水泥路面修补材料系列

                                                                                     
1水泥混凝土路面修补材料选择原则

 

1.1裂缝修补材料的选择原则

 

(1)粘结强度高；(2)防水抗渗性好；(3)在自然温度范围内稳定性好；(4)优异的抗包埋性；(5)优异的耐久性；(6)使用方便，施工快捷；(7)不污染环境；(8)与基体混凝土相容性好。

 

1.2密封材料的选择原则

 

理想的填缝材料必须具有以下技术性能

 

(1)与水泥结合力好。水泥混凝土胀缩时，填缝料与板缝墙粘结牢固，不会被拉脱；(2)具有较高的抗拉强度，填缝料必须能与水泥混凝土板伸缩而不断裂；(3)耐热性和耐埋性好；(4)低温塑性好；(5)良好的耐磨性和耐久性；(6)防水抗渗性好；(7)施工方便，价格适中。

 

1.3路面和板块修补材料的选择原则

 

理想的路面和板修补材料必须满足以下要求:(1)合适的凝结时间；(2)工作表现良好；(3)硬化速度更快，早期强度更高；(4)与旧混凝土粘结强度好；(5)与旧混凝土相容性好；(6)后期强度不逆转，耐久性好；(7)防水抗渗性好；(8)收缩率低。

 

2水泥混凝土路面修补材料

 

2.1裂纹修复材料

 

裂缝修补材料按功能可分为高模量增强材料和低模量密封材料。前者固化后具有更高的强度和刚度，而后者具有更大的柔韧性。当需要加固时，可选用高模量的加固材料，对于“活缝”等裂缝应采用低模量材料。高模量裂纹修补材料包括环氧树脂、酚醛树脂和改性酚醛树脂胶粘剂；低模量密封材料包括聚氨酯、烯烃、橡胶和沥青粘合剂。

 

(1)环氧树脂

 

水泥混凝土路面修补常用的环氧树脂材料多为缩水甘油型，常用由多元酚和多元醇制备的双酚环氧树脂。这种环氧树脂具有刚性、韧性和脆性，与旧混凝土粘结时，由于应力集中，界面容易开裂。经环氧树脂改性后，既保持了强度高、附着力强的优点，又通过改性降低了脆性，提升了韧性。用于水泥混凝土路面裂缝修补的最重要的环氧灌浆材料是聚硫改性环氧灌浆材料。

 

(2)聚氨酯灌浆材料

 

聚氨酯胶粘剂分子链柔韧，抗振动和抗疲劳性能好。此外，它具有良好的耐低温性，适合在各种自然温度下使用。较早使用的一种聚氨酯是多异氰酸酯，它具有很高的粘结强度，能与胶结材料表面吸附的水和表面的水合氧化物发生化学反应，或在碱性粘结物表面自聚合，在界面发生化学键合。另一种广泛使用的聚氨酯材料是异氰酸酯封端的聚氨酯预聚体胶粘剂，属于结构聚氨酯预聚体胶粘剂。其特点是初始粘结强度高，弹性好，耐低温、耐疲劳，但弹性模量低，约5 ~ 7 MPa，增强效果不大。

 

(3)烯烃裂纹修复材料

 

烯烃类裂纹修补材料是由烯烃聚合物制备而成，通常有两类:一类是以烯烃单体或预聚物为粘合剂，在固化过程中聚合；另一种是使用聚合物本身作为粘合剂。用于修复水泥混凝土路面裂缝的乙烯基材料主要有两种:一种是氰基丙烯酸酯胶粘剂，其主要成分是A-氰基丙烯酸酯，通过增稠剂和增塑剂来提升工作性和抗冲击性。其特点是粘度低、固化时间短、透明度好、粘接强度高、气密性好，但缺点是价格高、抗冲击性差；另一种是(甲基)丙烯酸酯树脂胶粘剂，具有三维交联结构，因此具有良好的耐热性、耐水性、耐介质性和耐大气老化性，收缩率低，强度高。由于(甲基)丙烯酸酯树脂胶黏剂的粘度比其他有机材料低，因此常与水泥复合改性混凝土以修补较宽的裂缝。(甲基)丙烯酸酯树脂胶粘剂的制备工艺复杂。为了调整固化产品的结构性能，

