（材料学专业论文）水镁石纤维增强水泥基道路修补砂浆的研究.pdf

西南科技大学硕士研究生学位论文第l 页 摘要 针对我国水泥基道路路面损坏的实际情况，为了解决道路病害的快速修 复问题，使交通建设能跟上经济发展的速度，需要研究新的修补材料来实现 道路的快速修复。本文基于胶凝材料相关理论，研究以纤维水镁石增强水泥 基道路修补砂浆作为道路的快速修复材料，此类产品具有广阔的市场前景和 应用价值。 为了使水镁石纤维能与修补材料组分之问具有良好的化学相容性，因此 本文合成了一种道路修补专用新型萘系高效减水剂。与市售萘系高效减水剂 f d n 相比，净浆流动性更好，保塑时间更长；其水泥早期水化的电阻率随掺 入量增加而升高，且水化诱导前期和诱导期需时延长。 根据化学“相似相溶”原理，采用天然矿物水镁石纤维作为增强材料。 同时研究了原材料对水泥净浆物理性能、胶砂力学性能及水化性能的影响。 通过正交实验得到水镁石纤维增强水泥基道路修补砂浆的最优配方。再根据 实验效应图和各组分的作用，调整实验配方，得到水镁石纤维增强水泥基道 路修补砂浆最佳配方。其性能测试结果表明，水镁石纤维增强修补砂浆工作 性能优于空白样，抗收缩性和耐磨性能良好，1 d 抗折强度为4 2 4 m p a ，抗压 强度达2 0 3 5 m p a 。同时研究了具有自流平性质的水泥基道路修补砂浆，实 验结果表明：l d 抗折强度可达4 3 5 m p a 、抗压强度达2 1 3 2 m p a ，初始流动 度为1 5 7 m m ，砂浆流动性能良好，具有自流平性质。纤维水镁石增强自流平 水泥基道路修补砂浆的抗收缩、耐磨性能优于空白样和前种修补砂浆。 最后结合s e m 、x r d 、比表面积及孔隙度分析仪、无接触电阻率测定仪 分析手段，进行了纤维水镁石增强水泥基道路修补砂浆的机理研究，为水镁 石纤维增强水泥基修复材料的推广和进一步研究提供了科学的依据。其增强 机理是由于纤维水镁石和作为力学强度发展主要组分的水泥基体同属极性 物质，具有良好的化学相溶性，在水化开始后会与水泥基产生物理和化学双 重的作用，使水泥基的相变发生改变、纤维表面完全被水化产物所覆盖，合 适掺量( 1 o ) 下的水泥浆体的孔隙率降低了，因此纤维水镁石能够增加水泥 基道路修补材料的强度。 关键词：纤维水镁石道路修补机理水化电阻率 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 i 页 a b s t r a c t i no r d e ft 0s o l v et h ep r o b l e mo ff a s tr e p a i ff o rc o n c r e t e b a s i cr o a d ，a d t r a f f i cc o n s t r u c t i o c a nb ck e p tu pw i t ht h es p e e do fe c o n o m yd e v e l o p m e n ti n c h i n a ， s oi ti s n e c e s s a r yt h a tn e wr o a dr e p a i r e d m a t e r i a l sa n dn e wr e p a i r t e c h n i q u es h o u l d b e d e v e l o p e d a ds t u d i e d i nt h i st h e s i s ，b r u c i t ef i b e r r e i n f o r c e dc o n c r e t e - b a s er o a d r e p a i r e dm o r t a r ， c o m b i e dw i t h c e m e n t i n g m a t e f i a ls c i e n c e ，w a si n v c s t i g a t e d t h ep r o d u c t sl i k et h i sk i n dh a v eaw i d e m a r k e ta n da p p i i c a t i o nf o f e g r o u n d w i t ht h em a i nm a t e r i a lo fn a p h t h a l e n e ，h 2 s 0 4a n dh a l o r a m i f i c a t i o n ，w e u t i l i z e dt h ei o n e x c h a n g er e a c t i o n sa n ds u c c e s s f u l l ys y n t h e s i z e dan e ws t y l e h i g he f f i c i e n c yw a t e r r e d u c i n ga g c n to fn a p h t h a l e n e - s u l f u r a t eb yo p t i m a ld e s i g n o fm o l e c u l a rs t r u c t u r ea dc h e m i c a ls y n t h e s i