道橋快速修補混凝土的商品化及其應用

摘要：提出了道橋快速修補混凝土實現(xiàn)商品化的技術路線，研究了該特種混凝土的膠結材料、化學外加劑及工作性能、力學性能，已用于商品混凝土制備和石家莊市較大面積的混凝土路面搶修、搶建工程，取得良好效果。關鍵詞：道橋；快速修補；商品混凝土；低坍損緩凝泵送劑；促凝增強劑　　現(xiàn)代化城市建設和交通運輸業(yè)的快速發(fā)展，促進了交通工程材料與技術的進步。改革開放以來，公路、環(huán)城公路、高速公路、城市立交橋、城區(qū)改造等建設工程接連不斷：并且，隨著車速加快及大型車輛的增多，原有路面損壞加速、加重，維修任務相當繁重。出于環(huán)境保護的要求，特別是市區(qū)交通工程一般不允許現(xiàn)場堆積砂、石、水泥，不允許現(xiàn)場拌制混凝土：而且，現(xiàn)代生活的快節(jié)奏要求經(jīng)濟效益與社會效益的高度統(tǒng)一，需要在不斷交或短時間斷交的條件下進行搶修，4h～6h實現(xiàn)開放交通。在這種形式勢下，我們開發(fā)了道橋快速修補混凝土的商品化及應用技術，在石家莊市中山路、倉安路大修工程中得到應用，于冬季、春季兩種環(huán)境溫度下施工，效果良好。1 快速修補混凝土性能研究1．1 水泥基道橋快速修補材料的施工局限性　　道橋修補工程，一般要求4h或6h實現(xiàn)開放交通，為此，人們開發(fā)了不少水泥基道橋快速修補材料。無論是國外或國內(nèi)的該類產(chǎn)品，大都具有共同的技術特征，使用高強硅酸鹽水泥或特種水泥，配用高效減水劑等多種化學外加劑，使其達到早強、高強的力學性能指標：為了實現(xiàn)這一目的，化學外加劑的作用主要是降低水肢比與促凝增強。施工方式多為現(xiàn)場拌制半干硬性或坍落度較低的混凝土；單次施工面積多為幾平米到幾十平米。顯然，這類材料對于較大面積、較大混凝土用量的搶修、搶建工程施工存在難以克服的局限性：雖然強度性能可滿足設計要求，但混凝土工作性能卻遠不能滿足施工要求?！　∫允仪f市功能建材有限公司研制的混凝土道橋快速修補材料為例，W 型適用于冬季，S型適用于夏季。按Q／STF03企業(yè)檢驗，1：2．5膠砂的力學性能如表1所列，用其配制的1：2．5～1：3．0混凝土已成功應用于鄭州黃河公路大橋等多項道橋修補工程，混凝土力學性能如表2所列。但是，從混凝土現(xiàn)場拌制到完成澆筑的可操作時間僅為20min～30min，非常適用于小面積修補工程，卻難以實現(xiàn)混凝土的外部供應及運輸?！　　?．2 快速修補混凝土商品化的關鍵技術　　對石家莊市功能建材有限公司產(chǎn)混凝土道橋快速修補材料進行了改性研究，將其分解為“膠結材料一低坍損緩凝泵送劑～促凝增強劑一解凝劑”4個部分，認定它屬于特種混凝土，應該使用性能特殊、具有專用性且來源不太困難的原材料：與其相對應，確立了分階段實現(xiàn)道橋快速修補混凝土商品化的技術路線，關鍵技術在于能夠調整和控制混凝土的凝結時間與坍落度變化，良好的工作性能是實現(xiàn)其商品化的先決條件。　　從混凝土拌制到運抵現(xiàn)場，稱為該特種商品混凝土的第一階段或緩凝階段，必須確保能安全送到現(xiàn)場，不發(fā)生在罐內(nèi)凝結、坍損過大、卸料困難的事故，可通過加入SFP一Ⅱ低坍損緩凝泵送劑解決?！　』炷吝\達現(xiàn)場后，通過加入SFP—IV液態(tài)促凝增強劑，使混凝土迅速進入快凝、快硬與早期強度高速增長的階段，稱為該特種商品混凝土的第二階段或促凝階段，在保證獲得足夠的小時強度條件下，盡可能留足混凝土澆筑施工的操作時間。　　