超快速修补砂浆

来源：发表时间2019-04-23 21:51:44 点击：

0、引言
机场跑道、桥梁、道路、地铁管片和厂房地坪等结构主材大多为水泥混凝土材料，在生产、运输和使用过程中难免会造成一些缺陷和破坏，需要维护和维修，比如在断裂面、破损的部位用修补砂浆进行修补。因作业环境苛刻、维修工期紧等特殊情况要求，对修补材料的要求也愈来愈高，不仅需要快速硬化，还要有较高的承载能力和优异的耐久性能，因此研究开发高性能的超快速修补砂浆具有重要的社会和经济意义。
1、超快速修补砂浆需解决的技术问题
修补或加固改造工程通常是工期紧、工程量大、要求高，因此要求修补材料不仅具有良好的力学性能、粘接性能、抗冻性能和施工性能，还要具备快速硬化且不速凝的特性，以及对材料体积稳定性的控制。高性能超快速修补砂浆需要解决以下关键技术。
1.1快凝而不速凝
为满足道路交通路面快速维修的需求，进一步缩短高速公路、机场跑道修复时的交通封闭时间；预制管片表面麻点、蜂窝等缺陷，需要快凝早强并且较长的可操作性。因此快速修补砂浆必须具有快硬而不速凝，即具有良好的施工和易性和施工时间，同时具有快速硬化及超早强功能。
1.2较强的界面粘结力
研究表明大部分混凝土修补在很短时间内二次破坏的原因是新旧混凝土或者砂浆在界面处破坏导致修补失败。新旧混凝土在界面100-200微米过渡区是界面最薄弱层，该层富含气孔、裂缝以及水泥反应生成的粗大晶体，此部位粘接差是修补失败的主要原因之一。修补材料与旧混凝土或砂浆界面是否能保持良好的粘结直接决定着修补效果。
超快速修补材料在几个小时已经基本水化完全，由于反应较快，水化所生产的C-S-H凝胶、钙钒石以及Ca（OH）2晶体聚集在界面处，和基层粘接较差。要增强修补砂浆和基层的粘接性能，必须建立聚合物的交联技术，并调整快速早强修补砂浆和混凝土的膨胀系数使其相统一，从而实现二者在界面的高粘接性能，提高修补材料的耐久性。
1.3良好的工作性能
良好的工作性能是保证快速修补材料能否成功的重要因素，快速修补材料的工作性能主要包括：材料的可操作时间、材料的和易性、流动度、粘聚性和保水性等。为获取良好的工作性能，需对材料级配进行优化，使用高效减水剂、保水剂、消泡剂等。
1.4 收缩性能
快速修补材料的收缩性直接影响到界面的粘结性。修补材料使用时其基层混凝土已经完成了收缩，但是修补材料才刚开始收缩，所以在修补界面会产生剪切力和拉应力。在外力作用的影响下，修补界面可能会出现二次破坏，所以在满足其它性能的前提下，应该尽量减小修补材料的收缩，修补材料最好具有比旧基层混凝土更低的收缩率，甚至可以产生轻微的膨胀性。这样的修补材料才能产生理想的界面粘结性能，提高修补的质量和效率。
1.5 耐久性能
力学性能是材料的基本性能，随着人们对结构寿命要求的提高，耐久性能愈来愈受到重视。因超快速修补材料硬化快，后期强度的增长，以及后期强度的倒缩为研究者所担忧。如何解决后期强度持续增长，是推广超快速修补材料的一个重要设计因素。
1.6 环保性
从环保的角度考虑，提倡使用绿色环保材料，只有绿色环保的材料才适合发展趋势，才能被广泛的推广应用，聚合物材料符合绿色环保的理念和发展趋势。
2、超快速修补砂浆研究的主要思路
2.1胶凝材料体系
由快速修补改造工程要求可知，聚合物快速修补砂浆必须具有快硬而不速凝，小时强度高，粘接性能好等特点，因此，研究过程中通过添加铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、磷酸盐水泥，其水化获得较高的小时强度，并依靠硅酸盐水泥的持续水化保证后期强度的增长，利用粉煤灰、矿粉、硅灰等矿物掺合料起填充效应、增强效应和增缩效应，通过氧化钙类膨胀剂与聚合物胶粉协同作用调控修补砂浆的线膨胀系数，以提高其粘接性和耐久性。
2.2外加剂选择
通过调控水泥水化抑制剂（控制快速修补砂浆凝结硬化时间，以满足工程施工要求）和水泥水化硬化剂（使快速修补砂浆快速凝结硬化）的措施，解决了修补材料水化硬化过程既要缓凝又要快硬早强的对立矛盾，实现了缓凝与超早强的和谐统一，通过利用高效减水剂、抗裂纤维、增稠保水组分等，优化快速修补砂浆的施工和易性及抗裂性能。
2.3 耐久性能
为了增强快速修补砂浆的耐久性，需要解决修补砂浆收缩和膨胀的矛盾，通过添加石膏、膨胀剂等组分，使其尺寸稳定性在一个合理的范围内。快速修补砂浆和基层混凝土之间较高的粘接性能，不是简单的通过添加聚合物乳液就可以解决的，还需要通过选择新型的膨胀剂，调整修补砂浆和普通混凝土膨胀系数相统一，从而实现二者的高粘接性能和耐久性能。
3、超快速修补砂浆基准配合比及性能
根据修补砂浆的研究思路，我司配制的超快速修补材料，其基准配合比如下：