sf o rt h cs a k e o fb e s tc h e m i c a l a p p e a r a n c eb e t w e e nb r u c i t ef i b e ra n do t h e rc o m p o n c n t si nr e p a i rm a t e r i a l s ，t h e n m c a s u r e db yan o n c o n t a c t i n ge l e c t r i c a lr e s i s t i v i t ym e a s u r e m c n td e v i c e t h e m e a s u r e m e n tf o re l c c t r i c a l r e s i s t i v i t yo fc e m e n th y d r a t i o ns h o w e dt h i s w a t e r - f e d u c i n ga g e n tc a ne f i e c t i v e l ya c c e l e r a t et h eh y d r a t i o np r o c e s si ne a r l y i n d u c t i o np e r i o d ，b u tf e f t a i ni ni n d u c t i o np e r i o d t h er e s u l t so ft h ee x p e r i m e n t t h a tt h ew a t e rr e d u c i n ga g e n tw a sa p p l i e dt o4 2 5 rp o r t l a n dc e m e n td e n o t e d ： c o m p a r e dt of d n ，t h i sw a t e rr e d u c i n ga g e to b t a i n e dm o r ew o r k a b i l i t y ， e n t r a i n i n g a i ra n dr e m a i n c df l u i d i t yi nl o n gt i m e t h em e a s u r e dr e s u l t so f e l e c t r i c a lr e s i s t i v i t yo fc e m e n th y d r a t i o ns h o w st h ei i t i a lr e s i s t i v i t yi n c r e a s e s w i t ht h e n e w s t y l eh i g he f f i c i e n c yw a t e r r e d u c i n ga g e n ti n c r e a s e ， a n d m e a n w h i l e ，t h ei n i t i a lh y d l 0 l y s i sa n dd o r m a n tp e r i o dn e e d e dl o n g e rt i m e a c c o r d i n gt ot h em e c h a n i s mo fs i m i l i t u d es o l u t i o n ，i n o r g a n i cb r u c i t ef i b e r i su t i l i z e da sr e i n f o r c e m e n tm a t e i i a li n n u e n c eo fp r o p e n i e so nc e m e n tm o r t a r a d d e db ym a i nc o n l p o n e n t so fr o a dr e p a i r e dm a t e f i a li ss t u d i e d ，a n da c c o r d i n gt o o r t h o n o r m a le x p e r i m e n t ，o p t i m u mi s g a i n e d m o r e o v e f t h ef o r m u l a t i o nw a s a d j u s t e da c c o r d i n gt om a i nc o m p o n e n t sa c t i o na n dp r o p e f t i e so ft h ef o r m u l a t i o n m e a s u r e d t h er e s u l t ss h o wt h ep e r f o r m a n c eo ft h i st y p er o a dr e p a i r e dm a t e 订a l s b e t t e rt h a nc e m e n tm o r t a ru n d e rs a m ec o n d i t i o n ，l i k e l ys h r i n k a g ef e s i s t a n c ea n d g r j n dr e s