新型道面抢修混凝土试验研究.pdf

全 国中文核心期刊 新 粉 中 国 科 技 核 心 期 刊 新型垣面抢修混凝土i 式验研究 刘庆涛 ， 岑国平 ， 蔡良才 ， 吴和盛 ， 吴永根 ( 1 空军工程大学 工程学院， 陕西 西安7 1 0 0 3 8 ； 2 空军第六空防工程处， 湖 南 衡 阳4 2 1 0 0 1 ) 摘要 ： 针对机场水泥混凝土道面破坏时如何能够在短时间内进行快速修复的迫切问题， 采用瞬凝水泥和普通水泥按一定比例 混合， 掺加高效外加剂和矿物掺合料， 进行快硬早强自密实混凝土配合比优化设计和性能试验研究。结果表明， 所配制的混凝土工 作性能良 好， 施工方便， 加水拌合后 4 h 抗折强度即可达到2 5 M P a 以上， 可以保证某新型战机安全起飞， 能够满足机场道面抢修技 术要求 ， 2 8 d抗折强度达到 5 5 MP a以上， 满足道面长龄期要求。这种 混凝土 也可用于公路水泥混凝土路面抢修 。 关键 词： 道面抢修； 自 密实混凝土； 试验研究 中图分类号： T U 5 2 8 3 1 文献标识码： B 文章编号： 1 0 0 1 7 0 2 X( 2 0 1 2 ) 0 1 0 0 2 1 0 3 Ex p e r i m e n t a l s t u d y o n t h e n e w t y p e c e m e n t c o n c r e t e u s e d i n r e p a i r t h e p a v e me n t r a p i d l y L I U Q i n g t a o ， C E N G u o p i n g ， C A I L i a n g c a i ， He s h e ， ， WU Y o n g g e n ( 1 E n g i n e e r i n g C o l l e g e ， A i r F o r c e E n gin e e r i n g U n i v e r s i t y ， Xi a n 7 1 0 0 3 8 ， S h a a n x i ， C h i n a ； 2 T h e S i x t h A i r D e f e n c e E n g i n e e ri n g De p a r t m e n t o f A i r F o r c e ， He n g y a n g 4 2 1 0 0 1 ， H u n a n ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e p a p e r a i me d a t t h e e x i g e n t p r o b l e m o f h o w t o r e p a i r t h e a i r f i e l d c e m e n t c o n c r e t e p a v e me n t r a p i d l y a f t e r i t b e i n g d e mo l i s h e d， a d o p t e d s p e c i a l c e me n t t h a t c o a g u l a t e f a s t e r a n d s t r e n g t h e n e a r l i e r mi x e d wi t h c o mmo n c e me n t b y c e r t ain p p o rti o n， a n d h i g h mi x e d wi t h e f f i c i e n c y a d mi x t u r e a n d mi n e r al mi x ma t e ria l ， o p t i mi z e d t h e mi x p rop o r t i o n d e s i g n a n d s t u d i e d t h e p e rfo r ma n c e o f c o a gu l a t e f a s t e r an d s t r e n gth e n e arl i e r s e l f - c o mp a c t i n g c o n c r e t e I t i n d i c a t e d tha t t h e wo r k a b i l i t y o f t h e c o n c r e t e i s we l l a n d c o u l d b e c o ns t r u c t e d c o n v e n i e n t l y Th e 4 h o u r s fle x u r a l s t r e n gth a f t e r i t mi x e d c a n