（道路与铁道工程专业论文）早强聚合物混凝土在超薄混凝土罩面中的应用研究.pdf

重庆交通大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人 或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体， 均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者虢印缎彳 吼m ，年丫月，夕日 重庆交通大学学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保 留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。 本人授权重庆交通大学可以将本学位论文的全部内容编入有关数据库进行检索， 可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本人学位论文收录到中国学位论文全文数据库，并进行 信息服务( 包括但不限于汇编、复制、发行、信息网络传播等) ，同时本人保留 在其他媒体发表论文的权利。 学位论文作者签名：澎尸z k 绎 指导教师签名：孑茬j 够知 日期：山，年甲月歹日 日期：洲降午月f 日 本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社c n k i 系 列数据库中全文发布，并按中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程规 定享受相关权益。 学位论文作者签名：西尸仍乙华 日期：上叼年甲月，歹日 指导教师签名：豸瓦簪狂 醐一降 r 摘要 混凝土路面由于自身的特性及缺陷，一旦遭到破坏很难维修，这成了行业内 固有的思维与烦恼。人们不得不又花费较高的工程费用和相对较长的工期，重新 翻建混凝土路面或者干脆将破损的混凝土路面直接改成沥青路，结果坏了修、修 了又坏，搭工时，废材料，浪费了大量的精力和财力。为此我们使用薄层罩面技 术并加铺新材料早强聚合物水泥混凝土来弥补维修方面的不足，其中要重点解决 好老路面的处理、新旧混凝土粘结面的处置及粘结材料的施工等关键技术，并利 用新材料的优越性能使快速维修后的路面有较好的后期路用性能。 本文的主要研究成果有：经过室内试验研究优选出适合本课题研究的三种外 加剂q w - a 、l w - 1 和l w - 2 ，达到快速通车的要求；通过正交设计研究，得出影响 早强聚合物混凝土工作度的影响因素排序为# i - 力n 剂种类、用水量、砂率、水泥用 量，3 d 和2 8 d 的影响因素排序为外加剂种类、水泥用量、用水量、砂率，最后总 结得出最佳配合比；总结现今不同的粘结面处理方式，在用相同界面处理方式的 基础上，进行抗剪性能对比试验研究，得出最佳的处理方式和界面粘结材料类型； 通过对比试验进行早强聚合物混凝土的耐磨性及收缩性路用性能研究，表明早强 聚合物混凝土的耐磨性及后期收缩性优于同等标号下的普通混凝土；利用室内研 究确定的早强聚合物混凝土材料和界面处理方法铺筑试验路段，形成了成套的超 薄水泥混凝土罩面施工工艺流程。 开展早强聚合物混凝土薄层罩面研究，以充分利用旧混凝土路面，降低养护 维修对环境、交通的影响，节约工程造价，具有重要的工程意义。 关键词：超薄聚合物水泥混凝土：外加剂；界面处理方式；配合比；正交设计； 路用性能：施工工艺 a bs t r a c t d u et ot h e i ro w nc h a r a c t e r i s t i c sa n dd e f e c t s ，o n c ec o n c r e t ep a v e m e n to c c u r r e d d a m a g e d ，i ti sv e r yd i f f i c u l tt or e p a i r , w h i c hh a sb e c o m ei n h e r e n tt r o u b l e sa n dt h i n k i n g i n t h ei n d u s t r y a l s op e o p l eh a v et os p e n dar e l a t i v e l yh i g h e rc o s ta n dl o n g e rd u r a t i o nt o s i m p l y r e r e n o v a t i o no fc o n c r e t e p a v e m e n t ，o rd i r e c t l y i n t o a s