i s t a n c e a f t e r1 dc u r i n g t i m e ， t h en e x u r a ls t f e n g t ho fm o r t a ri s 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 | i 页 4 2 4 m p a ，t h ec o m 弘e s s i v es t r e n 班ho fs a m 辨eg e l2 0 3 5 m p a m e a n w h i l e ，an e w t y p e r o a dr e p a i f e dm a t e f i a l sa d d e dw i t hl a l e xp o w d e fa n df i b f o u sb f l l c 主t e g r i n d e di sr e s e a r c h e d a n dt h ep r o p e r t i e so ft h i st y p em a t e r i a l sm e a s u r e ds h o w 9 0 0 dw o r k a b i l i ty ，t h en c x u r a ls t r e n g t ha n dg r i n d e dr e s i s t a n c ei s b e t t e rt h a n c e n l e n lm o f l a ra n d 珏p p e ff i g 至d i l yf o a dr e p a i r e dm a l e f i a l s ，t h ef l h i d i t ym e a s h r e d a c c o f d i n gt od f ym i xm o n a rc f i t e r i o na t t a i n s1 5 7 m m ，s ol th a st h ep e r f o r m a n c e o fs e l f - 1 c v e l o nc u t t i n g1 du n d e rs t a n d a r dp o s i t i o n ，t h cf l e x u r a ls t r e g t ho f s e l f l e v e lc e m e n t - b a s c dr o a dr e p a i r e dm o n a fi s4 3 5 m p a t h ec o m p f e s s i v e s t f e n g l ho fm o r t a fg e l2 1 3 2 m p a t h em e c h a n i s mo fc o n c r e t e - b a s i cr o a d r e p a i r e dm o r t a r r e i n f o r c e db y b r u c i t ef i b e ri ss t u d i e db yd e 、，i c e sa n d m e t h o d so fx r d ，s e m ，s p e c i f i cs u r f a c e a r e a 矗矗dp o r o s i t y a n a l y z e r n o n c o n t a c t i n g e l e c n c a l f e s i s t i v i t y i 鞋e l e r t h e m o c h a n i s mf e i n f o f c e di st h a lc e m e n t - b a s i cm a t e f i a la n db r u c h ea f eb e l o n gt o p o l a rm a t e r i a l s ，s 0t h c ym a y b eh a v eg o o dc h e m i c a lp r o p e r t i e se a c ho t h e r ，t h e y p r o d u c ep h y s i c a la n dc h e m i c a ld o u b l ea c 帕o na to n c ew h e nt h eh y d f a t i o n0 f c e 妇阻e n tl sb e g i a 巍i n g ，s ot h a tt l 哺f e s e l lo ft h i sl e a d st ot h ep h a s ec h a n g e df o r c e m e n t - b a s i cm a t c r i a la n dt h es u r f a c eo fb r u c i t ef i b e rc o v e rw i t hc s h t h e p o r o s i t yo fp a s t e ，w h i c ha d d e dw i t hac e r t a i n t yq u a n t i t y ( 1 d ) o fb r u c i t ef i b e r ， i s d e g r a d e d f o ru p p c rr e a s o n s ，t h e s t r e n g t ho fc e m e n t - b a s i c r o a dr e p a i f e d m o n a la d d e dw 主t hb r l l c i t e 戴b e te b b a n c e d f o rt h ek n d so fr o 珏df e p a i r 。