運輸車在現(xiàn)場卸完料后，必須加入SFP—V解凝劑，以防止罐內(nèi)殘留的已加入促凝增強劑的混凝土發(fā)生結壁事故，稱為該特種商品混凝土的第三階段或解凝階段，通過實施解凝技術，保證運輸車能夠安全地反復運行。1．3 快速修補混凝土的主要原材料1．3．1膠結材料　　以快硬硫鋁酸鹽水泥為主，配用少量硅酸鹽水泥。二者性能互補，前者具有突出的早強、微膨脹、抗NaCl、Na 2SO4鹽類侵蝕等特性，后者具有提高堿度、避免表面起砂等作用。按JC933—2003快硬硫鋁酸鹽水泥檢驗，初凝時間應不低于20min，終凝時間不大于60min：1d與3d抗壓強度應分別高于42MPa與52．5MPa。在拌制快速修補混凝土時，為了提高早強的保證度，無必要使用粉煤灰、礦渣等礦物摻合料。1．3．2 SFP一Ⅱ低坍損緩凝泵送劑　　由減水劑、保塑劑、緩凝劑與引氣劑等多種化學外加劑復合而成，粉狀，溶于水。當環(huán)境溫度為1 5℃ 左右時，在拌制混凝土時加入膠材用量的1．8% ，初始坍落度達210m ，60 min坍落度保留值為190m ：初凝時間130min，終凝時間1 56min。隨環(huán)境溫度的升高凝結時間會明顯縮短，坍損增大。SFP一Ⅱ的加入量增加至2．5% 時，在25℃ 下，初凝時間可延至240 min。應結合計算從攪拌站至工地的運輸時間，確定SFP一Ⅱ 的適宜加入量。該泵送劑是特種水泥的專用外加劑，當在現(xiàn)場加入促凝增強劑后，它的緩凝作用即告中止或破壞，并且，對混凝土快凝快硬性能的恢復及早期小時強度的發(fā)揮不構成有害影響1．3．3 SFP一Ⅳ 液態(tài)促凝增強劑　　由對特種水泥具有顯著促凝、早強、增強作用的化學外加劑復合而成，易溶于水。在混凝土運至現(xiàn)場后，由專人住攪拌運輸車中加入1．8% SFP一Ⅳ液態(tài)促凝增強劑，快速攪拌3 min，卸出的混凝土坍落度為160m ，初凝時間35 min，終凝時間50min：當SFP—lV液態(tài)促凝增強劑加入量減少到1．5% 時，卸出的混凝土坍落度為1 85m ，初凝時間延長至55min，終凝時間80 min。由于初、終凝時間間隔較小，一旦發(fā)生初凝，終凝很快到來，施工方不易掌握所以應根據(jù)工程實際情況與施工方的要求，在確保小時強度的前提下，適當延長凝結時間，盡可能留有較充裕的混凝土澆筑、抹平等操作時間。1．3．4防凍劑　　冬季施工，最低環(huán)境溫度不超過-10℃時，選用石家莊市功能建材有限公司生產(chǎn)的GD一1型非早強性防：東劑，摻量2．5% ，與SFP一Ⅱ共同加入，不導致凝結時間和坍落度的明顯變化。由于SFP一Ⅳ有足夠的早強、增強與促凝性能，不主張在拌制混凝土時使用早強性防：東劑。如施工條件許可，也可將GD一1制備成液態(tài)防凍劑，在現(xiàn)場與SFP—lV共同加入。1．3．5 SFP—V解凝劑　　SFP—V含有專用緩凝與解凝組分，可以使SFP—lV的促凝增強作用中止或破壞，有效防止殘留罐內(nèi)的混凝土粘罐、結壁。1．4混凝土工作性能　　根據(jù)試驗室試驗及現(xiàn)場施工的經(jīng)驗教訓，提出依施工季節(jié)不同所使用的混凝土工作性能控制指標，如表3所列。混凝土攪拌機的卸出料稱為新拌混凝土，運至工地加入SFP—lV促凝增強劑后稱為現(xiàn)場混凝土。在環(huán)境溫度條件下，新拌混凝土坍落度、凝結時間應大于表中數(shù)值：現(xiàn)場混凝土坍落度、初凝時間應大于表中數(shù)值，終凝時間應小于表中數(shù)值?！　　?P align=center>