p h a l t c o n c r e t e p a v e m e n t t h er e s u l t so fb a dm a i n t e n a n c e ，r e p a i ra n db a d ，t a k eh o u r so fw o r k ，w a s t e m a t e r i a l ，w a s t eal o to fe n e r g ya n df i n a n c i a lr e s o u r c e s t od ot h i sw eu s et h en e w m a t e r i a l s e a r l ys t r e n g t hp o l y m e rc e m e n tc o n c r e t ea n du l t r a t h i nw h i t e t o p p i n g t e c h n o l o g yt om a k eu pf o rl a c ko fm a i n t e n a n c e ，w h i c hf o c u so ns o l v i n gt h eo l dr o a dt o t h et r e a t m e n t ，d i s p o s a lo fn e w - o l dc o n c r e t eb o n d i n ga d h e s i v em a t e r i a la n dc o n s t r u c t i o n a n do t h e rk e yt e c h n o l o g i e sa n dt h ea d v a n t a g e so fu s i n gn e wm a t e r i a l st om a k eq u i c k r e p a i r st og e tag o o dp o s t - r o a dp e r f o r m a n c e m a i nr e s e a r c hr e s u l t sa r ea sf o l l o w s ：d o i n ge x p e r i m e n t st oo p t i m i z ef o rt h r e et y p e s o fa d d i t i v e st oa c h i e v er a p i do p e n i n go ft h er e q u i r e m e n t s ，t h e ya r eq w a 、l w - 1a n d l w - 2 ；t h r o u g ho r t h o g o n a ld e s i g no b t a i n e di n f l u e n c ef a c t o r s ，r a n k i n gf a c t o r so fs l u m pi s a d d i t i v et y p e ，w a t e r , s a n dr a t i o ，t h ea m o u n to fc e m e n t ，r a n k i n gf a c t o r so f3 ds t r e n g t ha n d 2 8 ds t r e n g t hi sa d d i t i v et y p e ，a m o u n to fc e m e n t ，w a t e r , s a n dr a t i o ；s u m m a r i z e st h ec u r r e n t t r e a t m e n to ft h ed i f f e r e n tb o n d i n gi nt h ei n t e r f a c e ，b a s e do nt h es a n l eb o n d i n gt r e a t m e n t ， s t u d y i n gt h es h e a rp e r f o r m a n c ec o m p a r i s o nt e s tt of o u n dt h em o s te x c e l l e n ti n t e r f a c e b o n d i n gt r e a t m e n ta n dm a t e r i a l ；c o m p a r i n gt h ee a r l yp o l y m e rc o n c r e t e sw e a r i n ga n d s h r i n k a g ep a v e m e n tp e r f o r m a n c e ，s