畦 m a t e r i a l sr e i n f o r c e db yb r u c i t 0f i b e rp o p u l a r i z e da p p l i c a t i o na n ds t u d ym o r e ， w h i c hp r o v i d ei m p o r t a n ts c i e n c eh e l p k e yw o r d s ： b f u c i l ef b e f ；f 0 8 df e p a i f e d m o r t a f ；娃l e c h a n i s m ；h y d f a l i o n ； r e s i s t i v i t y 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研 究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他 人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得西南科技大学或其它教育机构 的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均 已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。 签名 日期：沁“二 7 关于论文使用和授权的说明 本人完全了解西南科技大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权 保留学位论文的复印件，允许该论文被查阅和借阅；学校可以公布该论文的全部 或部分内容，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 、 签名：a 【埔： ，=_、 ，伊 匹瘫科技大学矮士聚窕缴学位论文 第1 页 1 绪论 1 。1 前言 改革开放带来我国经济的突飞猛进和道路建设的飞速发展，对于水泥基 道路妁要求也更高。水泥基道路由予受路面结构、气候、地形葶日车赣药载及 密度等各种因素的影响，都会产生不间程度的路面裂缝m 和枚块损坏，影响 水泥慕道路质量最重要的是路面损伤，其中最突出表现的是路蕊裂缝，对于 永泥基遒路各种裂缝的修复，若采用扩大裂缝或整块修复，则修复费用成本 增大，再则不能及时的通车。同时由予我国经济的发展，使得道路的使用率 越来越高，导致路嚣燮容易破摄，进爵造成交邋翦发展建设跟不上经济发震 的速度，所以道路的修复显得尤其重鼹，需要研究新的修补材料来达到道路 的快速修复。 水泥基遴路虽然具有强度嵩、板快性好，有一定的抗磨性及良好的耐久 性等优点，但其最大缺陷是脆性大、易开裂，路面板块易受弯折而产生板块 断裂，这就需要道路修复材辩共有足够的抗折强度、摅控强度和良好豹薄| 磨 性能。若将纤维均匀地分散在水泥基修复材料中，通过分散的纤维，减小因 荷载在水泥錾材料中引起的纲裂缝端郝的应力集中，从两控制水泥基材料裂 缝的扩展，提高整个修复材料的抗裂性。根据化学“相似相溶”的原理，采 用天然矿物纤维掺入水泥基材料中，由于二者同属极性物质的，因而可能具 有良好的化学相容性，其接触乔蘑之淘霹能有缀大的界嚣糙结力，可将岁 力 传到抗拉强度大、延伸率高的天然矿物纤维上惭，使纤维增强修复材料作为 一个均匀的整体抵拭外力的作用，显著提高承泥基体原有的抗拉、抗弯强度、 断裂延伸率、耐磨性能和韧性。基于以上原因，结合胶凝材料学、无机材料 物理化学、纤维增强水泥基复合材料等相关理论的基础上，选撵合适的原材 辩和高分子聚合物，汉天然矿物纤维增强修补砂浆作为水泥基道路路面的修 复材料。 1 2 水泥基道路修复材料的研究概况 水泥基邀路路面瘸害的快速修复阀题，长期以来未能得到解决，其裉本 问题是修复材料的性能不理想和修复工艺禾切合我国道路的实际状况。水泥 西南科技大学硕士研究生学位论文 第2 页 道路的修复于2 0 世纪5 0 年代起受到世界各国重视，刚开始是将破损的混凝 土除掉，再铺上同样设计等级或高标号的普通混凝土，但由于本身物理和化 学的原因会导致修复后新、旧界面间粘接力不强和收缩，进而产生新的裂缝。 国内道路修复研究表明，新老混凝土界面粘结性能好坏是决定能否进行成功 修复的关键m ”，新老混凝土粘结界面性能是由老混凝土的表面粗糙程度、 界面剂、新混凝土种类以及老混凝土龄期等因素决定的，若材料选择不当， 路面裂缝后会产生新的裂缝，若修复不及时，可能会对我国经济的发展造成 一定的不良影响。故研究具有抗裂、耐磨和新、1 日界面粘接性能良好的新型 水泥基道路修复材料，对我国经济的发展具有重要的作用。