磨耗率.
判定其耐磨耗性能的好坏.
将快速修补水泥胶砂试件、普通水泥胶砂试件分别在20±2cC的水中养护3d和28d后进行测试,结果表明硫铝酸盐水泥胶砂单位面积的磨耗率比普通硅酸盐水泥dx20%-30%,完全满足快速修补材料的耐磨性要求.
3施工技术与工程实践3.
1施工技术.
0KZ混凝土主要用于水泥道面的坑槽,边角剥落及断裂,龟裂等破损的快速修补.
(1)破损旧道面混凝土的凿除:首先划定修补范围,按照"圆洞方补"的原则,维修面应划定成方形或矩形,且周边应同道面标线平行或垂直.
然后使用切缝机沿所划定的修补范围切割修补边线,切割深度至破损底面.
再使用风镐或电锤、钢钎等工具.
凿除破损部分.
将破损部位凿成犬牙形,风镐或电锤不易施工的地方,可用小手锤和钢扦进行人工修整.
对修整出的旧混凝土底面和四壁.
用高压水或空气将松动碎块和细料清理干净.
(2)接缝的处理:对于破损面积较大、厚度超过板厚1/2的破损修补,应酌情考虑在四周安置传力杆或铺设钢筋网,以减少收缩裂缝.
先在面板四壁的垂直表面上钻出15~20cm深、与面板表面和面板边平行的圆孑L,孔径应与传力杆的直径大小相适应,清孑L后用树脂浆或水泥砂浆填充,然后插人新的传力杆.
并使之与面板表面平行:对于原有接缝,浇注混凝土前先沿原接缝粘结固定缝槽模板,待浇注的修补混凝土干燥后取出.
再清洁缝槽并重新填缝.
(3)修补混凝土浇注及表面处理:涂刷适量水泥净浆到处理后的旧混凝土界面,然后摊铺拌和好的修补混凝土并用平板振动器或插人式振捣棒振实.
由于KZ混凝土凝结快.
可以边振实,边做面.
做面时应注意使新铺混凝土高度与原道面板保持平齐.
待表面砂浆不粘手时即可用软刷子轻轻地刷毛,加上与周围表面相当的纹理.
SHANGHAIHIGHWAYS3.
2工程实践.
结合某机场水泥混凝土滑行道和机坪的日常维护,在夜间停航间歇,使用KZ混凝土进行板边板角剥落、表面坑槽等破损的快速修补.
在4~5h内完成整个修补操作.
试用结果表明,该混凝土拌和物施工性能好,操作方便,在规定时限内能达到飞机通行强度,不影响机场的正常运营.
经过一年多的使用.
在修补混凝土表面未发现收缩裂缝,与旧混凝土粘结良好,且与国内外同类快速修补材料相比,该材料具有明显的价格优势4结论通过室内试验和工程实践,表明了以快硬硫铝酸盐特种水泥配制的快硬早强混凝土具有良好的工作性、早期强度高.
与旧混凝土相比具有粘结强度高、收缩小、耐磨性能好、后期性能稳定等优良特性,并且成本低廉.
可见,快硬硫铅酸盐特种水泥能满足机场水泥混凝土道面快速修复的技术要求,解决了混凝土道面不停航快速抢修的难题.
并且可在高速公路、城市道路混凝土路面快速修复中推广应用.
爹考文献:【l1李华,水泥混凝土路面修补技术【M1.
北京:人民交通出版社.
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水泥混凝土路面快速修补的实践与研究【J】.
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【4】彭春元.
新型水泥混凝土路面快速修补材料的研究现状与展望【J].
广州大学学报(综合版),2001,15(8):33-35,52.
(上接第7页)分钱以多增加一点基础设施还是很重要的.
一方面追求时尚强调美观,另一方面拖欠工程款,甚至于民工工资的例子,暴露出来的矛盾屡见不鲜.
同时.
在我国桥梁设计中.
存在不合理的地方还很多,讲究形式.
不讲究节约,这是桥梁设计施工中亟待克服的.
所以设计工作还有潜力可挖,因此紧扣规范,对桥梁工程设计进行优化完全必要.
特别是交通部桥涵设计新规范出来以后.
大家还有一个学习过程,通过实践.
不断领会改进我们的设计施工工作,这是我们写这篇文章的初衷.
如果这篇文章能够起到一点作用,那真是万幸,同时感谢《上海公路》做了一件好事.
在编写论文过程中得到了上海旭晟市政工程有限公司蔡亮工程师及腾达建设集团股份有限公司蒋秀龙工程师提供的不少有关施工的照片.
使本论文内容充实.
并显示实践性强的特色;同时感谢有关方面与人员对钢管混凝土系杆拱桥的设计与实践创造了丰硕的成果.
为论文提供了基础.
(全文完)No.
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