俞　軍，崔玉寶

（1.上海市永達市政建設(shè)養(yǎng)護工程有限公司，上海市 200052；2.同濟大學(xué)道路與交通工程教育部重點實驗室，上海市 201804）

0　引言

隨著近年來我國經(jīng)濟的快速發(fā)展，城市機動車擁有量迅速增加，越來越多的超載、重交通作用于現(xiàn)有路面鋪裝上，使得路面鋪裝性能快速下降，出現(xiàn)眾多病害，影響道路正常使用。路面封閉交通維修對交通影響大，因此路面鋪裝的快速維修越來越受到重視，要實現(xiàn)“快速”，主要有兩個途徑：一是采用預(yù)制工藝，簡化路面現(xiàn)場的施工工序；二是使用能夠快速形成強度的材料，縮短封閉交通養(yǎng)生的時間[1]。超快硬水泥混凝土具有快硬、早強的特點[2]，因此相較一般路面修補材料具有更大的優(yōu)勢。尤其是在水泥混凝土路面大面積破壞時，相較瀝青、樹脂等有機類修復(fù)材料，水泥混凝土的修復(fù)效果更好[3]。但針對適用于路面快修的超快硬水泥混凝土性能及指標并未有特別規(guī)定，只是仍沿用道路用硅酸鹽水泥規(guī)范。

1　常見路面快速修補料介紹

1.1　普通水泥混凝土和砂漿

對于水泥混凝土路面的破損，國內(nèi)最早采用的方法就是破除已損壞的水泥混凝土路面，然后澆筑與老路標號相同或更高的混凝土。該方法雖然承載力可以滿足要求，但普通水泥混凝土強度增長慢，養(yǎng)護時間一般在28 d，施工周期長，不能滿足白天開放交通的要求[4]。

1.2　瀝青混凝土

早期我國對瀝青混凝土路面的修復(fù)主要采用原路面配合比的瀝青混凝土或者采用瀝青灌入式面層修補[5]。部分水泥混凝土路面也有采用瀝青混凝土修復(fù)的經(jīng)驗。雖然使用瀝青混泥土修復(fù)路面施工周期短，可以滿足時間要求，但瀝青混凝土存在強度低、對溫度要求高等缺點，對于破壞嚴重的路段并不能完全滿足修復(fù)要求。

1.3　超快硬水泥混凝土

超快硬水泥混凝土除具有普通水泥混凝土的一般特性外，還具有可塑性好、泌水性佳以及快速使用的特點。一般是以硅酸鹽水泥和適量磨細的石膏為主要成分，通過添加一定的外加劑進行改性制成。能夠調(diào)節(jié)水泥的早期強度和凝結(jié)時間，從而實現(xiàn)路面的快速修復(fù)。缺點是干縮大，施工過程和養(yǎng)護過程中產(chǎn)生水化熱，對養(yǎng)護條件要求高。與普通水泥混凝土和瀝青混凝土相比，超快硬水泥混凝土更適用于路面的快修。

2　超快硬水泥混凝土性能試驗

超快硬水泥混凝土適用于路面快速維修，主要是由于其具有形成強度快、早期強度高的特點，應(yīng)對其強度指標嚴格把控。同時，超快硬水泥混凝土凝結(jié)時間快，應(yīng)合理調(diào)節(jié)水灰比和硬化時間，滿足混凝土的機械化施工要求。試驗選取了一種C50超快硬水泥混凝土進行強度試驗及施工和易性試驗，并根據(jù)實鋪試驗段測定了其路用性能。

材料采用上海某公司產(chǎn)的水泥混凝土，水泥規(guī)格為P·Ⅱ52.5R，砂為中砂，骨料為5～20 mm碎石，外加減水劑。水泥混凝土各原材料配合比及用量見表1。

表1　C50超快硬水泥混凝土配合比

2.1　強度試驗

按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標準》（GB/T 50081—2002）[6]的規(guī)定，采用 15 cm×15 cm×15 cm的立方體標準試件進行了抗壓強度試驗，分別測定了C50超快硬水泥混凝土在標準養(yǎng)護條件（溫度20℃±2℃，濕度95%以上）下養(yǎng)護2 h、3 h、6 h、1 d、7 d、28 d的抗壓強度。試驗結(jié)果見表 2。

表2　C50水泥混凝土抗壓強度測試結(jié)果

同時，按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標準》的規(guī)定，采用15 cm×15 cm×60 cm的棱柱體標準試件，分別測定了C50超快硬水泥混凝土在標準養(yǎng)護條件下養(yǎng)護3 h、1 d、7 d、28 d的抗折強度。試驗結(jié)果見表3。

表3　C50水泥混凝土抗折強度測試結(jié)果

通過試驗結(jié)果可以看出，超快硬水泥混凝土在3 h即可達到抗壓及抗折強度的一半，7 d可以達到28 d強度的80%以上，具有明顯早期強度高的特點。

利用M TS材料試驗機，通過正弦波加載高低應(yīng)力模擬實際路面的疲勞受力狀況進行疲勞試驗，加載方式采用四點彎曲，加載頻率取10 H z，相當于車輛運行速度為60 km/h時所產(chǎn)生正弦波的頻率。試驗及試驗結(jié)果如圖1和表4所示。