1．5混凝土的力學性能　　使用如表4的混凝土配合比，正定中砂，Mx2．66：鹿泉碎石，粒徑5mm～31．5mm。C01是倉安路冬施用混凝土，Z01是試驗室為中山路工程試配的配合比，Z02是中山路工程春季施工的實用混凝土?；炷亮W性能列于表5，其中4．8及4．1 1兩編號混凝土為該日期的現(xiàn)場混凝土。結果表明，6h抗壓強度可達31．7 MPa，抗折強度可達4．2MPa；當要求4h抗折強度達4 MPa以上時，應適當降低W／B，增加SFP一Ⅳ用量，將現(xiàn)場混凝土初凝時間調至20 min～30min。2 快速修補商品混凝土的制備與運輸　　2．1攪拌站用于制備道橋快速修補混凝土的所有設備，包括水泥散裝車、水泥儲倉、螺旋輸送機、攪拌機、攪拌運輸車等，均須予先清掃或清洗干凈，避免特種水泥膠結材料與普通水泥混放，避免該特種混凝土與普通混凝土混雜。不得使用清洗普通混凝土運輸車后的高堿性水清洗裝運該特種混凝土的運輸車?！　?．2計量準確，特別是SFP一1緩凝泵送劑的加入量不得少加?！　?．3根據(jù)施工現(xiàn)場通知的混凝土開始澆筑時間，確定該特種混凝土的開始拌制時間，不得提前進行，防止所拌混凝土長時間在車內(nèi)存留?！　?．4發(fā)往現(xiàn)場的攪拌運輸車應保持一定的時間間隔，避免現(xiàn)場壓車，每1 0 min～1 5 min發(fā)一輛車?！　?．5攪拌運輸車上應攜帶液態(tài)SFP一Ⅱ，當運距較長或市區(qū)塞車時，中途應對車內(nèi)混凝土進行檢查，發(fā)現(xiàn)混凝土坍落度明顯變小、有凝結趨勢時，必須立即卒力口SFP一Ⅱ?！　?．6攪拌運輸車到達現(xiàn)場后，由工程技術人員親自上車、用手電照明、檢查罐內(nèi)混凝土干稀情況，確定應先加SFP一Ⅱ緩凝泵送劑以增大坍落度還是可以直接加入SFP一Ⅳ 促凝增強劑。這對于首次制備和應用該特種混凝土的場合，是十分必要的經(jīng)過第1～3車的運輸時間統(tǒng)計和工作性能調整后，很快就會進入穩(wěn)定狀態(tài)，易于掌握?！　?．7運輸車卸完料后，由專人往空車內(nèi)加入5kgSFP—V 液態(tài)解凝劑，以防止殘留混凝土結壁。然后，方許可返回攪拌站、繼續(xù)運料?！　?．8每班檢驗一次所拌混凝土初始坍落度、60min坍落度，每2班檢驗一次混凝土的4h、6h及1 d抗壓強度。3 快速修補混凝土施工技術3．1調凝與卸料　　① 使運輸車在澆筑現(xiàn)場就位，由專人加入規(guī)定量的SFP—IV促凝增強劑，快速攪拌3min，即開始卸料?！　、?前一車混凝土卸完開離現(xiàn)場，后一車混凝土即行就位。不允許在運輸車就位前加入SFP—IV?！　、圻\輸車應攜帶卸料加長裝置，盡可能使卸料點合理分布，利于節(jié)省人力、快速澆筑。　?、?加入SFP—IV后的混凝土，必須在10 min之內(nèi)將料卸完。不管什么原因，均不得延緩卸料時間。3.2混凝土澆筑　?、?施工方必須嚴密組織隊伍，確保每車運載的混凝土能在10 min之內(nèi)完成澆筑，以確保下一車混凝土能按時卸料和連續(xù)澆筑?！　、?混凝土攤鋪完成后，如仍為大流動性狀態(tài)，可用方木刮杠迅速刮平；如已開始凝結變稠，應用平板振搗器或木抹子迅速找平?！　、?混凝土初凝前，或混凝土表面明水失去時，進行表面壓痕或拉毛操作。3．3養(yǎng)護　?、僖阑炷翝仓南群蟠涡?，逐塊進行壓痕或拉毛操作，一旦完成，立即覆蓋塑料薄膜保水養(yǎng)護；不允許等待全部表面拉毛后才開始覆蓋塑料薄膜。因為該特種混凝土初凝完成后很快終凝，水化熱早期形成量大、混凝土內(nèi)部溫升高、表面水分急劇蒸發(fā)；加之夜間施工，與環(huán)境溫差較大，如養(yǎng)護不及時，易于產(chǎn)生表面龜裂。　?、?單項工程澆筑完成后，應灑水養(yǎng)護至開放交通時，保持混凝土表面潤濕：如有條件，可蓄水養(yǎng)護。冬施時，采取“薄膜一草柵一薄膜一草柵”雙層保水、保溫聯(lián)合養(yǎng)護。