h o w e dt h a tt h ew e a rr e s i s t a n c ea n dp o s t - s h r i n k a g eo f t h ee a r l ys t r e n g t hp o l y m e rc o n c r e t ei se x c e l l e n tt h a no r d i n a r yc o n c r e t eu n d e rt h es a m e l a b e l ；d e t e r m i n i n gt h ee a r l ys t r e n g t hp o l y m e rc o n c r e t em a t e r i a l sa n di n t e r f a c eb o n d i n g t r e a t m e n t ，f o r m i n gas e to fu l t r a - t h i nc o n c r e t eo v e d a yc o n s t r u c t i o np r o c e s s s t u d y i n go nu l t r a - t h i np o l y m e rw h i t e t o p p i n g ，t a k i n ga d v a n t a g eo ft h eo l dc o n c r e t e p a v e m e n t ，r e d u c em a i n t e n a n c ea n dr e p a i ro nt h ee n v i r o n m e n t ，t r a f f i c ，s a v i n gc o n s t r u c t i o n c o s t s ，w h i c hh a v ei m p o r t a n te n g i n e e r i n gs i g n i f i c a n c e k e yw o r d s ：u l t r a - t h i np o l y m e rw h i t e t o p p i n g ；a d m i x t u r e ；i n t e r f a c et r e a t m e n t ； m i x i n gp r o p o r t i o n ；o r t h o g o n a ld e s i g n ；p a v e m e n tp e r f o r m a n c e ； c o n s t r u c t i o nt e c h n o l o g y 目录 第一章绪论1 1 1 早强聚合物混凝土在超薄混凝土罩面中研究的目的和意义1 1 2 国内外研究现状2 1 2 1 国外研究发展现状2 1 2 2 国内研究发展现状3 1 2 3 国内主要的外掺早强材料的品种5 1 3 本文主要研究内容和预期目标6 1 3 1 主要研究内容6 1 3 2 预期目标6 第二章早强聚合物超薄混凝土材料的优选7 2 1 试验基础材料的选择7 2 1 1 水泥7 2 1 2 粗集料8 2 1 3 细集料9 2 1 4 水一lo 2 2 试验外掺材料的选择1 0 2 2 1 高效早强减水剂lo 2 2 2 消泡剂1 5 2 2 3 聚合物的优选l5 2 3 本章小结1 6 第三章早强聚合物超薄混凝土的配合比设计研究1 7 3 1 正交设计的概念及理论一1 7 3 1 1 正交设计的概念1 7 3 1 2 正交设计的基本步骤1 7 3 1 3 正交试验的数据处理1 8 3 2 早强聚合物超薄混凝土的配合比试验研究一1 9 3 2 1 基础聚合物混凝土配合比设计2 0 3 2 2 早强聚合物混凝土配合比的正交设计2 l 3 3 早强聚合物混凝土正交试验及数据分析2 3 3 3 1 正交试验2 3 3 3 2 工作度试验结果分析：2 3 3 3 33 d 强度试验结果分析2 8 3 3 42 8 d 强度试验结果分析3 3 3 4 最佳配合比的确定3 8 3 5 本章小结3 9 第四章早强聚合物超薄混凝土的路用性能研究4 0 4 1 耐磨性能研究4 0 4 1 1 试验材料及配合比4 0 4 1 2 试验方法4 l 4 1 3 试验结果与数据分析4 2 4 2 收缩性能研究4 5 4 2 1 试验材料及配合比4 6 4 2 2 试验方法4 6 4 2 3 试验结果与数据分析4 7 4 3 本章小结4 8 第五章新老混凝土抗剪强度试验研究5 0 5 1 新老混凝土粘结面粘结效果影响因素5 0 5 1 1 老混凝土强度的影响5 0 5 1 2 老混凝土表面粗糙度的影响5 0 5 1 3 修补方位的影响5 1 5 1 4 界面剂的影响5 l 5 1 5 粘结龄期的影响5 2 5 2 新老混凝土粘结面粗糙度处理方法5 2 5 2 1 人工凿毛法5 2 5 2 2 高压水射法5 2 5 2 3 喷砂法5 3 5 2 4 钢刷刷净法5 3 5 2 5 电钻凿孔法5 4 5 2 6 切槽法5 4 5 3 常用界面粘结剂类型。