近而发展了：各 种有机修复剂，如环氧树脂、聚胺脂修补剂等，其优点是粘结性好，抗渗性 和抗腐蚀性能好，但该材料成本高，易老化，与旧混凝土的膨胀系数差异较 大；使用特种材料的无机修复剂，主要有高铝水泥系列、水玻璃系列和磷酸 盐系列等，其优点是凝结硬化快，强度高，与旧混凝土材性接近n ，但成本 高，国内产品质量不稳定；其中采用有机无机复合修复材料则会获得单一有 机、无机修复材料更好的效果。特别是在水泥基道路路面修复材料中加入纤 维作为抗裂的增强芯，与各种外加剂复合作用的新型水泥基道路修复材料的 研究将具有重要的现实意义。 1 2 1 纤维增强修复材料 纤维增强水泥基材料的研究在2 0 世纪6 0 年代至7 0 年代取得了实用性 进展，美国r o m u a l d i 在1 9 6 3 年提出“纤维阻裂机理m ”，从7 0 年代起钢纤 维增强混凝土( s t e e lf i b r er e i n f o r c e dc o n c r e t e ) 开始进入实用阶段。 次年，丹麦k r e n c h e l 的论文f i b r er e i n f o r c e m e n t 首次应用复合材料理 论讨论了纤维增强无机胶凝材料的机理。1 9 7 1 英国开始生产g r c 抗碱玻璃 纤维增强水泥，并于1 9 7 9 年英国建筑科学研究院公布了g r c 的十年材料性 能报告”1 。8 0 年代初美国大力开发合成纤维增强混凝土m 。近年来日本的高 速路系统由于地震导致公路受到破坏，已建立了相应的蒙特卡罗技术来模拟 和预测高速路的破坏，并建立了相应的道路修复设备和技术w ，日本的 h a n s h i n 高速公路长约2 0 0 公里，承担着日本第二大城市0 s a k a 市繁重的交 通任务，其道路修复时间和次数严重影响当地的经济，因而成立了h a n s h i n 高速路公共公司来管理和修复h a n s h i n 高速公路m ，该公司a d a c h i y 研究采 用t r a n s t o r m a t i o n p l a s t i c i t y ( t r i p ) 钢筋来预测和修复高速路桥的破坏 “。欧美等已建立了比较完善的道路修复技术和设备，研究过使用高成本的 西南搿技大学硕士研究黛学位论文第3 贾 碳纤维增强，但只用在一些特殊的地方m 1 。进两研究了各种天然纤维和合成 纤维如剑麻与聚丙烯纤维作为增强材料m ，、s a n ( 一种植物) 纤维与粉煤灰 和高效减水剂( 和其它添加剂) 增强m ，、玻璃纤维加聚合物“”和纤维增强聚 合物m “，等增强材料的作用。 对于纤维增强材原则上应满足：高抗拉强度、高杨氏模量、高变形能力、 低洎桑比、高耐碱性、高牯接强度、适宜的长径比、对人体无害、来源宥保 证、徐揍较适中m ，。囊予纤维攘入道路修复材料中霹以使耪辩豹抗拉强度有 所保证或提高、在混凝土材料中起阻裂作用及提高了混凝土丰季料的变形能力 的作用，故采用纤维作为道路修复材料中的增强成分是有效的。因为水泥石、 砂浆或混泥土的抗拉强度低、极限延伸效率小、性脆，拌和物在日照、风吹 等情况下，没有足够的时间形成抗拉强度以抵抗由于快速蒸发产生的碾细孔 收缩应力，容易产嫩塑性收缩开裂。特别是在道路混泥土结构受弯、持载等 破坏因素下产生裂缝，随着裂缝扩展会造成道路混泥土结构物抗渗性鼹等的 降低，阻致使孀寿禽缩短。因此，掺入抗拉强度离、极限延伸效事大、抗碱 性好的纤维作为增强材辩可数克服戬上缺点，装岛有祝类胶粘帮联会使用将 会增强纤维与水泥基体材料的粘接力，提高菇抗折和抗拉强度。 纤维增强材的实簖应用主要有( 1 ) 玻璃纤维。是国际上于上世纪3 0 年 代发展起来的水泥簸复合材料m ，。将之分散于水泥泥浆中能显著提高混凝士 或砂浆，特别是道路修复材料的强度。玻璃纤维的抗弯强度为3 0 m p a 。其缺 点是暴露在大气中一段时阔后其强度和韧性会大幅度下降，其制品表面粗 糙，可用于道路加嚣和修复。李晓民等n ”为了掰究耐碱玻璃纤维在水混基体 中的腐蚀情况，采用了加速腐馁试验方法。逶过在承泥浆孛添麴粉漾荻或藏 次来提高耐腐蚀性的研究表明：在水泥基体中添加3 0 以上的粉煤灰或者掺 加l o 硅灰能有效地改善耐碱玻璃纤维的耐腐蚀性。应用最紧密堆积法进行 耐碱玻璃纤维混凝士配合比设计，不仅可以掺入大量的粉煤灰以降低水泥基 体的碱度，而且能大幅度地提高混凝土的抗折性能，它的劈压比可以提筒 1 8 一l 6 ，由此制得的耐碱玻璃纤维混凝土舆肖抗拆性能高、耐磨性好、收 缩小等特点。( 2 ) 碳纤维。是六十年代发展越来的，可霜来增强或修季 混 凝土* “”，它共有优良的抗拉强度和弹性模量、化学稳定性好、耐热、醚蚀， 与混凝土糙接憔好，但在我国由于年产量小，产品质量不够稳定、价格较怒， 影响其在国内的应用。( 3 ) 钢纤维。它是较毕发展的一种纤维，在路丽的工 程中已得到广泛的应用。1 9 l o 年美国p o r t e r 提出均匀撒钢纤维于混凝土中以 强化材料的设想后，钢纤维开始发展。钢纤维”的弹性模量和抗拉强度很高， 西南稀技大学硕圭研究焦学位论文繁4 爽 抗冲击性好，纛重劳疲劳性佳，大大提高混凝主的抗拉强度，减小裂缝宽度， 提高其延性。但随着掺量的增加，分散性蒸，搅拌成型困难，对机械磨损又 增加混凝土重量，从而施工困难、易腐蚀。使得混凝土造价高，难于实际中 推广应用。( 4 ) 合成纤维。