高强水泥路面修补快硬早强水泥在道路快速修补中的应用研究

导读徐紫祎王渊何锐长安大学材料科学与工程学院陕西交控市政路桥集团有限公司摘要：随着我国交通量的急剧增加，水泥混凝土路面会出现不同程度的损坏，若不及时进行修补，破....徐紫 祎王渊 何锐长安大学材料科学与工程学院 陕西交控市政路桥集团有限公司

摘 要：随着我国交通量的急剧增加，水泥混凝土路面会出现不同程度的损坏，若不及时进行修补，破坏情况会日益严重，造成巨大交通压力。因此，水泥混凝土路面快速修补对道路工程以及行车安全都有着重要意义。目前境内外开发的道路工程快速修补材料种类繁多，不同材料的修补原理和适用条件不同。基于此，对常用的道路工程快速修补材料进行分类，在此基础上梳理了道路修补工程对快速修补材料的技术要求，提出快硬早强型特种水泥在众多的道路快速修补材料中的优势，总结其水化机理，并结合境内外现有应用实例，探讨快硬早强型特种水泥作为道路快速修补材料存在的问题及未来发展趋势，旨在为快硬早强水泥的高效利用和深入研究提供借鉴和参考。

关键词：水泥混凝土路面;路面损坏;快速修补材料;快硬早强型水泥;水化机理;

基金：陕西省创新人才推进计划项目，项目编号2020KJXX-043;陕西省交通科技项目，项目编号20-22K;

截止到2020年年底，全国公路通车总里程达519.81万km, 位居世界第一[1]。水泥混凝土路面因具有强度高、寿命长、稳定性好等特点，被广泛应用在公路、城市道路和机场跑道中。然而，由于环境和交通荷载的综合影响，水泥混凝土路面会出现不同程度的破坏，主要表现为表面裂缝、坑槽与孔洞、松散、脱空和唧泥等，如果修补不及时，破坏情况会日益严重，甚至会导致整条道路的瘫痪，因此水泥混凝土路面破损处应及时进行修补。在修补材料的选择上，一方面要求能及时开放交通，减缓交通压力，然而普通硅酸盐水泥养护时间长，强度增长缓慢，需要长时间封闭道路；另一方面要求修补材料自身的力学性能优良，与旧混凝土的黏结强度高，但普通硅酸盐水泥黏结力差、后期收缩大，甚至会造成二次破坏[2],不符合现代交通对道路工程快速修补材料的要求。

目前境内外开发的道路快速修补材料种类繁多，根据胶结材料的性能可分为无机水泥类修补材料、有机聚合物类修补材料和无机有机复合类修补材料[3]。相比有机类和无机有机复合类，无机类修补材料与旧混凝土的相容性好，经济性高，对环境友好。其中，快硬早强型特种水泥又因其强度发展迅速、工艺简单受到广泛研究和应用。目前常见的快硬早强型特种水泥主要有快硬硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、磷酸镁水泥、高铝水泥和偏高岭土地聚物等，其各自组成成分、水化机理和适用范围不同，不同的环境条件中对修补材料的技术要求也不同。

基于此，本文以介绍目前常用的快速修补材料为出发点，提出道路快速修补工程中对修补材料的技术要求，分析快硬早强型特种水泥的水化机理，并结合现有应用实例，提出快硬早强型特种水泥存在的问题和未来发展趋势，对快硬早强型特种水泥在道路修补中的应用机理和应用现状做出综合性阐述，旨在为快硬早强水泥的高效利用和深入研究提供借鉴和参考。

1 快速修补材料概述1.1快速修补材料分类1.1.1无机水泥类

无机水泥类快速修补材料的绝大部分组成材料是水硬性胶凝材料，制备技术可以概括为以下3种：第一种是利用快硬早强型特种水泥与骨料配制成快硬早强型特种水泥修补砂浆(混凝土);第二种是在普通硅酸盐水泥中加入早强剂、减水剂和引气剂等外加剂，制成快速修补剂；第三种是在混凝土中加入纤维，制成纤维混凝土。无机水泥类快速修补材料成本较低、施工方便、与旧混凝土性能一致、修补材料的早期强度形成较快，但也存在后期强度易倒缩、新老混凝土黏结强度低等缺点。

(1)快硬早强型特种水泥修补砂浆(混凝土)。

相对于普通硅酸盐水泥，特种水泥是指具有独特性能、能发挥特殊作用的水泥。目前常用在道路快速修补工程中的特种水泥主要有快硬硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥(Sulphate Aluminate Cement, 简称SAC)、磷酸镁水泥(Magnesium Phosphate Cement, 简称MPC)、高铝水泥和偏高岭土地聚物。快硬硅酸盐水泥能在短时间内凝结硬化、早期强度高，但其收缩大、新老混凝土黏结强度低，主要用在抢修工程中。SAC除具有快硬早强的特征外，还有一定的膨胀性，且抗冻性和低温硬化性能优良，可用于冬季施工工程[4]。MPC用作道路修补材料是近年来比较热门的话题，其早期强度高，与旧混凝土黏结力强，相容性好[5],被广泛应用于城市主干道、高速公路破损路面的快速抢修。然而，这种材料价格昂贵，且脆性大，容易造成横纵向裂缝和板底断裂。高铝水泥是比较典型的快硬早强型水泥，具有快硬、高强、耐腐蚀、耐热的特性[6],但不能用在碱性环境，也不宜与其他水泥共同使用，常用在紧急抢修工程。偏高岭土地聚物是一种高活性矿物掺合料，加入到混凝土中能显著提高混凝土的强度和耐化学腐蚀性能，未来发展前景广阔。

(2)快速修补剂修补材料。

快速修补剂修补材料是在普通水泥混凝土中加入适量的快速修补剂，使混凝土达到快硬早强的目的。这类材料可通过调整组成成分达到高性能、低成本的效果。目前国内常见的快速修补剂的性能比较见表1。

表1 国内常见的快速修补剂 导出到EXCEL