 

(4)聚合物改性水泥砂浆裂缝修补材料

 

普通水泥砂浆收缩大，粘结强度低，很少用于修补裂缝。而聚合物乳液改性水泥砂浆可以改善其工作性能，减少砂浆收缩，提升砂浆的粘结强度和综合力学性能，提升防水抗渗性和抗冻融性，降低纯聚合物材料的成本。常用于裂缝修补的聚合物改性水泥砂浆包括聚醋酸乙烯乳液改性水泥砂浆、聚丙烯酸酯乳液改性水泥砂浆、环氧树脂改性水泥砂浆、不饱和聚酯树脂改性水泥砂浆和丁苯胶乳改性水泥砂浆。

 

2.2密封材料

 

水泥混凝土路面密封材料对路面的性能和耐久性起着至关重要的作用。密封材料失效可能导致路面严重损坏，如边角断裂、脱空、板块移动、抽泥、错位等。在我国水泥混凝土路面的建设过程中，填缝材料长期以来没有得到足够的重视。大多采用性能较差的沥青混合料和少量聚氯乙烯焦泥。

 

传统的沥青混合料嵌缝材料与水泥混凝土板接缝墙的附着力差，容易与水泥混凝土分离，温度稳定性差。夏天容易被挤出马路，冬天容易被拉开。夏季挤压路面耐久性差，老化快，自然硬化，无法回到原来的接缝，导致密封失效。聚氯乙烯焦泥主要是煤焦泥，由聚氯乙烯树脂、增塑剂、填料和稳定剂制成。浇筑温度为130 ~ 140℃，优于沥青混合料，但仍不足以满足填缝材料的基本要求。

 

ZJ填缝料是以煤焦油为基料，与橡胶结合形成橡胶沥青，再加入PVC树脂、增塑剂、稳定剂、表面活性剂、沉降抑制剂、硫磺和填料。施工时加热至130℃，但不超过160℃，在工程实践中效果良好。

 

橡胶沥青嵌缝材料是由石油沥青与废橡胶混合而成，或采用优质丁苯橡胶胶乳与石油沥青共混的新工艺制成丁苯橡胶沥青。后者耐磨、耐油、耐老化、弹性好，使用温度为170 ~ 180℃。

 

聚氨酯焦油嵌缝材料为双组分材料，组分为多异氰酸酯与多羟基化合物反应制得的聚氨酯，第二组分主要由煤焦油和填料组成，可在常温下施工，固化后形成橡胶弹性体，耐磨、耐油、耐腐蚀、耐热。聚氨酯密封胶也是双组分材料，主要由A组分(多异氰酸酯)和B组分(多羟基化合物)组成。它不含煤焦油，可在常温下施工。项目采用LPC- 89接缝密封胶、聚氨酯全皮微孔泡沫填料和聚氨酯密封胶。

 

其他密封材料，如弹性橡胶制品，在工程中也有使用，其特点是施工方便快捷，但问题在于橡胶与水泥混凝土板的附着力差，容易导致密封不严，渗水。

 

2.3路面和板材修补材料

 

用于修复路面和板块的普通水泥混凝土的主要缺陷是新旧水泥混凝土粘结强度低、强度发展慢、通行时间长。因此，一般交通要道的路面和板块不采用普通水泥混凝土进行修补。国内外开发了大量的路面和板材快速修补材料，主要介绍如下。

 

(1)快硬硅酸盐水泥混凝土

 

在制备快硬硅酸盐水泥时，在生料中加入一定量的CaF2、CaSO4、TiO2、BaO、P2O5、MnO和Cr2O3，熟料矿物组成与普通水泥有较大区别，C3 S含量较高，11cao 7al2o3 CaF2、3cao 3al2o3 CaSO4有利于早期强度，C2 S含量相对较小。环境温度为5 ~ 20℃时投入使用约需3天，20 ~ 30℃时投入使用约需1 ~ 2天。但与普通水泥一样，其干燥收缩大，新旧水泥混凝土粘结不良。由于初期水化快，水泥混凝土内部温度高，应注意养护，避免高温施工。

 

(2)硫铝酸盐超早强水泥和氟铝酸盐快凝快硬水泥

 