作为道路修复用的意要有聚丙烯纤维、尼拢、聚 脂和聚乙烯纤维等。傻合成纤维的弹性模量均低于水泥基的模量，属于低弹 性模量，只能起非结构加强，但只要掺量合适谯道路修复中具有良好的挥塌。 魏涛等m ，针对混凝鼯瑟瘸害快速穆复豹特豫妥求，采用5 2 5 硅酸盐水泥莘目 美国生产的f i b e r m a s h 网状聚丙烯绎维，成功研制出翠强高韧性砼。研究表 明该型材料具有翠强、商韧性、高抗冲击性和低脆度的特点，同时试点工程 证明该材料完全能够满足砼路面病害快速修复的技术要求。胡曙光镰“”采用 钢渣矿粉、偏离岭土、碱激发剂溶液、钢渣滓细集料和钢纤维、聚丙烯纤维， 研制成具有高早强，高韧性，低收缩，高耐磨，抗疲劳，高粘接性能的混凝 土道路修复材料。其粼方组成为掺量锻渣矿粉4 0 一8 0 k g 蠢，偏高岭3 2 0 一5 6 0 k g 瑶3 ，碱激发裁溶液2 0 0 一3 0 0 k g m 3 ，钢渣纲集摹斗6 3 0 1 8 0 0 k g m 3 ，钢纤维 6 2 一1 5 6k g m 3 ，聚p 烯纤l k g m 3 。 1 2 2 混凝土快速修复剂 水泥混凝土路面适应载重大、速度高、密度犬的车辆运输，具有强度高， 稳定性好，使用寿命长，维修养护费用少等优点。从2 0 世纪8 0 年代开始在我 国公路及城市道路墨穗中得到广泛应用。近年来公路豹交通荷载急剧增长， 然瑟由予设计施工、莽护、环境污染及长期超负荷使援等因素，致使逆路路 露产生各种破损，成为影响渥凝土臻霞发展的一个关键性技术同题n “。慕予 此，了解混凝士结构之间的关系，掌握影响混凝土道路耐久性的因素关系( 图 卜1 ) ”，对于混凝土道路的修复材料研究具有蕙大的帮助。混凝士的结构 分为微观结构、介观结构和宏观结构三种结构( 图卜2 所示) ”，其实三种 结构是合三为一。因为现实中我们看到的是像混凝土道路这样的宏观结构， 但它实际上是由微观的晶体、水化硅酸钙和介观的混凝士颗粒以物理化学结 合豹方式丽成的，混凝道路豹修补材料应充分考虑到混凝土的结构帮影响 瓣素，才能砑究出符会要求豹抉速修於齑| l 。 彭勃等n 峙r 对承泥混凝土路面的破损修复，采用无水硫铝酸钙熟料为主 的钙矾石型早强掺合料制得高早强及理想的综合性能混凝土修复材料，并与 能使混凝土硬化的中期( 2 8 d 以前) 有所膨胀的矿物共同混合，以减少混凝土 后期的收缩。王金明等”利用早强剂、膨胀剂、活性剂复合而成快速修复刹， 西南科技大学硕士研究生学位论文第5 页 具有早期强度辩，满足瘩泥硷路覆一天避车的要求。陈国良等n m 研究了一种 涉及混凝土结构性快速修笺材料或承载滤凝士快速修复材料并对其生产工 艺进行了改进，其配方采用s 型双快水泥2 5 3 5 ，钢漆6 5 7 5 ，减水剂 1 o 2 0 ( 水泥熏量比) ，缓凝剂o 2 0 o 2 5 。生产中首先将钢渣破碎成粒径 l o m m 豹鬏粒状，按配合眈送进搅拌机，再将双快水混、减农裁、缓凝剂按 比称量加入，搅拌1 5 分钟即可。李乃珍等h t 噪用特种快硬硫酸铝酸盐水泥 7 5 9 5 ，硅酸盐水泥5 2 5 ，蔡系高效减水剂1 5 3 5 ，锂盐 2 5 m p 8 ；6 h 抗挢强度 4 醚p a ，抗压强度 3 0 m p a 。 | 蒌圭 图卜1 影响混凝主耐久性的因素流程图 f i g 卜lf i o wc h a r to ft h ef a c t o r st h a ti n f l u e n c et h ed u r 鲁b o fr e in f o r c e dc o n c r e t es t r u c t u r e s t y 啦静罡拦 西南科技大学硕士研究生学位论文第6 页 晶体挂构水化勰钙綦赣扩 骞验规模构件 固纂瓣璺丞 m j o7i o “】d 5l o ，o 。l 【严埘l 矿j 矿l o + l o 8 * “h - 一- 微观介观 宏观 图1 2混凝土的三种观测水平 f i g 1 2 t h r e ed i f f e r e n tie v e iso fo b s e r v a t i o no fc o n c r e t e 于德友等”研究了用江苏省建筑科学研究院于1 9 9 0 年研制成功的j k 一2 4 型混凝土快速修复剂作为修复主要组分，配制的修复砼初凝时间在1 5 2 h 之间，其实验配比为水：砂：石子= l l0 ：o 1 6 ：0 4 ：o 2 ，采用该配比的5 2 5 号 普通硅酸盐水泥配制的修复砼粘接性能良好，其l 天抗折强度可达 3 5 4 o m p a 。黄美德n ”采用j k 一2 4 型混凝土快速修复剂配制修复混凝土，也 取得了较好的效果。所用配方为水泥：修复剂( j k 一2 4 ) ：水：砂：碎石( 2 0 4 0 m m ) = 1 ：o 1 6 ：0 3 2 ：1 - 2 0 ：2 8 6 。但使用j k 一2 4 型混凝土快速修复剂配 制的硷、砂浆、混凝土也有有待改进的地方，首先要求尽量采用5 2 5 号或以 上标号的水泥；其次，道路在混凝土终凝后立即养护，必须采用草( 麻) 袋覆 盖，其养生期不少于4 8 h ，这会延迟通车的时间，特别是在交通枢纽的地方， 更是不便；价格高，使其应用范围受到限制。 