圖1　C50水泥混凝土四點彎曲疲勞試驗

表4　C50水泥混凝土疲勞試驗結(jié)果

從C50水泥混凝土疲勞試驗結(jié)果看，C50超快硬混凝土的抗疲勞性能良好，應(yīng)力比為0.42時的疲勞次數(shù)達到66 760，但是也可以看出隨著應(yīng)力比的增加，疲勞壽命急速降低，在應(yīng)力比為0.7時達到241次，說明C50超快硬混凝土雖然強度大，和其他普通混凝土一樣有著相同的問題——內(nèi)部存在大量的缺陷，在高應(yīng)力荷載循環(huán)下內(nèi)部缺陷發(fā)展迅速，因此施工時要特別注意混凝土的養(yǎng)生。

2.2　施工和易性試驗

除了強度之外，施工和易性是影響水泥混凝土性質(zhì)的重要參數(shù)，尤其是對硬化快的超快硬水泥混凝土而言。本節(jié)從初凝時間和坍落度兩方面評定超快硬水泥混凝土的施工和易性。

水泥的凝結(jié)時間有初凝和終凝之分，初凝時間是指從水泥加水到開始失去塑性的時間，而終凝時間是指從加水到完全失去塑性的時間。水泥的初凝時間影響了水泥混凝土的施工和易性，初凝時間過短則無法滿足施工要求。按照《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》（GB/T 50080—2002）[7]中規(guī)定的試驗方法對C50超快硬水泥混凝土進行了初凝時間和坍落度的測定。試驗結(jié)果見表5。

表5　C50水泥混凝土施工和易性測試結(jié)果

通過試驗結(jié)果可以看出，C50超快硬水泥混凝土測定初凝時間大于90 min，坍落度在（180±30）mm范圍內(nèi)，能夠滿足施工和易性的要求。

2.3　路用性能測試

對水泥混凝土進行試鋪，進行了路用性能試驗。分別按照“擺式儀測定路面摩擦系數(shù)試驗方法”測定表面摩擦系數(shù)，按照“手工鋪砂法測定路面構(gòu)造深度試驗方法”測定構(gòu)造深度，按照“3 m直尺測定平整度試驗方法”測定路面平整度。試驗結(jié)果見表6。

表6　C50水泥混凝土路用性能測試結(jié)果

通過試驗結(jié)果可以看出，C50超快硬水泥混凝土路用性能一般，如不進行拋丸等處理，并不能滿足路面表層使用性能。

3　超快硬水泥混凝土性能控制指標

綜合上述試驗結(jié)果及相關(guān)規(guī)范，從強度、施工和易性以及路用性能三個方面提出了適用于路面快速修復(fù)的超快硬水泥混凝土性能控制指標，見表7，供工程參考。

表7　超快硬水泥混凝土性能控制指標

4　超快硬水泥混凝土實際應(yīng)用

長寧區(qū)雙流路道路設(shè)計為城市支路，路面寬14 m，雙流路（新漁東路—茅臺路）部分路段路面損壞嚴重。道路西側(cè)為公交車停車場，東側(cè)為環(huán)衛(wèi)所，車輛通行頻繁且均為重載車輛，由于重載交通以及高負荷交通運行，該路段路面板塊損壞嚴重，存在擁包、龜裂等現(xiàn)象，造成行車不舒適，存在安全隱患，亟須快速維修。

換填瀝青混凝土以及普通水泥混凝土+瀝青面層等常規(guī)維修方案不能滿足該路段的快速維修要求，因此采用C50超快硬水泥混凝土，實現(xiàn)快速施工。

為防止超快硬水泥混凝土在運輸過程中出現(xiàn)鑄罐，采用現(xiàn)場攪拌車攪拌的施工工藝，如圖2所示?，F(xiàn)場攪拌車設(shè)多個料倉，分別裝有粗細骨料、水泥、水及外加劑等。

圖2　現(xiàn)場攪拌車示意圖

現(xiàn)場攪拌車一般采用體積法計量，攪拌前對材料密度進行測試標定，各材料稱量完畢后通過運輸帶輸送至攪拌設(shè)備中，加稱量好的水進行攪拌。攪拌設(shè)備采用螺旋式攪拌葉片。攪拌車參數(shù)見表8。

表8　現(xiàn)場攪拌車參數(shù)表

因道路通行需求，雙流路為雙向兩車道，不能實行全封閉施工，且白天車流量較大，必須保證雙向兩車道通行，因此只能采取夜間20：00至次日6：00施工。根據(jù)現(xiàn)場攪拌車的攪拌能力，配合施工人員，一個夜間可生產(chǎn)混凝土40～50 m3，可以完成200 m2的路面修復(fù)。最終歷時5個夜間施工，完成了面積837 m2的雙流路的道路修復(fù)。

5　結(jié)語

（1）相較普通水泥混凝土和瀝青混凝土，超快硬水泥混凝土形成強度快、早期強度高的特點使其更適用于路面快速維修。

（2）除了強度外，初凝時間和坍落度也是控制超快硬水泥混凝土施工質(zhì)量的重要指標，初凝時間過短會嚴重影響施工和易性，大大降低施工質(zhì)量。

（3）配備快速施工設(shè)備，超快硬水泥混凝土完全能夠短時間內(nèi)完成路面修復(fù)目標，改進施工工藝以及施工設(shè)備，形成一整套的快速施工體系，是今后應(yīng)著力研究的方向。