a c h i e v e mo r e t han 2 5 MP a ， i t c o u l d e n s u r e s a f e t y t a k e o ff o f o n e n e w t y p e b a t t l e p l a n e ， a n d me e t t he t e c h n i q u e r e q u i r e me n t o f r e p a i r t h e a i r f i e l d p a v e me n t r a pi d l y ， t h e fle x u r al s t r e n g t h c o u l d a c h i e v e mo r e t h an 5 5 MPa a t 2 8 d ， wh i c h me e t t h e l o n g - t e rm r e q u i r e me n t o f p a v e me n t Th i s c o n c ret e a l s o c o u l d b e u s e d i n t h e r u s h t o r e p air t h e h i g h wa y c e me n t c o n c r e t e p a v e me n t Ke y wo r d s ： p a v e me n t r e p a i r r a p i d l y ： s e l f - c o m p a c t i n g c o n c ret e ； e x p e ri me n t al s t u d y 水泥混凝土具有良好的施工性能和优良的耐久性能【 1 ， 是 机场道面的 主要建设材料， 也用于等级公路建设。 机场道面和 公路路面作为保障飞机起飞降落、 车辆通行的重要设施， 如何 能够在道面破坏后， 在短时间内进行快速修复， 保证飞机能够 快速起飞、 尽快开放交通， 是一个迫切需要解决的问题。道面 快速修复材料目前主要有瞬凝水泥混凝土、 普通水泥掺加速 凝剂混凝土、 无机或有机聚合物混凝土等种类， 但存在4 h 强 度低、 与已有道面粘结性能不明确或者长龄期强度低甚至倒 缩等问题P s i 。 研究为道面抢修提供一种4 h内即可飞行使用、 基金项目： 军队科研基金资助项目( K H 0 7 0 6 0 1 4 ) 收稿 日期： 2 0 1 1 - 0 7 2 1 作者简介 ： 刘庆 涛， 男， 1 9 8 2年生 ， 河南 临颍人 ， 讲 师， 博士研究生 ， 主 要研究方向： 机场施工与材料。E - m a i h k g y w x l q t 1 6 3 c o rn。 性能优越、 施工方便的快硬早强自 密实混凝土， 这种混凝土组 成材料与普通混凝土类似，加水拌合后4 h 即可达到某新型 战 机起飞 最低强 度要求， 满足机场道面、 公 路路面抢修技术要 求， 同时， 后期强度继续增长， 与已有道面粘结良 好， 满足道面 使用的长龄期要求。 1 混凝土配制目标及技术方案 1 1 配制 目标 ( 1 ) 工作性： 坍落 度1 6 0 m i ll 以上， 不需要外加 机械振动， 靠自 身重力 作用或 少量人工 振捣就能 密实， 利于 快速抢 修。 l 5 m in 后坍落度在5 0 m m以 上， 仍能 够比 较容易振捣密实， 保证 有足够的抢修施工时间。 ( 2 ) 设计抗折强度： 4 h 达到2 5 0 M P a 以 上， 满足某新型 战 机起飞的最低强度要求 和公路开放交通要求， 2 8 d 抗折强 NE W B UI L DI NG MAT E R I AL S 2 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 刘庆涛， 等： 新型道面抢修混凝土试验研究 度达到5 5 M P a 以上， 满足道面长龄期要求4 1 。 1 2 技术方案 快硬早强型特种水泥凝结硬化快， 。 初终凝时间间隔短， 使 混凝土早期强度发展迅速， 强度高， 后期强度不倒缩。 速凝剂使 普通混凝土在3 5 m i n 初凝， 8 1 0 m i n 终凝，有较高的早期强 度。缓凝剂可以延缓混凝土凝结时间， 降低混凝土工作性经时 损失， 在瞬凝水泥中掺加缓凝剂， 可以使混凝土早期强度满足 要求的同时， 凝结时间有所延长， 便于有施工时间。 高效减水剂 可对水泥粒子产生强烈的分散作用， 还有湿润和润滑作用， 使 混凝土获得高流动性能， 同时能有效控制混凝土用水量， 保证 混凝土强度圄 。 掺入矿物掺合料， 使混凝土在具有高流动性的同 时， 还有很好的粘聚性【句 。同时由于矿物掺合料颗粒较水泥细， 具有微集料效应， 中断砂浆基体中泌水通道的连续性， 有利于 防止混凝土泌水， 使混凝土有很好的保水性， 不易产生离析7 - 8 。 