5 5 5 4 新老混凝土粘结面抗剪强度试验研究5 5 5 4 1 试件制作及试验方法5 5 5 4 2 新老混凝土材料组成及界面剂配合比5 7 5 4 3 试验结果5 8 5 4 4 试验结果数据分析5 9 5 5 本章小结5 9 第六章施工工艺研究6 1 6 1 施工方式分析和总结一6 1 6 2 施工工艺流程。6 1 6 2 1 沉降及破坏路段原有水泥混凝土板的处置6 2 6 2 2 界面粘结材料施工工艺6 5 6 2 3 早强聚合物混凝土的施工6 6 6 2 4 施工注意事项6 8 6 3 本章小结。6 9 第七章全文总结与展望7 0 7 1 结论7 0 7 2 展望7 0 致谢7 l 参考文献7 2 在学期间发表的论著及取得的科研成果7 4 第一章绪论 第一章绪论 1 1早强聚合物混凝土在超薄混凝土罩面中研究的目的和意义 水泥混凝土路面俗称白色路面，通常是以水泥和水拌合成的水泥浆为结合料， 以碎( 砾) 石、砂为集料，再添加适当的外加剂及掺和料制成的混凝土铺筑面层的路 面。由于具有强度高、刚度大、使用耐久及养护工作量小等优点，水泥混凝土路 面广泛用于我国各级公路的铺面。随着我国社会主义建设事业的发展，我国公路 混凝土路面自2 0 世纪7 0 年代以来，每年以2 5 左右的速度迅猛增长。至2 0 0 7 年 底，包括市政工程、矿区公路建成的水泥路面，我国水泥路面总里程已经突破1 0 0 1 0 4 k m i 。我国公路修建水泥混凝土路面已有几十年的历史。早期修建的水泥混 凝土路面已接近使用年限。特别是近几年来，随着社会主义市场经济的发展，交 通荷载日益重型化，交通量大幅度增长，加速了路面的损害。如何对已建成的水 泥混凝土路面加强养护维修，如何提高将要建设和正在建设的水泥混凝土路面的 建设质量，都是公路交通部门的刻不容缓的任务及重要的工作内容。 水泥混凝土路面出现病害后，我们一般采用传统方法，打掉现有的混凝土路 面，然后再浇筑新的混凝土面板，由于工期太长将严重影响到高速公路的正常运 营，将完好的混凝土面板凿掉既是资源的浪费，增加了维修成本，且凿掉的混凝 土需要找地方堆放，将对环境产生二次污染。 课题项目选择在四个直辖市之一的重庆市，地处西南，属中亚热带湿润季风 气候区，具有夏热冬暖，光热同季，无霜期长，雨量充沛，湿润多阴等特点。日 照强烈、时间长和多雨天气对沥青混凝土路面的修筑和养护极为不利，耐久性破 坏严重。重庆市目前已建的水泥混凝土路面质量参差不齐，局部路段路面损坏严 重。这些水泥混凝土路面的病害己严重影响了当地交通运输的安全顺畅，造成了 严重的经济损失和恶劣的社会影响。图1 1 为重庆市水泥混凝土路面典型破坏形貌 照片。 2 第一章绪论 图1 1重庆市水泥混凝土路面典型破坏形态 f i g 1 1 t h et y p i c a ld a m a g eo fc e m e n tc o n c r e t ep a v e m e n ti nc h o n g q i n g 事实上，水泥混凝土路面往往受到多种损坏类型的综合作用，产生机理更是 非常复杂，各种外界因素如工业污水或海水等腐蚀性因子的作用、车辆超载超限 等问题更是加剧了这些病害的产生与发展。 所以本项目的研究将基于对现有水泥混凝土路面板的充分利用，在对现有路 面的表面进行必要的处理后加铺早强超薄聚合物混凝土结构层，早强聚合物超薄 水泥混凝土是一种新型路面结构，既有水泥混凝土路面的高强度，又具有沥青路 面的高柔性；既有无机材料的稳定性，又有有机材料的粘结能力。路面还具有维 修简单、快捷的优点。同时，路面为薄层铺装，经济性好，路面的一次性成本较 沥青路面降低1 0 以上，路面使用年限也有大幅提高。该加铺早强聚合物超薄水 泥混凝土的最小厚度8 c m ，达到恢复路面标高、修补出现较大程度破坏的路面， 并实现快速通车的目的。 混凝土路面的薄层罩面传统的方法是采用沥青类材料，通过该项目的研究， 利用混凝土材料对原有混凝土路面进行薄层罩面，是对传统技术的一个挑战，也 同时将提高行业的技术水平；攻克薄层维修的技术难题，最大限度地减少路面维 修对行车的影响等问题，做到混凝土路面的结构协调，在对资源的有效利用也有 重要意义。 一 综上所述：开展本项目可以对早强超薄聚合物水泥混凝土材料的性能进行深 入研究，同时对水泥混凝土路面超薄混凝土罩面技术进行研究，这些研究将为我 国公路后期的养护维修提供参考和打下良好的基础。 