沥青路面半刚性基层快速修补技术的应用

第１２卷第５期　天津职业院校联合学报　Ｎｏ．５　Ｖｏ１．１２　２０１０年９月　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｔｉａｎｊｉｎ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅｓ　Ｓｅｐ．２０１０　沥青路面半刚性基层快速修补技术的应用　谢建武　（天津交通职业学院，天津市　３００１１０）　摘　要：　高半刚性基层（多为水泥稳定碎石和二灰碎石）具有良好的整体性和稳定性，但其强度形成需要足够的　时间，采用自行研制的ｊｕ剂和外掺料配制快速修补材料，检查其路用性能，表明快速修补材料在１６ｈ内即可满足要求。　关键词：半刚性基层；自密实；快速修补　中图分类号：ＴＵ５２２．Ｏ１　文献标识码：Ａ　文章编号：１６７３—５８２Ｘ（２０１０）０５—００２０—０４　自２０世纪８０年代日本冈村教授提出研制开发自密实混凝土（Ｓｅｌｆ—Ｃｏｍｐａｃｔｉｎｇ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ）以来，免振捣自密实　混凝土由于其简单的施工工艺、良好的力学性能和耐久性能正日益受到国内外的关注和深入研究。目前，多应用于　难于浇注或无法浇注的部位，避免因振捣不足而造成麻面、蜂窝、空洞等质量缺陷。　一、试验用原材料　１．水泥：天津水泥厂生产的骆驼牌４２．５普通硅酸盐水泥，体积安定性合格。　２．集料：石灰岩碎石，选用４．７５～２０　ｉｌｌｍ连续级配，压碎值１３％，含泥量０．６％。　３．试验用砂：含泥量０．０６％，细度模数２．８３，连续级配的中沙。　４．试验用水：天津市市网自来水。　二、试验方案　超早强修补材料要具有高流动性、超早强、与基层材料相匹配的刚度等性能，为了达到上述目标，研究分两步进　行：第一步，胶砂试验，筛选外加剂和外掺料。通过不同龄期的抗压、抗折强度的测定推荐出早强一减水剂和沸石粉的　最佳掺量；第二步，自密实混凝土和易性试验，配制水泥剂量最小且流动性高的混凝土。　１．胶砂试验　正交设计（ＬＤ）和均匀设计（ｕＤ）是目前最常用的试验设计方法。水平为６的试验如果用正交设计，至少要做３６　次试验，而均匀设计是只考虑试验点均匀的分散在给定的试验范围内的一种试验设计方法，因此试验次数只要大于或等　于水平数即可。按此方法，仅做６次试验。均匀设计是由中国数学家方开泰和王元于１９７８年将数论和多元统计相结　合，创造的一种先进的试验设计方法。显然对于本次试验，采用均匀设计来安排试验是非常适用的。　均匀设计也是通过一套精心设计的表来进行试验设计的。每个均匀设计表有一个代号Ｕｎ（ｑｓ）或ｕ＊ｎ（ｑｓ），其　中“ｕ”表示均匀设计，“ｎ”表示要做ｎ次试验，“ｑ”表示每个因素有ｑ个水平，Ｓ表示该表有Ｓ列，ｕ的右上角加“＊”和　不加“＊”代表两种不同类型的均匀设计表。通常加“＊”的均匀设计表要优先考虑。　表１　ｕ＊６（６４）的使用表　１　２　３　４　表２　Ｕ＊６（６４）的使用表　１　１　２　３　６　Ｓ　列号　Ｄ　２　２　４　６　５　２　１　３　Ｏ．１８７５　３　３　６　２　４　４　４　１　５　３　３　１　２　３　０．２６５６　５　５　３　１　２　４　１　２　３　４　０．２９９Ｏ　６　６　５　４　１　收稿日期：２００９—１２—１０　作者简介：谢建武（１９８１一），男，天津市人，天津交通职业学院助理教师，从事道路桥梁施工研究。　・　２０　・　每个均匀设计表都附有一个使用表，如表２为ｕ＊６（６４）的使用表，若有两个因素，应选用１、３列来安排试验，若有　三个因素，应选用１、２，３列来安排试验，依次类推。