因此，提出以下3 种配制快硬早强自 密实混凝土的技术方案： 方案I ， 采用普通水泥， 掺加速凝剂、 粉煤灰和减水剂； 方案， 采用瞬凝水泥， 掺加缓凝剂、 粉煤灰和减水剂； 方案， 采用普 通水泥和瞬凝水泥按不同比例混合， 掺加粉煤灰和减水剂。 2 试验 2 1 试验材料 ( 1 ) 水泥： 秦岭牌P O 4 2 5 1 t 水泥， 密度3 1 0 g e m ， 3 d 抗 折和抗压强度分别为6 1 、 2 8 0 M P a ， 2 8 d 抗折和抗压强度分 别为8 9 、 4 8 0 M P a ； 上海双鹤特种水泥有限公司产S型瞬凝 水泥， 密度3 1 0 0 k g m ， 初凝时间不大于5 m i n ， 终凝时间不大 于 1 0 ra i n ； W C = O 3 5 时， 净浆2 h 抗压强度不低于2 0 M P a ， 1 d 抗压强度不低于4 0 M P a 。 ( 2 ) 粉煤灰： 陕西渭河电厂级粉煤灰， 密度 2 2 0 0 k g m ， 细度1 3 7 ( 4 5 n 筛筛 余) ， 需水 量比9 1 。 ( 3 ) 砂子： 陕西灞河中砂， 细度模数为2 7 3 ， U区级配合 格， 含泥量小于 1 0 ， 密度2 6 3 0 k g m ， 堆积密度 1 5 0 0 k g m 3 。 ( 4 ) 石子： 陕西泾阳石灰岩碎石， 粒径5 2 0 m m ， 级配合 格， 密度 2 7 0 0 k g m ， 堆积密度 1 7 7 0 k g m 。 ( 5 ) F D N减水剂： 广东湛江混凝土外加剂厂生产的萘系高 效减水剂， 减水率2 0 以上。 ( 6 ) 缓凝剂： 陕西西安化学试剂厂生产的酒石酸， 掺量 0 2 时延长水泥终凝时间2 倍左右。 ( 7 ) 速凝剂： 陕西西安红旗混凝土外加剂厂生产的7 8 2 3 型速凝剂， 初凝时间不大于5 m i n ， 终凝时间不大于 1 0 m i n 。 ( 8 ) 混凝土用水为饮用自 来水。 2 2 试验配合 比 参考自 密实混凝土配合比设计9 1 和粉煤灰混凝土配合比 2 2 新型建筑材料 2 0 1 2 1 设计【 】O l ， 为了达到既满足配制目 标又经济合理的目的， 并且保 证 l O 一 2 o ra i n 抢修时间要求， 进行水灰比、 砂率、 粉煤灰和外 加剂掺量、 硫铝酸盐瞬凝水泥与普通水泥比例进行优化与试 拌调整， 确定了基准配合比J 以及3 种技术方案的配合比( 见 表 1 ) 。 表 1 试验配合比 编号 盐通 ( k g 水泥 m3 ) 瞬凝 ( k c , 水泥 m 3 ) 剂 水 胶 匕坍落 mm 度 J 3 6 0 0 0 0 1 0 03 6 1 8 0 I a 3 6 0 0 2 O 1 9 O 3 8 1 6 0 I b 3 6 0 0 3 0 2 0 O 3 8 1 5 0 I c 3 6 0 0 4 0 2 3 0 3 8 1 6 5 I I a 0 3 6 0 0 0 6 1 -2 0 3 6 1 9 5 I I b 0 3 6 0 0 0 5 1 - 3 O 3 6 2 0 0 I I c 0 3 6 0 0 0 4 l - 3 0 3 6 1 9 0 I I d O 3 6 0 0 0 3 1 4 0 3 6 1 9 0 e 0 3 6 0 0 0 2 1 5 0 3 6 2 1 0 f 0 3 6 0 0 0 1 1 7 O 3 6 2 0 5 I I I a 2 1 6 1 4 4 0 O 1 0 03 6 1 7 0 l l I b 1 8 0 1 8 0 0 0 1 0 0 3 6 1 6 5 II 1 c 1 4 4 2 1 6 O O 1 2 03 6 2 2 5 I I 1 d 1 0 8 2 5 2 0 0 l - 3 03 6 1 9 5 e 7 2 2 8 8 0 0 1 6 0 3 6 1 9 0 注 ： 各配合 比中粉煤灰掺量均为 1 2 0 k g m ， 砂 率均为 3 6 ， 速 凝 剂和缓凝剂掺量按占水泥质量计， 减水剂掺量按 占胶凝材料质量 计。 3 试验结果与分析 混凝土拌和采用单卧轴强制式搅拌机，搅拌好后迅速测 试混凝土的初始坍落度，然后留一部分混凝土用作测试 l 5 m i n 后的坍落度， 其余混凝土用来制作试件， 试件尺寸为 1 0 0 m m x l O 0 m m x 4 0 0 m m， 在标准条件下养护4 h ， 然后脱模测试 其强度， 先测试抗折强度， 再取其断头进行抗压强度测试， 并 分别换算为标准试件强度1 l】 。 3 1 方案 I 试验结果与分析 方案 I 试验结果见表2 。 