因而采用合适的原材料，能够研究和开以出具有快凝、快硬、高强等性 能的道路混凝土快速修复材料。 1 2 3 树脂类胶粘剂修复道路的路面裂缝 树脂类胶粘剂在修复道路的路面裂缝中具有施工方便、耐久性好、强度 高、原料来源丰富等优点”“。用于混凝土构件裂隙修复的浆液材料主要是环 氧树脂或环氧裂缝注入剂n “，其优点是强度高、粘结力强、收缩小、可在室 温固化；其缺点是粘度较高、当配方不当时脆性较大、抗冲击强度较低”。”。 环氧树脂是一种高粘性、脆性大的化学原料，为了利于裂缝的灌浆，加增韧 ( 主剂掺量的1 5 2 0 左右的二丁脂) 、稀释( 主剂的( 2 0 5 ) ) 组分可灌、 减小其脆性，再加固化剂( 乙二胺或其它) ，按不同的比例调整，就能配制 出性能优异的胶粘剂。市场已有配制好的环氧树脂浆材出售，可随时配用。 嚣南科技大学矮研究生学位论文 繁7 页 环氧树脂灌浆施工工艺主要由调查裂缝、裂缝处理、设置灌浆嘴、封缝、检 查封缝质量、灌浆和灌浆效果检测组成”。 杨钱荣m 研究了以e p 作为胶凝材料主剂，采用有机硅橡胶对其进行改 性，同时添加增塑剂、偶联剂及环氧固化剂和填料，作为混凝土修复材料界 面处理剂。其配比为不饱合聚酯树脂l o o 、邻苯二甲酸二丁酯1 0 一5 0 、5 0 过氧化环已酮的浆状溶液2 6 、环烷酸钻在苯乙烯中的溶液( 含2 惫瘸镭) l 一5 、硅烷馁联裁o 一5 、铁羧酯儒联搁o 一5 、水泥5 0 一2 5 0 、石英砂1 5 0 一7 5 0 。 该型枣孝料性能优良。杨钱荣等m t 毅普通承泥或犁强水泥为主要原料，以丁苯 橡胶为改性组分，以碳酸钠，三乙醇胺为促进剐，按一定的配比制备出具有 较高的早期强度和耐久性，适用于对修复材料抗折强度要求较高，与l 目混凝 土粘结强度要求较大，同时又有修复时间限度的工程。 采用树脂类修复材料结合普通硅酸盐水泥或特种水泥都能生产出快凝、 早期强度高的道踌修复榜辩。并且可结合生产中的各种矿渣、废渣等降低生 产藏本，变痤为宝，为菠渣豹充分弱用不失为一种有效豹途径。 1 2 4 道路沥青修复材料 沥青路面在长期的使用过程中由于各种原豳会出现不同的破损如裂缝， 特别是路面横向裂缝是高速公路沥青砼路面常见的病害之一，若不及时修 复，会使路面质量迅速下降，给交通安全带来极大威胁。道路用沥青材料在 使用时主要有预拌式冷补沥青、路面的加热修笈沥青和传统的常温修复。预 拌式冷於沥青混和糕予l 6 年介绍到我国，迢在道路石油沥青中加入添抛 剂经化学方法处理形成冷补沥青结合辩，并与骨辩颈摔霭成，能在常滠下贮 存并具有良好的施工和易性，适合于修复各种不同类型的道路，使用非常方 便。预拌式冷补沥青的路用性能可达到传统热沥青的要求，可在日常养护的 坑槽修复工作中替代热补沥青。目前鉴于我国豳情，单价较高性能优异的冷 补材料不能在大面积修复中应用，只是在城市千道、高速公路、机场通道等 要求时效性较高的道路抢修中和经济较好的沿海地区使用较多，不能充分体 瑗冷朴的优势。沥青路筒经压实和长期行车作用戒型居，强度较高，难以开 挖。翔采对沥青路嚣先行热热，使混合辩变为松软状态，孬铲控就容易。山 谣省交通科学研究所蒋在2 0 世纪8 0 年代中期研铡了电红外线路面加热器， 加热效果达到了较高水平，但电源加热效率较低，且载车技术性能尚未过关， 故直未得到推广应用。沥青路面养护机械中，以荚国热动力有限公司的“修 路王”综合养护车为代表的加热修复工艺在我国部分高速公路路段推广应 西南科技大学硕士研究生学位论文第8 页 用。利用加热修复工艺具有工艺豹改进馊施工工艺大大减少、施工配套设备 少，废料可就地再生使用，修复速度快、修复质薰商、工程成本低“”“。 王铁滨，孙兆辉m 1 采用1 9 9 5 年1 2 月辽宁省交通高等专科学校开发研制成功 l j h l 型路用红外加热器为主机进行沥青路面小面积修复的工艺方法研究， 取褥了较好豹教栗。 同时张玉花“”对高速公路沥青路面养护修复技术进行了探讨，以期提高 高速公路养护管理的水平。廖舜亭等n “介绍了改性沥青的特点及优点，并对 改性沥青道路施工的质量控制进行了论述，结合国内外的发展现状，对改性 沥密路面的主要类型和应雉袄况送幸予了葱结。王海升等“”以石油沥青 6 0 一8 5 ，s b s 5 2 0 ，增粘树脂5 2 0 ，沥青抗剥离剂o 卜4 ，橡胶防老化剂 0 2 1 4 ，甲笨1 0 3 0 的配合比，研制成粘接力强，并具有很好的弹性， 精结性以及感温性的道路裂缝修复密封胶。 结合国内经济的高速发展，沥青材料在我国的使用是越来越广泛。 1 2 5 活性粉末道路修复材料 由于骞些粉寒如硅灰等在水泥基体携料中具有优嶷酲活性，采用适当的 活性微粉能增强道路修复材料的强度和改善其工作憔能。m i n g g i nl e e 等m ： 研究了一种加活性粉( 硅灰，石英粉) 的修复材料，并与现有混凝土作粘接耐 久性实验。采用冻融循环来加速其破坏以此来评价修复材料的粘援耐久性。 结合抗压、嵇接强度、动弹模量n b t 、钢纤维拔出等测试方法，实验结栗表 明：这种活性徽粉混凝土具有比其它混凝土高的力学性能、弹性模量、粘接 强度和优良的修复性能，同时钢纤维拔出粘接强度测试也优于其它混凝土。 李启迪等“”将醚粉掺入胶乳中，研制成一耪抗磨蚀瓣水泥砂浆。