最后一列Ｄ表示刻划均匀度的偏差（ｄｉｓｃｒｅｐａｎｃｙ），Ｄ越小，表示均匀　度越好。　本研究采用ｕ＊６（６４）均匀设计表来安排胶砂试验。　表３　因素水平及强度结果表　试号　因素　１Ｏｈ　１ｄ　３ｄ　抗折强度　抗压强度　抗折强度　抗压强度　抗折强度　抗压强度　Ａ沸石粉　Ｂ减水剂　（ＭＰａ）　（ＭＰａ）　（ＭＰａ）　（ＭＰａ）　（ＭＰａ）　（ＭＰａ）　１　５％　１．４０％　０．５３　１．９９　４．８　１６．９５　５．５７　３０．５２　２　６％　２．Ｏ０％　Ｏ．５５　１．５６　４．２５　１９．２７　７．４　３９．１９　３　７％　１．２Ｏ％　０．７３　２．８８　５．０７　２７．４７　５．５５　２９．９５　４　８％　１．８０％　Ｏ．５　１．９７　４．８３　２９．３８　６．５７　３８．１３　５　９％　１．００％　０．６６　２．８１　４．３２　１５．８８　６．１８　２９．９５　６　１０％　１．６０％　０．４５　１．６１　４．５３　２５．１５　６．６２　３５．３６　由表３可以得出结论：配比１、３、４、５的１Ｏｈ抗压强度较大，均在１．９７ＭＰａ以上；养生１ｄ后配比１、５的强度发展较　缓，仅仅为１６ＭＰａ左右，而配比３、４的强度发展依旧保持较高的速度，分别增长到２７．４７ＭＰａ和２９．３８ＭＰａ；养生３ｄ后，　配比４的强度远远高于配比３，增长了２９．８％。显然，配比４的强度发展规律是六个配比中最佳的，因此在以后的水泥。　备方案的抗压强度结果　各方案的抗折强度结果　４２　８　＾耋２８　６　ｌ４　艘　墨。　璧２　拣。　０　ｎ　５　ｌ　１．５　２　２．５　３　３．５　０　ｎ　５　ｌ　１．５　２　２．５　３　３．５　龄期（天）　龄期（天）　＋配比ｌ＋配比２＋配比３　＋配比１－ａｌｌ－－配比２＋配比３　＋配比４—　一配比５＋配ＬＬ６　＋配比４—－　配比５＋配比６　图１抗压强度发展规律　图２抗折强度发展规律　乳化沥青混凝土的强度试验中采用沸石粉８％，早强一减水剂１．８％。选用硫铝酸盐系ＵＥＡ膨胀剂，采用建议掺　量８％。因此，选用沸石粉、早强一减水剂、ＵＥＡ膨胀剂复合配制自密实混凝土，早强一减水剂、ＵＥＡ膨胀剂复合外加　剂简称为ｊｕ剂，沸石粉作为外掺料和Ｊｕ剂共同配制自密实混凝土。　２．混凝土试验　表４每立方米混凝土用量　自密实混凝土是指坍落度为１８ｃｍ以上、扩散直径６０ｃｍ　『名称　水　胶凝材料　砂　石子　水胶比　砂率　以上的混凝土，经过笔者多次的混凝土流动度试验，在水泥剂　量（ｋｇ）　１９４　３８８　５３０　９３６　Ｏ．５　３６％　量最小的前提下得到下列配合比：　混凝土用量中：ｊｕ复合外加剂取代水泥用量的９．８％，沸石粉取代水泥用量的８％，其它材料用量不变。　配比１为试配出的自密实混凝土，由于它的强度和刚度高于规范中对基层的要求，所以在不降低混合料的流动性　的前提下，在湿骨料的外表面裹覆乳化沥青，达到降低刚度，匹配半刚性基层的目的。　表５不同配比的７天刚度试验结果　配比　组成成份　７天刚度（ＭＰａ）　１　普通硅酸盐水泥　ｊｕ剂　４４６８　２　普通硅酸盐水泥　ｊｕ剂＋沸石粉　４５０４　３　普通硅酸盐水泥　ｊｕ剂＋沸石粉＋３％乳化沥青　２７４３　４　普通硅酸盐水泥　Ｊｕ剂＋沸石粉＋４％乳化沥青　１４１８　５　普通硅酸盐水泥　Ｊｕ剂＋沸石粉＋５％乳化沥青　８２６　・２１・　由表５的试验结果可以看出不加乳化沥青的混凝土７天刚度远高于《公路沥青路面设计规范》中二灰碎和水泥稳　定碎石的基层材料设计参数：１３００　１７００ＭＰａ，混凝土中掺加３％乳化沥青后的刚度高于设计参数，掺入５％乳化沥青　后的刚度低于设计参数，只有４％乳化沥青的刚度在规定的范围内。