袁野真

(广西邕洲高速公路有限公司，广西壮族自治区 南宁 530028)

高等级水泥混凝土路面在换板维修过程中，为保证混凝土材料能达到设计强度，一般需要养护3～7 d方可开放交通，目前所使用的快硬修补材料，施工工艺复杂，且经济性较差，使用掺加早强剂的水泥基早强混凝土材料，易引起收缩性裂缝[1]。本文通过掺加吸水性树脂，同时调节混凝土中缓凝成分和早强成分的用量来解决这一问题[2]。该研究方法不仅改善了快硬早强水泥混凝土修补材料在施工过程中的工作性，同时兼顾了经济性及施工便易性，目前该水泥混凝土材料可保证在加入早强剂之前2 h内坍落度保持在18 cm以上，加入早强剂后45 min内可以保持坍落度在15 cm 以上，具有较为良好的施工和易性，工后无收缩裂缝，且经济性较高。

1 材料与方法

1.1 原材料

(1)胶凝材料：采用华润P·O42.5硅酸盐水泥。(2)砂子：细度模数为3.7的河沙。(3)石子：粒径4.75～26.5 mm广西当地石灰岩。(4)缓凝剂：南宁保塌型缓凝剂。(5)早强剂：自主研发。(6)内养生材料：吸水性树脂[3-4]。

1.2 基本配合比

为平衡快硬混凝土材料早期强度上升快和塑性收缩之间的关系，采用了较高的水泥用量420 kg和较低的水灰比0.37，砂率为42%，同时加入了吸水性树脂，用于改善超早强水泥混凝土材料的早期收缩裂缝，基本配合比见表1。

表1 基本混凝土配合比

2 施工配合比验证

2.1 混凝土早强效果

对于水泥混凝土路面而言，强度指标是控制路面施工质量的基础，本文通过室内试验的方式，明确该早强成分对水泥混凝土材料早期强度规律变化的影响。通过测试水泥混凝土材料12 h、24 h、36 h、48 h、3 d、7 d、28 d抗压及抗弯拉强度的变化规律。

如表2所示，PT组为不掺加早强材料的普通混凝土材料；ZQ为掺加早强剂的混凝土材料，NZQ为掺加内养生吸水性树脂早强混凝土材料。掺加该早强剂的水泥混凝土材料36 h强度能达到40 MPa，满足36 h通车抗压强度要求，而且36 h过后混凝土强度增长缓慢，统计结果显示各组早强混凝土材料36 h抗压强度能达到其28 d抗压强度的73%以上，养护36 h后对混凝土强度的影响逐渐减弱。从试验结果来看，内养生材料的加入，虽然在一定程度上增大了路面混凝土的孔隙率，但能够减小平均孔径、临界孔径尺寸，并使各层位之间的孔结构更加均匀，内养生材料颗粒的加入改变了混凝土内部集料之间的摩擦机制[5-6]，改善了混凝土材料的流变特性。掺入内养生材料虽然使混凝土的抗压强度有所降低，但是对于水泥混凝土路面的控制性指标抗弯拉强度并未产生明显的影响。

表2 早强混凝土抗压强度变化规律 MPa

表3 早强混凝土抗弯拉强度变化规律 MPa

2.2 缓凝成分对混凝土强度的影响

早强混凝土材料强度上升速度较快，加速混凝土材料工作性的流失，从而增加了快硬混凝土材料的施工难度。为保障施工时间，减小早强混凝土的施工难度，本文通过试验添加缓凝组分对混凝土强度的影响进行了试验研究，研究结果如表4、表5所示。

表4 早强混凝土抗压强度随缓凝剂掺量变化规律 MPa

表5 早强混凝土抗弯拉强度随缓凝剂掺量变化规律 MPa

通过检测早强混凝土材料48 h、3 d、7 d、28 d 抗压及抗弯拉及强度的变化规律，来选择缓凝成分的掺量。试验发现，36 h以内的抗压强度增长速度，随缓凝成分掺量的增加而逐渐减小。而当混凝土养护48 h后缓凝成分对该混凝土材料抗压强度增长速度的影响不再明显。相比抗压强度来说，早强混凝土材料的抗弯拉强度受混凝土中缓凝成分的影响要大一些。如图1中显示，当早强混凝土材料中缓凝成分掺量大于2.3%时，早强混凝土材料的36 h抗弯拉强度不再满足要求的大于等于4.5 MPa的要求。一般认为，快硬早强水泥混凝土材料达到通车要求的控制性指标为12 h抗压强度不小于12 MPa，24 h抗压强度不小于20 MPa，当满足抗弯拉强度大于等于4.5 MPa时可以通车。