1 2 国内外研究现状 1 2 1国外研究发展现状 随着1 8 2 4 年波特兰水泥的出现，在1 8 3 0 年前后出现了混凝土【2 】【3 】【4 】。在1 9 0 0 第一章绪论3 年的万国博览会上展示了钢筋混凝土在许多方面的应用。因为混凝土具有原料丰 富，价格低廉，抗压强度高，耐久性比较好，生产工艺简单，用途广泛，适应性 强等众多优点，已使其成为世界范围内应用范围最广、用量最大的建筑材料。但 混凝土也有其自身难于克服的缺陷，如抗拉、抗折强度较低，脆性大，柔性低， 凝结硬化较缓慢，干缩量大，抗化学腐蚀能力不高等。一些国家已经研制出了适 用于水泥混凝土路面快速修补的快硬高早强水泥。例如日本的“一日水泥 ，英国 的“s w i f l c r e t e 水泥，意大利的“s u p e r c e m e n t 水泥等。 也有对磨损严重的水泥混凝土路面或在破损比较严重的水泥混凝土路面上大 面积加铺一层热拌沥青混凝土( 薄层罩面) ，使路面使用性能得到改善。由于用沥 青混凝土在水泥混凝土路面上薄层罩面，有许多质量问题并没有得到真正解决， 因此也有些国家开始试验薄层钢纤维水泥混凝土加铺层或薄层连续配筋水泥混凝 土加铺层对磨损严重的旧水泥混凝土路面进行罩面修补。例如：比利时在1 9 8 2 - - 1 9 8 5 年间，就曾在7 段磨损严重的试验路上进行了薄层水泥混凝土加铺层罩面修 补。其中用钢纤维水泥混凝土罩面修补l o 万多平方米，用薄层连续配筋水泥混凝 土罩面修补3 万多平方米。 另外有些国家采用水泥树脂砂浆对磨损严重的旧水泥混凝土路面进行罩面修 补。例如：捷克曾经用了3 - - - l o c m 的水泥树脂砂浆薄层加铺层。法国则认为这种 修补方法在交通量达到3 5 万辆日，而且不超载的情况下，可以维持5 年以上的 使用寿命。 前苏联利用聚合物改性路面水泥混凝土以提高其路用性能也有较长历史，这 与前苏联有很多水泥混凝土道路冬季受到严重的冻融破坏有关，而喷撤除冰盐更 加重了此种耐久性破坏。水泥混凝土改性用聚合物以丁苯乳液居多，这是因为丁 苯乳液较为便宜且产量较大的缘故。 日本、美国、德国等工业发达国家对混凝土聚合物复合材料做了大量的研究 工作，在新型混凝土聚合物复合材料的研制中，都确定了自己新的研究方向，使 其具有更优良的动力学性能、良好的阻尼性能等，聚合物改性水泥复合材料的发 展最大，目前研究主要表现在以下几个方面：废物的利用，多种方式复合改性， 节能和环境友好聚合物改性复合材料，功能性聚合物改性混凝土材料。 1 2 2 国内研究发展现状 目前比较常用的水泥混凝土路面修补材料是沥青质材料( 例如沥青混凝土) 。 主要是在水泥混凝土路面局部损坏处铺上少量热拌或冷拌沥青混凝土，达到快速 修补的目的。由于沥青的抗老化性较差，沥青混凝土的强度也比水泥混凝土低得 多，而且二者的粘合性也差，因此这种修补只是一种应急措施，不能从根本上解 4第一章绪论 决水泥混凝土路面的修复问题。 随着水泥混凝土路面破损情况的普遍和加重，人们对水泥混凝土路面的修补 技术越来越重视，一些国家加大了水泥混凝土路面修补材料的研发力度。针对水 泥混凝土路面不同的损害特点开发出了一些新的材料，专门用于水泥混凝土路面 各种破损类型的修补。并在一些水泥混凝土路面上进行了试验性的修补应用。为 加快水泥混凝土的固化速度，人们已经研发出多种早强型# 1 - ；o n 剂，将早强型外加 剂掺入普通水泥混凝土，以加快新铺的普通水泥混凝土路面早期强度的发展，达 到提早恢复交通的目的。例如：国内的j t 系列( 南京) 、h z y 系列( 天津) 、q w 系列( 大连) 、e 一系列( 大连) 、z w l 系列( 浙江) 、l w 系列( 重庆) 、f d n 系 列( 湛江) 等早强型乡, l - ；0 n ? o j 都不同程度的有这种效果。 我国从6 0 年代初开始研究应用聚合物水泥混凝土，但由于聚合物生产成本较 高，产品质量不能完全满足要求，因而研究处于低谷。随着我国化学工业不断发 展，从8 0 年代开始，对这一领域的研究颇多，不仅对各种聚合物改性的效果进行 较深入的研究，而且对改性机理，聚合物与水泥、水泥水化产物之间的作用机理 等从理论上进行了较深入的研究，特别是对丙烯酸酯共聚乳液水泥砂浆的性能进 行了系统的研究，作为一种新型修补、防渗、防腐、防冻材料，被成功地应用在 许多工程中，填补了国内的空白，并取得巨大的技术经济效益，该项成果曾荣获 1 9 8 8 年国家科技进步奖，这也是我国第一个获此奖项的聚合物水泥砂浆。