水泥混凝土路面MRRM的性能研究

摘要：传统的修复方式不但工期长、对交通干扰大、费用高昂，而且修复手段仅仅针对某种具体的病害形式有效，而对其他病害形式进行修复时却无能为力。因此，致力研究适应范围广、交通干扰少、抗疲劳损伤能力强、具有较高强度和韧性的水泥混凝土路面多功能快速修补材料（Multimnctional rapid repairing material，MRRM）。

Abstract： The working period of traditional repairing mode is long， and this mode has much traffic interference and high cost， and also it is effective only to some specific disease form， and the other disease form can not be repaired. Therefore， this paper tries to study the MRRM of cement concrete pavement with many advantages， such as， a wide range of application， less traffic interference， transportation， anti-fatigue and damage ability， higher strength and toughness， and so on.

关键词：水泥混凝土路面；快速修补材料；力学性能

Key words： cement concrete pavement；rapid repairing material；mechanical properties

中图分类号：U416.216 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）19-0057-02

0 引言

目前混凝士路面修补技术手段虽然较多，但由于混凝土路面病害形式具备多样性的特点，所以修补难度大、开放交通迟等问题并没有得到彻底的解决。因此，研制出针对水泥混凝土路面各种主要病害都能进行快速修复的材料，对其进行系统的理论与应用研究，有利于解决传统修补技术的不足，具有重要的学术价值和社会、经济效益[1]。

对于水泥混凝土路面破损，一种传统做法是采用沥青混合料对其进行局部修复或整体罩面，施工较为简便，但因为两种材料的刚度不一致，界面间的剪力容易导致修补材料的脱落和失效。另一种传统的修补方法是将破损的混凝土清除，重新铺筑不低于原设计强度等级的普通混凝土，但也存在容易导致修复失效和养护周期长的缺点。

1 实验方案

1.1 原材料 MRRM的基材为磷酸镁水泥，主要组分为氧化镁、磷酸二氢铵和硼砂。其来源如下：

重烧氧化镁（M）为广东某氧化镁厂生产，MgO的质量百分含量为95%；磷酸二氢铵（P）为工业级，白色晶体，纯度98%；硼砂（B）采用湖南某公司的产品，分子式为 Na2B4O7·10H2O，纯度为95%；掺合料采用某电厂的粉煤灰（FA）；矿物掺合料选用南京某公司生产的高炉矿渣，化学成分如表1所示；搅拌用水（W）为饮用水。

1.2 配合比 以正交试验设计为指导思想，根据需要设计快速修补材料的基础配合比，见表2。

1.3 试验过程 将原材料按表2所示的配合比均匀混合后，加水充分搅拌2min后，采用维卡仪测量凝结时间。试件的成型尺寸为30mm×30mm×30mm，2h后拆模，在标准养护室中密封养护。分别测量1d、和7d龄期试件的抗压强度和抗折强度以及试件的凝结时间。

2 结果与分析

2.1 力学性能 经过测量，记录各分组试件的1d、和7d龄期抗压强度和抗折强度如表3所示。由表3的数据可算出，试件组1d的抗压强度算术平均值为17.48，7d的抗压强度算术平均值为25.24，两者比值约为69.26%；1d的抗折强度算术平均值为3.80，7d的抗折强度算术平均值为5.52，两者比值约为68.84%。由此可见，快速修补材料在短时间内即可达到较高的强度，有利于路面的快速修复。

2.2 抗折强度的影响因素分析 抗折强度是水泥混凝土路面板设计的最主要的参考依据，而水泥混凝土路面修补材料应与原混凝土路面受力情况基本一致，对于快速修补材料，1d的抗折强度这一指标尤其重要。结合表2与表3的数据，可知使1d抗折强度达到最大值的材料配合比为：粉煤灰掺量为0.2、水胶比为0.2、B/M为0.04、P/M为1/5，并且通过以上数据，算出各因素的极差值分别为：粉煤灰掺量为0.57、水胶比为2.31、B/M为0.49、P/M为1.32。极差反映了某个因素水平波动时，1d抗折强度的变动幅度。极差越大，说明该因素对1d抗折强度的影响越大。由此表明，4个因素对1d抗折强度的影响程度顺序为：水胶比、P/M、粉煤灰掺量、B/M。

2.3 凝结时间 经在实验中研究发现，在磷酸镁水泥中加入硼砂，掺入粉煤灰和矿渣后，能够使试件的凝结时间缩短，同时缓凝剂硼砂对材料的抗折强度和抗压强度影响不大。表3为各组试件的凝结时间，由该表可知，所设计材料的凝结时间最短为18.5min，最长为36.7min，都能够满足快速修补路面的需要。

2.4 表观密度 表4为快速修补材料制作成的各试件组的表观密度。由表4可知，水胶比越大，表观密度越小；P：M减小，将使快速修补材料试件的表观密度增大，当P：M为1/5时表观密度最大，达到2350kg/m3，当掺入粉煤灰后，试件的表观密度有所减小，这也验证了上文所述水胶比、P：M及矿物掺合料对磷酸镁水泥强度影响的规律。

2.5 经济指标分析 氧化镁、磷酸二氢钾和硼砂等是MRRM修补材料的主要原材料，粉煤灰、高强度水泥、水泥熟料以及增强、增韧、疏水其他组分等的加入能在优化MRRM性能的同时降低其造价。MRRM基体材料单价见表5。

3 结论

根据MRRM性能研究的实验，结果表明，与传统的快速修补材料相比，MRRM的性能更加完善，主要表现在以下几方面：

①磷酸镁快速修补材料的抗压强度随水胶比的增加而降低，随P：M的减小而增加，随着龄期的增长，水胶比和P：M对磷酸盐水泥抗压强度的影响逐步显著。掺入粉煤灰后，快速修补材料的抗压强度有所降低。②通过SEM、IR、XRD等对MRRM材料微观构造以及与旧混凝土之间的界面进行表征，表明磷酸盐水泥主要水化产物为 MgNH4PO4·6H2O[2]。由SEM分析可知，粉煤灰在磷酸镁水泥内部的水化较差，掺合料玻璃微珠和磷酸盐材料的界面过渡区较为明显。③根据分组试验的结果，可以确定MRRM最佳基础配合比为：粉煤灰掺量为20%，磷酸二氢钾和硼砂对氧化镁的摩尔比为0.25和0.05，最佳水胶比为0.2。硼砂、粉煤灰对MRRM凝结时间的调节作用有限，粉煤灰的调凝效果在较高水胶比条件下更为有效。高强度普通硅酸盐水泥可以作为MRRM的调凝剂使用，当其掺量超过70%时，调凝效果较为显著。

参考文献：

[1]李九苏，曹勇，唐勇斌.水泥混凝土路面多功能快速修补材料试验研究[J].混凝土，2012（8）.

[2]李中华，张佳良，蒋亚清.磷酸盐快速修补材料性能研究[J]. 混凝土与水泥制品，2011.08.

[3]丁烈梅，郭超祥.Sampave应力吸收层在旧水泥混凝土路面改造工程中的应用[J].公路交通科技（应用技术版），2010（04）.