它是在普通 硅酸盐水泥中掺入一定量的疆粉，并用胶乳做改性荆，再加入各种外加剂和 砂糈，加水搅拌而成。具有扰压强度高、干缩变形小、抗冲耐磨、抗空蚀能 力强、抗渗、抗冻性能好和施工简便、价格低等优点。 万正安等”“选用钙矾嚣溅复会翠强矿物掺舍葶毒为主要旱强成分，跌这弱 综合早强效果。同时考虑到水泥混凝士的耐磨要求，加入少量的纳米级材料 作为改性组分研制成性能优良的道路混凝土快速修复剂。实验结果证明加入 纳米材料后能撼著改善水泥石与骨料界莉的粘结性能，使混凝土内部结构密 实、孔隙率下降，大大提高路面混凝的耐瘗、挠裂性能。 1 2 6 其它修复材料 西南科技大学硕士研究生学位论文第9 页 陈华光，熊剑平m 嗵过力学试验研究了不同三种聚合物乳液对修复用水 泥砂浆力学性能改性的作用。实验结果发现丁苯乳液对水泥修复砂浆的抗折 强度、粘结抗折强度提高最大，对抗压强度影响较小，价格适中，较适合于 水泥砼路面修复。其他两种聚合物乳液对水泥砂浆的力学性能改善程度不 大，但对水泥砂浆的粘结性能有很大的改善。g u a n g j i n gx i o n g 等m 噪用硅 烷偶合剂( s c a ) 作为修复过渡界面提高粘接强度的修复材料，采用拉拔实验 和不同界面微观分析，在花岗岩和个混凝土表面涂上不同水溶性浓度的s c a ， 结果表明合适的浓度比例能显著地增强粘接强度。杨全兵等u ”采用氧化镁、 粉煤灰、磷酸二氢氨、硼砂等材料按一定重量比，配制成具有凝结硬化快、 粘结强度高、体积稳定性好、与材料性能匹配好等特点的超快硬道路修复材 料。用拉拔实验和不同界面的微观分析，在花岗岩和混凝土表面涂上不同水 溶性浓度的s c a ，结果表明合适的浓度比例能显著地增强修复材料的粘接强 度。采用聚合物n ”n ”材料来增强、修补混凝土或改性修补n ”材料，对于水泥 基道路路路面的破损修补具有良好的作用。可见选用合适的化学原材料、生 产中的废渣和胶凝材料，能够研究出性能优良、强度高、粘接性能好的道路 修复材料或道路裂缝密封剂。 1 3 目前水泥基道路修复材料存在的主要问题 综上所述，目前水泥基道路修复材料存在的主要问题有( 1 ) 道路基体 修复材料中常用到的树脂类粘接剂、道路沥青，价格贵，抗老化性能有待提 高，不利工程中推广应用：特种水泥如高铝水泥、硫铝酸盐水泥等，不像硅 酸盐水泥一样生产广泛，并且其产品质量还不是特别稳定，价格又贵，这就 限制了它在道路修复中的广泛应用。( 2 ) 在纤维增强方面，采用的耐碱性玻 璃纤维使用一段时间后其耐碱性能下降，力学性能降低：高弹纤维如钢纤维、 碳纤维，价格高，影响其在国内的广泛使用；采用合成纤维增强或纤维聚合 物复合材料增强道路修补材料，却存在纤维与水泥基体材料粘接力小、干缩 性大，有机纤维在道路修复中的耐久性如抗紫外线老化性能不好等问题，势 必会影响合成纤维增强材料的工程应用。因而研究性能优良、价格合理、耐 磨性能、抗收缩性和修复性能良好，能达到国家相关规定的指标要求，价格 低廉的道路修复材料将是这一方面的研究发展趋势。 西南科技大学硕士研究生学位论文第1 0 页 1 4 本课题研究的主要内容及目的意义 针对以上两个问题，将普通硅酸盐水泥代替特种水泥，采用纯天然的、 价格较低的天然矿物纤维代替其它纤维，研究开发具有工程实际应用性的， 抗收缩、耐磨性能良好和工作性能佳的天然矿物纤维水泥基道路修复砂浆。 因此，本文研究了以下的内容和技术方案。 1 4 1 主要研究内容 ( 1 ) 为了使天然矿物纤维与增强水泥基道路修复砂浆其它组分具有良 好的化学相容性能，研究了专用于道路修补砂浆的新型高效萘系减水剂的合 成，并测试其减水率和对水泥浆的物理、化学性能的影响。 ( 2 ) 根据公路混凝土路面局部修复的特点，综合国内外有关的文献， 研究天然矿物纤维增强道路快速修复砂浆的原材料组成及性能要求。 ( 3 ) 研究实验原材料对砂浆性能的影响，并根据正交实验得到优化的 天然矿物纤维增强水泥基道路修复砂浆配方，并对其工作性能、抗收缩性和 耐磨性能进行了测试。 ( 4 ) 为了减小修复路面裂缝时的创伤面，研究了自流平水泥基道路修 复砂浆，测试其相关的物理性能、力学性能、耐磨和抗收缩性能，并对修补 砂浆中聚合物成分进行了物理性能、水泥胶砂力学性能和水泥早期水化性能 的测试。 ( 5 ) 结合x r d 、s e m 、表面积测定仪和无接触电阻率测定仪等，研究了 天然矿物纤维增强道路修复砂浆的增强机理，为这类无机纤维增强水泥基材 料的进一步研究和推广应用，提供理论的依据。 1 4 2 研究技术方案 本文研究采用的实验方案流程图如下 嚣南科技大学硕士研究生学位论文 第 1 页 围 _ 3 承镁石矿物终维壤强承泥基灌路修补移浆的研究 f i g 一3 s t u d yo nr o a dr e p a ir e dn 沿r t a rr e i n f o r c e db yb r u c i t e 手油e r 永 镁 石 增 强 机 理 图1 - 4 承镁石纤雏增强水泥基道路修补移浆梳理研究 f ；g 卜4s t u d yo nt h em e c h a n s mo fc e i n e n t b a $ e dr o a dr e d a ir e d m o r t a rr e in f o r c e db yb r u c i t ef