2 0 世纪 9 0 年代国内已有专供聚合物水泥混凝土使用的商品化聚合物胶乳供应，例如，苏 州混凝土水泥制品研究院研制的m a 型、m b 型、m s 型水泥改性液，是采用合成 胶乳及各种化学助剂配制而成的有机高分子乳液用于水泥混凝土结构的修补或其 他场合，具有使用简单、经济、可靠的特点；又如南京永丰化工厂生产的专供配 制聚合物水泥混凝土砂浆使用的聚丙烯酸乳液，其粘结性好、防水、耐氯离子渗 透、抗冻融、抗碳化老化1 5 j 。 普通水泥混凝土加入聚合物材料后，水泥基材料的诸多性能如强度、变形能 力、粘结性能、防水性能以及耐久性等都会有所改善。目前，聚合物水泥混凝土 在国内是以聚合物改性水泥砂浆的形式用于结构修补粘合剂、防水材料、耐蚀防 护材料为主，同时在钢结构保护，水工建筑耐水层，地下工程和道路修复等工程 也得到了成功的应用。 综上所述，关于早强材料在聚合物水泥混凝土路面维修中的合理利用，国内 尚未系统地进行研究，这方面发表的论文和研究报告也很少。所以，从长远观点 看，在我国对这一领域进行深人研究与开发是很有必要的。一方面，研究和开发 早强类聚合物水泥复合材料以适应工程建设的需要，提高混凝土材料的强度和耐 久性，从而提高混凝土材料的服务性能；另一方面，研究和开发聚合物水泥复合 第一章绪论 5 材料推广高性能混凝土的应用促进了化学工业和其它国民经济的发展，继而又促 进聚合物水泥复合材料的发展。而这种材料的开发被运用到超薄罩面中，又为罩 面技术的发展提供了新的研究方向。 1 2 3国内主要的外掺早强材料的品种 外掺早强材料主要是早强减水剂。据不完全统计，目前我国从事水泥混凝土 外加剂的生产企业有5 0 0 多家，产品牌号有2 0 0 多个。据外加剂协会统计，1 9 9 9 年我国进行化学合成高效减水剂的企业就有1 4 6 家，高效减水剂总产量已达1 9 3 8 万吨。 通过调研，国内主要的混凝土早强减水剂或早强材料见表1 1 【6 1 。 表1 1 国内主要的混凝土早强剂或早强材料 t a b 1 1a m a j o rs o u r c eo fc o n c r e t ee a r l ys t r e n g t ha g e n to re a r l ys t r e n g t hm a t e r i a l 早强剂名称产地主要性状、性能推荐用量备注 q w - l ( a ) 超早强减 大连 棕色粉末，减水、早强 2 3 工期紧急工程 水剂( 早强王) l w 1 早强剂重庆棕色粉末，减水、早强 1 4 1 8 3 天期道路维修 l w 2 特快早强减水 重庆棕色粉末，减水、早强1 6 2 0 1 天期道路维修 剂 e - a 3 普通早强剂大连灰色粉末，早强 1 9 5 天强度达7 0 e a 2 高效早强荆火连灰色粉末，减水、早强2 8 3 天强度达7 0 适用于矿渣水泥 e a 0 复合早强剂大连灰色粉末，减水、早强 3 5 混凝土 使用时不得预先 j t - 7 早强减水剂南京 灰色粉末，减水、早强 1 用水溶解 h z y 1 、2 、3 型 h z y 系列黄灰色、灰色粉末，用于c 4 5 以下混 天津 | 缓凝早强减水剂缓凝、减水、早强 凝土，h z y 4 用于 高标号混凝土 各种水泥混凝土 z w l v i 早强减水剂杭州灰色粉末。减水、早强 3 都适用 有早强要求的混 z w l v i i 早强剂杭州灰色粉末，早强 2 5 凝土工程 f d n 1 0 0 0 有早强要求的混 湛江灰色粉末。减水、早强0 8 早强高效减水剂凝土工程 6第一章绪论 k y - z n 高效早强减浅褐色粉末或淡褐色粉1 - 3 或 要求早强、施工快 南昌的混凝土抢修工 水剂液体，减水、早强水剂1 - 2 程 棕黄色粉末，减水、早有早强要求的混 s k 5 早强减水剂北京 0 7 1 5 强 凝土工程 s a h o - z 高效早强减水 成都固体粉末，早强、减水 2 早强混凝土 剂 s a h o z 普通早强减水 成都固体粉末早强 2 5 早强混凝土 剂 g m 1 早强减水剂重庆粉剂，减水、早强|早强混凝土 ( 注：推荐用量为外加剂与水泥的百分比) 1 3 本文主要研究内容和预期目标 1 3 1主要研究内容 本文的主要研究内容如下： 优选试验材料，同时考虑材料的经济性和实用性，做到既符合试验要求， 也满足实际工程的需要。 通过正交试验，确定早强超薄聚合物水泥混凝土的最佳配合比。 在确定早强超薄聚合物水泥混凝土的最佳配合比的基础上，对早强超薄聚 合物水泥混凝土进行相关路用性能试验，并分析# i - 加n 掺量对其影响。 对早强超薄聚合物水泥混凝土混合料的抗剪性能进行研究，使超薄罩面技 术能更好的应用。 通过实体工程，对早强超薄聚合物水泥混凝土的关键施工工艺进行研究。 