硫铝酸盐水泥熟料矿物的主要成分是3CaO 3Al2O3 CaSO4和C2 S，它们不仅具有早期强度和快速硬化的特点，还具有微膨胀、抗硫酸盐侵蚀等性能。硫铝酸盐水泥熟料矿物的强度4 h可达10 ~ 25 MPa，1 d可达30 ~ 60 MPa，氟铝酸盐快凝快硬水泥熟料矿物主要由11cao 7al2o3 CaF2、b-c2s或C3 S等组成。，具有速凝快硬的特性。初凝一般只有几分钟，初凝到终凝的间隔很短，一般不超过0。5 h，且2 ~ 3 h的抗压强度可达20 MPa。

 

这两种水泥常用于路面应急修补工程，但后期强度和性能呈下降趋势，应用范围有限。

 

(3)高铝水泥

 

高铝水泥是一种快硬早强的水硬性胶凝材料。其主要原料为铝土矿和石灰石，熟料矿物以铝酸钙为主，水化速度极快，强度发展主要集中在前期，后期发展很少。高铝水泥水化产物不稳定，易发生晶型转变，后期强度有下降趋势。高铝水泥的抗折强度和抗压强度可达3 ~ 5 MPa和25 ~ 45 MPa。

 

(4)磷酸镁水泥混凝土

 

磷酸镁水泥混凝土是一种新型道路修补材料。磷酸镁水泥的基本制备工艺为:将MgO粉在1 500℃左右烧成，研磨至比表面积1 260 ~ 3 500 cm2/g，与NH4H2 PO4粉混合均匀，用Na2B4O4 10H2O调整凝结时间，制得磷酸镁水泥。磷酸镁水泥凝结时间充足，硬化速度快，早期强度高，与旧水泥混凝土结合力强，相容性好，是一种极具发展前景的路面修补材料。

 

(5)硅粉水泥混凝土

 

硅灰是一种具有较强火山灰活性的掺合料。硅灰水泥混凝土早期强度高，后期强度发展好。水泥浆体与骨料界面Ca (OH) 2不富集，改用水化硅酸钙凝胶，界面粘结强度好。硅粉水泥混凝土与旧混凝土具有良好的粘结性能。掺量为10% ~ 15%甚至更高的硅灰水泥混凝土非常适合用于水泥混凝土路面的修补，但在国内其成本较高。

 

(6)高岭水泥混凝土

 

偏高岭土也是一种具有很强火山灰活性的材料。研究表明，经过适当处理的偏高岭土的火山灰活性甚至超过了硅灰。在对硅灰水泥混凝土的研究中发现，硅灰的引入导致混凝土自收缩增大，而高岭水泥混凝土具有补偿收缩的微膨胀性能，高岭水泥混凝土比硅灰水泥混凝土具有更好的工作性。偏高岭土可以提升水泥混凝土的塑性，增强粘结性能，减少泌水，加速水泥早期水化，获得较高的早期强度，增加后期强度，可以提升水泥混凝土的综合性能。高岭水泥混凝土已用于桥面和机场跑道的修补，是一种理想的修补材料，其应用有待进一步发展和推广。

 

(7)聚合物改性砂浆和混凝土

 

聚合物改性砂浆和混凝土是另一种性能优异的路面修补材料，在世界范围内得到了广泛的应用，并有许多成功的工程实践。使用的聚合物有天然橡胶、合成橡胶、热塑性树脂、热固性树脂、沥青和石蜡等。乳液的浓度通常为40% ~ 60%重量。典型的聚合物改性砂浆和水泥混凝土修补材料包括不饱和聚酯树脂砂浆和混凝土、丁苯胶乳改性砂浆和混凝土、聚丙烯酸酯树脂砂浆和混凝土、天然橡胶胶乳改性砂浆和混凝土、聚醋酸乙烯酯改性砂浆和混凝土等。聚合物改性砂浆与混凝土具有较高的粘结性能、抗冲击性能，并能提升混凝土的耐磨性。它们具有良好的防水和抗渗性能以及优异的工作性能。然而，聚合物的价格高、有一定的毒性、耐高温性能差，限制了其应用。

 

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