3．4切縫　　當搶修搶建混凝土路段較長、設計要求切縫處理時，可在混凝土終凝后1．5h進行。4工程應用　　石家莊市勝利大街倉安路地道橋東西引道原為普通混凝土路面，東段長約80m，西段長約300m。數(shù)年前，在該段路面進行排水管道施工，回填土后，沒有澆筑混凝土，而代之以鋪設便道磚。因車流量大，經(jīng)長期輾壓，引道局部坍陷，多處凸凹不平，便道磚缺棱掉角、開裂嚴重，致使引道東西兩端順接段都有不同程度的破損。平時多有塞車現(xiàn)象，市民反映較大，政府限期治理。2005年2月4日20：00開始，對橋下東引道部分封閉交通，破除便道磚路面，立即將垃圾清除外運：然后，用蛙式打夯機對槽底進行夯實找平。開槽面積為80m*2．6m，槽深200mm。5日0：00開始澆筑如表4所列C01道橋快速修補防東商品混凝土，實現(xiàn)4h開放交通?！　≈猩铰肥秦灤┦仪f市區(qū)東西向的主干道，兩側商廈、酒樓林立，政府機關、花園廣場毗連，平時車流擁擠、人群不斷，是標準的鬧市區(qū)，常被稱為展示省會形象的重要窗口。該路建于建國初期，由于當時設計標準較低和超期服役，機動車道和公交站臺前混凝土路面存在地基下沉、路面斷裂、翹起錯臺等嚴重問題。站臺整修工程方案是首先利用水泥灌漿加固地基，然后創(chuàng)除舊混凝土路面，開槽尺寸為80m*4m，槽深250 rrn；立即將垃圾清除外運，用軋路機對槽底壓實，鋪上予制的鋼筋網(wǎng)，再澆筑道橋快速修補混凝土：運行數(shù)天后，用添加聚酯纖維的瀝青混凝土進行整體罩面。共整修站臺13個，每個施工面積320m2，夜間施工，同時澆筑2個，需混凝土160m3。為了把對交通秩序和環(huán)境衛(wèi)生的影響降到最低，確定4月7日～1 3日間，局部斷交，20：00開始創(chuàng)除舊路面，0：00達到混凝土澆筑條件，使用表4所列Z02商品混凝土，2h內(nèi)完成單個站臺混凝土施工。設計、材料、混凝土商及施工單位多方配合，實現(xiàn)6h開放交通?！　〉罉蚩焖傩扪a商品混凝土由河北大山建材有限公司及河北中建工程有限公司提供，由石家莊市功能建材有限公司提供技術服務。兩工程經(jīng)歷不同的施工季節(jié)，單項工程施工面積達320m2，共施工4500m2，使用該特種商品混凝土近1 000m3，達到預期效果，受到上級與市民的好評。5結論　　① 利用以快硬硫鋁酸鹽水泥為主要組分的膠結材料及SFP一Ⅱ低坍損緩凝泵送劑、SFP一Ⅳ促凝增強劑、SFP—V解凝劑，實現(xiàn)了道橋快速修補混凝土的商品化。該技術的開發(fā)，完成了水泥基道橋快速修補材料因快凝快硬由以往的現(xiàn)場拌制混凝土、一次性施工面積較小到制備商品混凝土、可以進行較大面積施工的轉變?！　、?石家莊市倉安路與中山路公交站臺混凝土路面大修工程應用道橋快速修補商品混凝土近1000m3，施工面積4500m2；倉安路混凝土4h抗壓強度達28．6MPa，抗折強度達3．8MPa：中山路混凝土6h抗壓強度達29．4MPa，抗折強度達4．1MPa；分別實現(xiàn)了4h或6h開放交通?！　、?根據(jù)道橋快速修補商品混凝土特性，結合工程實際提出的混凝土制備與施工技術，具有較強的針對性和可操作性，方便、快捷，省工、省力，切實可行，利于防止快凝快硬導致的運輸與施工事故，利于防止表面龜裂，保證工程質量。　?、?道橋快速修補商品混凝土技術，對于大中城市市區(qū)混凝土路面及混凝土公路、橋梁的搶修、搶建，特別是在搶修工程面積較大、混凝土用量較多時，可以縮短施工斷交時間，減小環(huán)境污染，經(jīng)濟效益與社會效益顯著，具有良好的推廣應用前景。

原作者：李乃珍謝敬坦金治峰馮建東魏亞輝方俊秀范小響