1 3 2 预期目标 本项目预期目标是： 提出用于罩面维修的早强超薄聚合物混凝土的聚合物种类、外掺剂类型、 最佳配合比。 提出薄层早强混凝土的快速通车技术。 通过早强超薄聚合物混凝土混合料室内实验，对早强超薄聚合物混凝土混 合料路用性能进行评价，最终形成早强超薄聚合物混凝土在超薄罩面施工中的的 应用技术。 铺筑实体示范工程l 处。 第二章早强聚合物超薄混凝土材料的优选 7 第二章早强聚合物超薄混凝土材料的优选 2 1 试验基础材料的选择 2 1 1水泥 水泥是水泥混凝土中的最重要的胶凝材料，是水泥混凝土路面强度的主要来 源，其质量直接影响水泥混凝土路面弯拉强度、抗压强度、抗折强度、抗冲击振 动性能、体积安定性和耐久性等关键物理力学性能和路用性能，其技术指标对路 面水泥混凝土路面性能起主要作用，为此公路水泥混凝土路面施工技术规范 o t gf 3 0 2 0 0 3 ) 规定水泥技术指标见表2 i t 7 1 。选用江津地维水泥厂p o4 2 5 r 和p o 3 2 5 r 普通硅酸盐水泥，所有技术性能指标经试验检验，均符合规范的要求，具体 测试结果见表2 1 、表2 2 和表2 3 。 表2 1 p 04 2 5 r 水泥技术要求及检验结果 t a b 2 1t h ec h e c kr e s u l to fp o4 2 5 rc e m e n ts p e c i f i c a t i o na n dc h e c kr e s u l t 检验项目 标准要求检验结果 细度( ) 1 00 1 标准稠度用水量( ) 2 7 2 初凝( m i n ) 不早于4 5 m i n 2 1 0 凝结时间 终凝( m i n ) 不迟于1 2 h 3 1 5 安定性( 沸煮法) 必须合格合格 项目 龄期规范要求 试验实测强度( m p a ) 3 d 1 6 0 ( 中、轻交通) 2 1 4 抗压强度 ( m p a ) 2 8 d 4 2 5 ( 中、轻交通)4 5 6 弯拉强度 3 d 4 5 ( 特重交通) 5 1 ( m p a ) 2 8 d 7 5 ( 特重交通)8 1 8 第二章早强聚合物超薄混凝土材料的优选 表2 2p 03 2 5 r 水泥技术要求及检验结果 t a b 2 2t h ec h e e kr e s u l to fp o3 2 5 rc e m e n ts p e c i f i c a t i o na n dc h e e kr e s u l t 检验项目标准要求 检验结果 细度( ) 1 0 3 2 标准稠度用水量( ) 2 7 6 初凝( m i n ) 不得早于4 5 m i n 2 1 0 凝结时间 终凝( m i n ) 不得迟于1 2 h 2 8 0 安定性( 沸煮法) 必须合格必须合格 项目龄期规范要求 试验实测强度( m p a ) 3 d1 6 0 ( 中、轻交通) 2 1 3 抗压强度 ( m p a ) 2 8 d 4 2 5 ( 中、轻交通) 3 9 弯拉强度 3 d4 5 ( 特重交通) 4 6 ( m p a ) 2 8 d 7 5 ( 特重交通) 7 6 表2 3 水泥熟料的化学成分 t a b 2 3 c h e m i s t r yc o m p o s i t i o no fc e m e n tc l i n k e r 熟料的化学成分( ) 品种 c a o s i 0 2a l 2 0 3f e 2 0 3t i 0 2m g os 0 3 地维p 0 4 2 5 r5 8 6 9 2 1 4 56 2 83 8 50 4 53 0 11 9 6 2 1 2 粗集料 在水泥混凝土中，粗集料是指粒径大于4 7 5 m m 以上的碎石砾石和破碎砾石。 粗集料是水泥混凝土中用量最大的单项材料，粗集料在混凝土中形成骨架，其嵌 锁和挤压力是路面水泥混凝土抗折抗压强度的重要保证。粗集料在普通混凝土中， 质量占5 0 左右；体积按骨架密实结构几乎充满混凝土整个空间，因此粗集料应 质地坚硬、耐久、洁净。其性质应符合公路水泥混凝土路面施工技术规范( j t g f 3 0 2 0 0 3 ) 【8 】要求。因此，用于薄层罩面的粗集料各项指标是否达标显得更为重要。 本研究的粗集料选用重庆碎石，粒径范围5 3 1 5 m m 。对其筛分及压碎值、 第二章早强聚合物超薄混凝土材料的优选9 针片状含量、含泥量、表观密度、松散堆积密度、空隙率等指标进行实测，结果 如下表2 4 和表2 5 。 