初探道桥快速修补商品混凝土的制备

现代化城市建设和经济发展的速度越快,给交通运输业带来的压力越大。近些年来,公路、高速公路、城市立交桥、市区街道及环城公路等新建工程接连不断;并且,随着车速加快及大型车辆的增多,原有路面损坏加速、加重,维修工程量相当繁重。以往,对于损坏的混凝土路(桥)面,一次性修补面积多为几平米到数十平米,混凝土方量较小,一般使用具有快凝快硬、早强高强的水泥基材料,现场拌制混凝土、人工浇筑。但现在情况不同了,出于环境保护的要求,特别在市区交通要道改造工程中,常常不允许现场堆积砂、石、水泥,不允许现场拌制混凝土,无论混凝土用量多少,必须考虑供应商品混凝土;而且,社会效益第一,要求在不阻断交通或短时间阻断交通的条件下进行抢修,4～6h实现开放交通。这样,就必须解决三项关键技术,即:胶结材料必须有可靠的小时力学性能;商品混凝土在运达现场的过程中,必须足以阻止凝结与保持足够的坍落度;混凝土运达现场后,必须迅速恢复快凝快硬性能而且保证有足够的浇筑操作时间。通过大量的试验研究,我们开发了道桥快速修补商品混凝土制备技术,在冬季与春季两种环境温度下施工,获得良好效果。

一、主要组分

道桥快速修补混凝土是特种混凝土,与普通混凝土的共同之处在于使用相同的砂、石、水拌制,但其区别却是根本性的,它使用的胶结材料与化学外加剂均具有特殊性和专用性。在胶结材料方面,它使用双组分水泥,以高强度等级的快硬硫铝酸盐水泥为主要组分,硅酸盐水泥为辅助组分;在力学性能方面,它要求4h或6h强度;在工作性能方面,坍落度损失要低,并需要分阶段调整凝结时间。

(1)胶结材料。以混凝土道桥快速修补材料为基础,进行改性研究,将其分解为“胶结材料-低坍损缓凝泵送剂-促凝增强剂”三个部分,以突破其凝结时间较短(20～30min)及只能现场拌制混凝土的局限性。

胶结材料以快硬硫铝酸盐水泥为主要组分,并含有少量的硅酸盐熟料。二者性能互补,前者提供早期强度、微膨胀、抗盐类侵蚀等性能,后者提供后期强度、提高碱度、避免表面起砂等性能。按JC933-2003快硬硫(铁)铝酸盐水泥检验,初凝时间不低于20min,终凝时间不大于0min;1d与3d抗压强度应分别大于42MPa与52.5MPa。

在拌制快速修补混凝土时,不主张使用粉煤灰、矿渣等矿物掺合料。

(2)SFP-Ⅱ低坍损缓凝泵送剂。将减水剂、保塑剂、缓凝剂与引气剂复合成专用粉状“低坍损缓凝泵送剂”,在拌制商品混凝土时按规定量加入,依施工环境温度的不同,应使混凝土初凝时间延缓至60～150min;考虑到运距与塞车的影响,1h的坍落度损失应低于15%;而且,这种缓凝作用在现场加入促凝增强剂后,应能迅速停止或破坏,并且对快凝快硬性能的恢复以及早期强度的发挥不产生有害影响。

(3)SFP-Ⅳ促凝增强剂。混凝土运至现场后,往搅拌运输车中加入一定量的液态SFP-Ⅳ促凝增强剂,快速搅拌3min,在10min之内将料卸完。开始卸料时的坍落度控制指标为150～180mm,初凝时间依工程实际情况及施工方要求可缩短至30～60min,在保证达到可靠的4h或6h强度的前提下,尽可能保证有较充裕的混凝土浇筑、抹平等操作时间。

(4)防冻剂。冬季施工时,选用非早强性防冻剂,掺量2.5%,与SFP-Ⅱ共同加入,不导致凝结时间和坍落度的明显变化。由于SFP-Ⅳ有足够的早强、增强与促凝性能,不主张在拌制混凝土时使用早强性防冻剂。如施工条件许可,也可将GD-1制备成液态防冻剂,在现场与SFP-Ⅳ共同加入。

二、如何制备道桥快速修补商品混凝土

1、混凝土配合比。应通过试配确定实用的混凝土配合比,强度指标应满足设计要求,混凝土4h与6h抗压强度应分别高于25MPa与28MPa,4h与6h抗折强度应分别高于3.5MPa与4.0MPa。当要求4h抗折强度高于4.0MPa时,应适当降低W/B及提高SFP-Ⅳ加入量,混凝土浇筑操作时间缩短至20～30min。

2、混凝土工作性能。根据试验室试验及现场施工的经验教训,提出依施工季节不同所使用的混凝土工作性能控制指标,如表1所列。混凝土搅拌机的卸出料称为新拌混凝土,运至工地加入SFP-Ⅳ促凝增强剂后称为现场混凝土。在环境温度条件下,新拌混凝土坍落度、凝结时间应大于表中数值;现场混凝土坍落度、初凝时间应大于表中数值,终凝时间应小于表中数值。

3、搅拌站用于制备道桥快速修补混凝土的所有设备,包括水泥散装车、水泥储仓、螺旋输送机、搅拌机、搅拌运输车等,均须予先清扫或清洗干净,避免特种水泥胶结材料与普通水泥混放,避免该特种混凝土与普通混凝土混杂。不得使用清洗普通混凝土运输车后的高碱性水清洗装运该特种混凝土的运输车。

4、质量控制

对胶结材料进行物理与力学性能全项检验。每一个工程所使用的混凝土配合比,必须预先进行试配,依环境温度的变化调整化学外加剂用量,务必使凝结时间与坍落度损失等指标符合施工要求。每班检验一次新拌混凝土初始坍落度及60min坍落度保留值。每2班检验一次混凝土的4h、6h及1d抗压强度。开始拌制混凝土前,对设备、计量装置及运输车辆进行全面检查,必须符合拌制和运输该特种混凝土的要求。

利用以快硬硫铝酸盐水泥为主要组分的胶结材料及SFP-Ⅱ低坍损缓凝泵送剂、SFP-Ⅳ促凝增强剂,可以成功制备道桥快速修补商品混凝土。该技术的开发,完成了水泥基道桥快速修补材料因快凝快硬一般由现场拌制混凝土、单次施工面积较小到供给商品混凝土、可以较大面积施工的转变。

道桥快速修补混凝土的商品化,对于混凝土公路、桥梁及城市路面的抢建、抢修具有重要的推广应用意义,可以实现不断交或短时间断交施工,开放交通快,利于环境保护,经济效益与社会效益显著。