表 2 方案 I 的试验结果 4h强度 1 0h强度 3 d强度 2 8 d强度 坍落度 编号 竺 抗折 抗压抗折 抗压抗折 抗压抗折 抗压初始 1 5 rai n I a 一 一 1 9 6 9 7 4 6 8 3 7 7 6 2 5 5 5 8 1 6 0 2 0 I b 一 一 2 1 9 1 1 9 4 9 6 3 9 8 6 2 3 5 7 4 1 5 0 1 0 I c 一 一 2 2 5 1 2 _ 3 5 1 4 4 3 1 6 1 7 5 6 7 1 6 5 0 由 表2 可知， 由于速凝剂大大缩短了混凝土的凝结时间， I b 配合比的初始坍落度为 1 5 0 m m ， 不能满足配制目 标工作 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 刘庆涛， 等： 新型道面抢修混凝土试验研究 性要求， 1 5 ra i n 后 坍落 度很小或没有， 不能 保证有足够的 抢修 施工时间。另外， 从强度测试结果看， 速凝剂只改变了混凝土 的凝结时间， 对混凝土早期强度形成作用较小， 混凝土4 h 没 有强度， 1 0 h 抗折强度最高也仅为2 2 5 M P a , 不能满足机场道 面抢修要求。但2 8 d 强度均持续增长， 抗折强度达到6 M P a 以上， 满足军用机场长龄期强度要求 。 3 2 方案 试验结果与分析 方案 试验结果见表3 。 表 3 方案 的试验结果 由表3 可知， 由于缓凝剂调节了瞬凝水泥的凝结时间， 使 其凝结时间延长， 6 个配合比 的坍落度均在 1 6 0 m m以上， 满 足配制目 标工作性要求， 但 1 5 m i n 后， 只有 a 、 b 和 c 的 坍落度在5 0 m m以上， 满足要求。除 a 外， 另外5 个配合比 的4 h 抗折强度均在2 5 0 M P a 以上， 满足配制目 标强度要求。 特别是I I d 、 e 、 f 的4 h 抗折强度分别比配制目 标高3 2 、 4 8 、 6 4 ， 完全满足抢修要求。 并且2 8 d 抗折强度继续增长， 不倒缩， 均在5 5 M P a 以上， 满足机场道面混凝土长龄期强度 的要求嗍 。 从试验情况看， 缓凝剂掺量小时， 虽然混凝土4 h强 度较高， 但1 5 m i n 后混凝土坍落度太小， 可能没有足够的 抢 修施工时间。缓凝剂掺量大时， 混凝土凝结慢， 1 5 m i n 后混凝 土 坍落 度满 足要求， 有足够的 抢修施工时间， 但4 h 强度可能 较低， 不能满足抢修强度要求。因此， 对于不同类型的瞬凝水 泥和缓凝剂， 要通过试验确定缓凝剂的合适掺量， 使混凝土工 作性和强度均满足抢修要求。 3 3 方案试验结果与分析 方案试验结果见表4 。 表4 方案的试验结果 由表4可知， 由于普通水泥调节了瞬凝水泥的凝结时间， 使其凝结时间延 长， 5 个配合比的 初始坍 落度均在1 6 0 m m以 上， 1 5 m i n 后只有e 配合比的坍落度小于5 0 m m ， 其它配合 比均满足配制目 标工作性要求。a 和b 的4 h 抗折强度均 在2 5 0 M P a以下， 不能满足配制目标强度要求， 原因是瞬凝 水泥掺量小， 混凝土早期强度发展较慢。 c 、 d 和e 的4 h 抗折强度均在2 5 0 M P a 以上，能够满足配制目 标强度要求。 所有配合比2 8 d 抗折强度均继续增长， 在6 M P a以上， 不倒 缩， 满足机场道面混凝土长龄期强度要求4 1 。 4 结语 ( 1 ) 采用普通水泥， 通过掺加速凝剂、 粉煤灰和高效减水 剂， 只能调节混凝土 凝结时间， 对混 凝土早期强度发 展作用不 大， 所配制的混凝土不能满足抢修要求。 ( 2 ) 采用瞬凝水泥， 掺加缓凝剂、 粉煤灰和高效减水剂， 或 采用瞬凝水泥和普通水泥按一定比例混合，掺加粉煤灰和高 效减水剂， 均能够配制出满足抢修要求的混凝土。 但要确定合 适的缓凝剂掺量及瞬凝水泥与普通水泥的混合比例，使混凝 土工作性和强度均满足抢修要求。 ( 3 ) 现场抢修采取哪种方案， 要根据现场材料准备情况确 定。 抢修时， 由于快硬早强混凝土凝结快， 施工过程中， 混凝土 搅拌完毕后要迅速摊铺、 整平和做面， 瞬凝水泥水化热大， 混 凝土初凝后要及时养护， 以防止出现裂缝， 保证抢修质量。 参考文献： 【 1 李华， 缪昌文， 金志强水泥混凝土路面修补技术 M I 端京： 人民 交通出版社， 1 9 9 8 2 】 陈德鹏， 赵方冉， 钱春香 高流动性超早强混凝土修补材料的研 究与应用【 J 混凝土与水泥制 品， 2 0 0 6 ( 5 ) ： 1 2 1 5 【 3 】 高屹， 韦灼彬， 王铁成 机场道面抢修用聚氨酯稳定集料的试验 研究 J 】 海军工程大学学报 ， 2 0 0 7 ， 1 9 ( 3 ) ： 1 0 4 - 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