表2 4 粗集料筛分试验结果 t a b 2 4t h es c r e e n i n gt e s tr e s u l to fc o a r s ea g g r e g a t e 项目 累计筛余( ) 筛孔尺寸( m m )试验值规范要求值 3 7 50 0 0 3 1 5o 70 - - 5 水洗 2 6 52 2 32 0 3 5 后干 1 9 4 3 2 4 0 6 0 筛法 1 66 7 46 0 7 5 筛分 9 58 4 77 5 - 9 0 4 7 59 9 3 9 0 1 0 0 2 3 69 9 59 5 1 0 0 表2 5 粗集料基本性能 t a b 2 5t h eb a s i cp e r f o r m a n c eo fc o a r s ea g g r e g a t e 项目技术要求试验结果项目技术要求试验结果 压碎值( ) 2 5 0 02 6 3 0 针片状含量( ) 1 3 5 01 4 1 0 含泥量( ) 1 00 1 5 空隙率( ) 4 73 6 9 泥块含量 o 2o 试验室试验实测值都使符合公路水泥混凝土路面施工技术规范( j t g f 3 0 - 2 0 0 3 ) 中i i 级的要求。 2 1 3细集料 水泥砂浆是水泥混凝土内部的主要胶凝材料，细集料的性质极大的影响水泥 混凝土的综合性能。需满足公路水泥混凝土路面施工技术规范( j t gf 3 0 2 0 0 3 ) 对细集料的性能标准要求。结合本试验的特点，早强u t w 混凝土中砂的种类及砂 率影响混凝土中粗细集料的级配、剩余砂数量，从而影响新拌混凝土的性能。 本文研究用细集料为广东中砂。该砂细度模数为2 9 ，属于i i 区中砂，砂细度 模数分级见表2 6 ，筛分试验结果见表2 7 和表2 8 。 1 0第二章早强聚合物超薄混凝土材料的优选 表2 6 砂细度模数分级 t a b 2 6 f i n e n e s sm o d u l u sg r a d eo fs a n d 类别 粗砂中砂细砂特细砂 细度模数 3 7 , - - 3 13 0 2 3 2 2 1 61 5 - - 0 7 表2 7 中砂的筛分结果 t a b 2 7t h es c r e e n i n gr e s u l t so fm e d i u ms a n d 筛孔尺寸( m m ) 累舌。筛余( ) 项目细度模数 4 7 52 3 61 1 80 60 3 o 1 50 0 7 5 试验值 4 11 5 53 4 26 2 68 9 39 9 49 9 82 9 规范值 0 1 0o 2 51 0 - 5 04 l 7 07 0 9 29 0 1 0 0 细集料的性能试验见表2 8 ： 表2 8 细集料技术要求及性能试验 t a b 2 8t h ef i n ea g g r e g a t e ss p e c i f i c a t i o na n ds e r v i c et e s t 含泥量( ) 泥块含量表观密度松散堆积密 项目 孔隙率( 呦 ( i 级)( i 级) ( k g m 3 )p 3 董( k g m 3 ) 规范要求 1 0 1 3 5 0 实测结果 0 4 4o3 42 5 8 71 5 1 0 2 1 4 水 在工程实际中规定，清洗集料、拌合混凝土及养生用水，不应含有影响混凝 土质量的油、酸、碱、盐类、有机物等有害物质。饮用水可直接作为混凝土搅拌 和养护用水。非饮用水或对水质有疑问是，应检验下列指标。 表2 9 混凝土拌合水的质量要求 t a b 2 9t h eq u a l i t yr e q u i r e m e n to f c o n c r e t eb a t c h i n gw a t e r 质量硫酸盐含量 p h 值盐总类含量杂质 指标 ( 按s 0 3 2 。计) 允许值 4 9 0 0 2 7 m g m m 3郢0 0 5 m g m m 3 不得含有油污、泥和其他有害物质 2 2 试验外掺材料的选择 2 2 1 高效早强减水剂 根据本课题的目的，我们选择l d - 3 d 能够通车的早强外加剂应用于早强聚合 物超薄混凝土在重庆市道路维修中的应用，另外考虑运距与价格等各种因素的影 第二章早强聚合物超薄混凝土材料的优选 1 l 响，对国内众多外加剂进行了初步的筛选，最终选择了如下五种早强外加剂进行 优选对比实验，这五种外加剂具体性能、掺量见下表2 1 0 、2 1 1 ： 表2 1 01 d 通车要求早强外加剂 t a b 2 101d a y so p e n i n gr e q u i r e m e n t se a r l ys t r e n g t ha d m i x t u r e 早强剂种类产地主要性状与性能推荐掺量备注 q w 一1 ( a ) 大连棕色粉