在此基础上，深人研究配比ｌ和配比４的强度发　展规律和其他力学性能。　（１）修补材料的强度发展规律。研究中采用三种配比，配比１为普通硅酸盐水泥中加人Ｉｕ复合外加剂，配比２为　水泥中掺入ＪＵ剂、沸石粉，配比３中粗集料外表面裹覆适量的乳化沥青，使刚度与基层刚度相匹配。　表６不同配比的修补材料不同龄期的抗压强度（ＭＰａ）　表７　不同配比的修补材料不同龄期的抗折强度（ＭＰａ）　配比　１６ｈ　１　２　４　１ｄ　３ｄ　７ｄ　２８ｄ　配比　１６ｈ　１　２　１ｄ　３ｄ　７ｄ　２８ｄ　３．０５　４．１６　１Ｏ．６５　２１．３　３３．Ｏ２　５．８１　７．９　２０．４７　２５．０　３３．５１　Ｏ．７５　１．４３　２．３６　３．５６　４．６７　Ｏ．９８　１．９３　３．１３　３．６７　４．５７　３．７２　４，９９　８．２５　９．８２　１３．９９　４　０．５６　１．１５　２．１３　２．６　３．３７　不同税比修扑材料的杭压强度　５　４　不同配ｌ七修｛　料的拭拆强度　妻３　簧２　牯　《ｌ　Ｏ　０　—１０　２０　３０　●一配比ｌ—卜配｝匕２—●　配｝匕４　图３　不同配比修补材料的抗压强度　图４不同配比修补材料的抗折强度　由表６、表７可以看出，掺ｊｕ剂的混凝土早期强度明显很高，水泥一乳化沥青混凝土的超早期强度（１６ｈ）达到　３．７２ＭＰａ，满足规范中对基层的强度要求；１６ｈ的配比２的抗压强度高于配比１抗压强度的９０％，掺沸石粉的修补材　料更大程度的提高了混凝土的强度；配比４的３ｄ内的抗压强度一直与配比１相近，说明乳化沥青的加入未影响修补　材料的早期强度发展，只是７ｄ、２８ｄ的强度的发展速度才降下来，刚度与旧基层的刚度相匹配。　（２）与旧界面粘结强度。新、旧混凝土界面粘结强度试验，一侧为混凝土断块，另一侧为修补材料配制的混凝土或　者两侧均为混凝土小梁断块，断块相距５～１０　ｃｍ，中间用修补材料配制的混凝土填补，浇制试件时，首先应对旧混凝土　接触面进行清洗，然后室内标准养生至规定龄期进行抗折强度试验，若在新、旧混凝土界面处破坏，其强度即为粘结　抗折强度。　表８修补材料不同龄期的界面粘结强度（ＭＰａ）　配比　１　２　４　１６ｈ　０．４８　Ｏ．５１　Ｏ．３８　１ｄ　０．７１　０．７４　（）．５１　３ｄ　１．（）１　１．２３　０．８９　７ｄ　１．９３　１．５１　１．２１　２８ｄ　２．０８　２．２５　１．６２　由表８及图５可见，修补材料１６１１的界面粘结强度达到０．３８ＭＰａ，满足基层对粘结强度的要求，水泥稳定碎石７　天的劈裂强度方达到０．３ＭＰａ，大大提高了基层材料的超早期强度，缩短了因养护而断绝交通的时间。说明新旧混凝　土之间有良好的粘结性能，可成为一个有机的共同协调工作整体，即沥青混凝土路面半刚性基层快速修补料在抢建　工程中具有相当的优越性。　不同配比修补材料的枯结强度　—．＿－配比ｌ—．卜＿配比２—▲一配比４　图５　不同配比修补材料的粘结强度发展规律　・　２２　・　表９修补混凝土的抗冻性试验　配比　标养２８天强度　冻融次数　冻融后强度　冻融后强度比　１　３３．Ｏ２ＭＰａ　１Ｏ　３４．Ｏ１ＭＰａ　１．（）２　２　３３．５１ＭＰａ　１０　３２．８３ＭＰａ　Ｏ．９８　４　１３．９９ＭＰａ　１０　１３．５７ＭＰａ　０．９６　注：冻融试验在试件养护２８天后进行，冻融试验方法为：一１５℃冻５ｈ，２０℃温水浸泡８ｈ，反复进行。　（３）耐久性能。由表９可见，经过１０次冻融循环后修补材料的强度基本上不发生变化，配比１强度仅仅提高了　２％，配比２和配比３的强度损失也仅为２％和４％，这说明了修补混凝土具有较高的抗冻性，适用范围较广且较少受　季节变化的影响。　