图1 早强混凝土强度变化规律

图2 混凝土工作性的变化规律

2.3 工作性指标

由于高速公路水泥缓凝土路面养护维修过程中，均采用封闭式水泥混凝土搅拌罐车运输混凝土材料。对于水泥混凝土路面快速修补施工工艺而言，运输及施工过程中混凝土的工作性至关重要，这就对加入早强成分后混凝土工作性的变化提出了严格要求。

本文通过采用混凝土运输到施工现场后，二次掺加早强材料同时采用二次搅拌工艺[7]，来克服早强混凝土材料在运输过程中工作性损失的问题。试验采用的缓凝材料可以保证混凝土材料在运输过程中的工作性不收损失。

本文通过室内试验测试混凝土材料在加入早强剂之前1.5 h内工作性的变化规律和加入早强剂后70 min内混凝土工作性的变化规律。通过改变混凝土材料中缓凝成分的掺量，来控制混凝土材料在运输及施工过程中的工作性，减小施工难度。

根据最远施工距离计算，从原材料开始搅拌的时刻算起，到混凝土运送到施工现场需要73 min的时间，从现场浇筑到施工完成，施工一块完整的路面板平均时间需要45 min，其中包含早强剂的加入及二次搅拌时间。因此混凝土材料在加入早强剂之前1.5 h(90 min)内，坍落度应保持在18 cm 以上，且加入早强剂之后45 min以内坍落度保持在12 cm以上，从而争取到足够的运输及施工时间。

室内试验过程中发现，当减水剂掺量小于等于2.0%时，加入早强剂后坍落度迅速损失，不能满足对混凝土材料施工和易性的要求，因此本次配合比验证的过程中仅研究缓凝成分产量大于2.0%时早强混凝土材料工作性的变化规律。试验结果显示，当缓凝成分掺量大于等于2.0%时满足运输时间1.5 h和施工时间1.0 h的规定。

2.4 应用效果

通过在G7201南宁绕城高速公路进行试验浇筑，施工过程中的混凝土运输时间62 min，现场浇筑使用时间35 min，施工过程中混凝土均保持良好的工作性。洒水养护24 h后未发现大面积的塑性裂缝，内养生剂的掺入有效的减少了快硬混凝土材料塑性裂缝的产生。现场取出的芯样显示，混凝土材料饱满密实，混合料分部均匀，无漏振现象，混凝土密实效果较好，且无离析现象。

3 结 语

(1)使用二次搅拌掺加早强成分，施工工艺简单、早强效果明显，同时减少了快硬混凝土材料施工过程中速凝的风险。同时材料的经济性较好，相对于普通水泥混凝土而言，每立方米混凝土原材料成本仅增加人民币30 元。

(2)早强混凝土材料二次搅拌掺加早强剂施工工艺，是解决早强混凝土运输过程中，工作性损失过快，与提高混凝土早强强度之间矛盾的关键技术，能够提高混凝土搅拌质量且增加早强混凝土材料的施工时间。

(3)吸水性树脂的加入可以有效改善混凝土材料的工作性，对于高水泥用量低水胶比的高性能混凝土材料效果最为明显。在不影响混凝土抗弯强度的前提下，掺入吸水性树脂可以有效预防因混凝土强度增长过快引起网裂现象。

(4)缓凝组分的加入，在不影响早强混凝土材料早期强度的同时，在掺加早强材料之后，依然能使混凝土材料保持良好的工作性，有效提高早强混凝土材料的施工时间。

(5)使用水泥基快硬水泥混凝土材料，施工后路面颜色与原路面颜色一致，有效改善路面修补之后的美观。