三、结论　（１）采用该类水泥一乳化沥青混凝土快速修补料拌制的修补材料早期强度发展迅速，能很好地满足沥青混凝土　路面半刚性基层抢修抢建的工程需要。　（２）修补混凝土的长期性能和耐久性能优良，具有抗压强度高等优点；与旧基层界面粘结力强、耐久性能良好，该　路面修补料具有较高的安全可靠性、使用寿命长。　（３）施工工艺简单，大大降低了修补道路的人力、物力，经济合理；超早期强度高，满足规范对基层的强度要求，缩　短道路为达到强度所必需的养生时间，及早开放交通，效益显著。　参考文献：　［１３廉慧珍，张青，张耀凯．国内外自密实高性能混凝土研究及应用现状［Ｊ］．施工技术．１９９９，（５）　［２］方开泰．均匀设计与均匀设计表［Ｍ］．北京：科学出版社，１９９４．　Ｅ３］武铁明，林怀立．利用沸石粉配制高性能混凝土的应用研究［Ｊ］．混凝土，２００１，（ＩＯ）．　ｒ４］交通部阳离子乳化沥青课题协作组．阳离子乳化沥青路面［Ｍ］．北京：人民交通出版社，１９９３　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　Ｒａｐｉｄ　Ｒｅｐａｉｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｏｎ　Ａｓｐｈａｌｔ　Ｃｏｎｃｒｅｔｅ　Ｓｅｍｉ——ｒｉｇｉｄ　Ｂａｓｅ　ＸＩＥＪｉａｎ——ＷＨ　（Ｔｉａｎｊｉｎ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔａｔｉｏｎ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　Ｃｏｌｌｅｇｅ，Ｔｉａｎｊｉｎ　３００１　１０　ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｓｅｍｉ—ｒｉｇｉｄ　ｂａｓｅ　ｏｆ　ａｓｐｈａｌｔ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ（ｍｏｓｔ　ａｒｅ　ａｇｇｒｅｇａｔｅ　ｍｉｘｔｕｒｅ　ｓｔａｂｉｌｉｚｅｄ　ｗｉｔｈ　ｃｅ－　ｍｅｎｔ）ｈａｓ　ｇｏｏｄ　ｓｔａｂｉｌｉｔｙ　ａｎｄ　ｉｎｔｅｇｒａｌｉｔｙ，ｂｕｔ　ｉｔ　ｎｅｅｄｓ　ｅｎｏｕｇｈ　ｔｉｍｅ　ｔｏ　ｆｏｒｍ　ｓｔｒｕｃｔｕｒａｌ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ．Ｒａｐｉｄ　ｒｅ－　ｐａｉｒ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｉｓ　ｄｉｓｐｅｎｓｅｄ　ｂｙ　ｕｓｉｎｇ　ｓｅｌ　ｆ—ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ａｇｅｎｔ　ｊｕ　ａｎｄ　ｅｘｔｒａ　ｍａｔｅｒｉａ１．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｗｈｉｃｈ　ｔｈｅ　ｒｏａｄ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ｉｓ　ｃｈｅｋｅｄ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｒａｐｉｄ　ｒｅｐａｉｒ　ｍａｔｅｒｉａｌ　ｃａｎ　ｃｏｍｅ　ｕｐ　ｔｏ　ｒｅｑｕｉｒｅｄ　ｆｅａｔｕｒｅｓ　ｗｉｔｈｉｎ　１６　ｈｏｕｒｓ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｓｅｍｉ—ｒｉｇｉｄ　ｂａｓｅ；ｓｅｌｆ－ｃｏｍｐａｃｔｉｎｇ；ｒａｐｉｄ　ｒｅｐａｉｒ　・２３　・