水固比對(duì)修復(fù)王薄層修補(bǔ)材料性能的影響

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水泥混凝土結(jié)構(gòu)具有強(qiáng)度高、剛度大、承載能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在重載交通的高速公路、橋梁、機(jī)場(chǎng)道路等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。然而，在長(zhǎng)期輪載、鹽凍剝蝕和碳化等因素作用下，水泥混凝土路面表面會(huì)出現(xiàn)網(wǎng)裂、起皮、剝落、露骨、坑槽等表面破損，并可能進(jìn)一步發(fā)展成裂縫、斷板甚至破碎板，影響路面結(jié)構(gòu)承載能力和通行安全。

超快硬混凝土修復(fù)王材料屬于磷酸鹽修補(bǔ)材料，其早期強(qiáng)度高，后期強(qiáng)度持續(xù)發(fā)展，粘結(jié)性能和抗裂性能高；此外，修復(fù)王材料與水泥混凝土的彈性模量和熱膨脹系數(shù)接近，匹配性要顯著優(yōu)于有機(jī)聚合物材料。

本文主要分析水固比對(duì)修復(fù)王薄層型材料的工作性、凝結(jié)時(shí)間、水化熱、抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度等性能的影響。

一、試驗(yàn)原材料及試驗(yàn)方法

（一）試驗(yàn)原材料

1、超快硬混凝土修復(fù)王：試驗(yàn)選用修復(fù)王薄層型材料，分A、B兩組，按照重量比為1：1的比例組成；修復(fù)王材料配合比見(jiàn)表1。

2、水：自來(lái)水。

（二）使用試驗(yàn)方法

1、流動(dòng)性試驗(yàn)：流動(dòng)度為料漿在邊長(zhǎng)為600mm的玻璃板上的自由擴(kuò)展度大小，流動(dòng)性試驗(yàn)見(jiàn)圖1。

2、凝結(jié)時(shí)間試驗(yàn)：參考《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢驗(yàn)方法》（GB/T 1346-2011）的試驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)定。

3、水化熱試驗(yàn)：將溫度計(jì)插入攪拌好的料漿中，從加水時(shí)間開(kāi)始觀測(cè)并記錄溫度計(jì)顯示的數(shù)值。

4、力學(xué)性能試驗(yàn)：抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度按照《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》（GB/T 17671-1999）的試驗(yàn)方法進(jìn)行測(cè)試。

二、試驗(yàn)結(jié)果與分析

（一）水固比對(duì)拌合物性能的影響

水固比對(duì)拌合物的工作性和凝結(jié)時(shí)間的影響見(jiàn)表1。結(jié)果顯示：隨著水固比提高，料漿擴(kuò)展度明顯增加，初凝時(shí)間略有延長(zhǎng)，水固比對(duì)初凝時(shí)間的影響較??；當(dāng)水固比較低時(shí)，擴(kuò)展度增長(zhǎng)速率快，當(dāng)水固比大于10%時(shí)，隨著用水量繼續(xù)增加，擴(kuò)展度增長(zhǎng)速度逐漸減緩，并趨于穩(wěn)定；當(dāng)水固比為10%時(shí)，料漿擴(kuò)展度已達(dá)到300mm，工作性好，料漿表面有少許黑色物質(zhì)析出，見(jiàn)圖1，后續(xù)的抹面作業(yè)可消除表面黑點(diǎn)。在實(shí)際工程應(yīng)用中，應(yīng)在材料初凝前不斷抹面，消除表層氣泡，確保表面密實(shí)。

表1 修復(fù)王材料配合比及拌合物性能

圖1 流動(dòng)性試驗(yàn)

（二）水固比對(duì)水化熱的影響

水固比對(duì)修復(fù)王材料水化熱的影響見(jiàn)圖2，由圖可看出，隨著齡期增長(zhǎng)，料漿內(nèi)部溫度先快速上升，在50min左右達(dá)到最高值，然后逐漸下降，180min分鐘后，料漿內(nèi)部溫度接近室溫。內(nèi)部水化熱隨著水固比的增加呈先上升后下降的趨勢(shì)，當(dāng)水固比為10%時(shí)，料漿內(nèi)部水化熱溫度最高，在50min時(shí)，內(nèi)部溫度高達(dá)63℃，這可能是因?yàn)楫?dāng)水固比提高時(shí)，增加了修復(fù)王材料溶解物質(zhì)的含量，加速了其反應(yīng)速度；隨著水固比進(jìn)一步上升，由于水的比熱容很大，未參與反應(yīng)的水會(huì)吸收部分水化熱。

圖2 水固比對(duì)水化熱的影響

（三）水固比對(duì)力學(xué)性能的影響

水固比對(duì)修復(fù)王材料抗折強(qiáng)度的影響見(jiàn)圖3，結(jié)果顯示，隨著水固比的不斷增大，材料1h、1d和7d抗折強(qiáng)度均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，主要是因?yàn)樗瘫忍岣?，材料?nèi)部未水化的水分含量增加，試塊空隙率增大，從而降低了試塊的抗折強(qiáng)度，且當(dāng)水固比過(guò)大時(shí)，由試塊折斷的截面可以看出，材料出現(xiàn)了明顯的離析現(xiàn)象。當(dāng)水固比為10%時(shí)，材料仍具有很高的抗折強(qiáng)度，其1h、1d和7d的抗折強(qiáng)度分別為5.0MPa、8.7MPa和9.6MPa。

水固比對(duì)修復(fù)王材料抗壓強(qiáng)度的影響見(jiàn)圖4，結(jié)果表明，當(dāng)水固比增加時(shí)，材料1h抗壓強(qiáng)度不斷下降，1d和7d抗壓強(qiáng)度呈先下降后上升再下降的趨勢(shì)，且分別在9%和8%時(shí)，達(dá)到最大值。這主要是由于當(dāng)水固比增加時(shí)，試塊密實(shí)度降低，1h抗壓強(qiáng)度也逐漸減小；當(dāng)水固比較低時(shí)，隨著齡期的推移，內(nèi)部水分為持續(xù)的水化反應(yīng)提供了必要的濕度條件，內(nèi)部含水量大的試塊在1d和7d的水化反應(yīng)程度更高，水化產(chǎn)物也更多；但當(dāng)水固比達(dá)到一定臨界值時(shí)，過(guò)多的水大幅降低了試塊密實(shí)程度。當(dāng)水固比為10%時(shí)，材料1h抗壓強(qiáng)度達(dá)到33.8MPa，7d抗壓強(qiáng)度為54.7MPa，仍可滿足修補(bǔ)材料的強(qiáng)度要求。

由圖5可知，修復(fù)王材料的壓折比隨著用水量提高，呈先上升后下降趨勢(shì)；壓折比大小范圍在4～7之間，明顯低于普通水泥混凝土或水泥砂漿，說(shuō)明其具有優(yōu)異的柔韌性、抗開(kāi)裂性能和抗沖擊能力，適合用于水泥混凝土路面的薄層修補(bǔ)工程。

圖3 水固比對(duì)抗折強(qiáng)度的影響

圖4 水固比對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響

圖5 水固比對(duì)壓折比的影響

三、結(jié)語(yǔ)

隨著水固比不斷增加，修復(fù)王材料的流動(dòng)性顯著提高，初凝時(shí)間略有延長(zhǎng)，早期水化熱呈先上升后下降的趨勢(shì)；修復(fù)王材料抗折強(qiáng)度與水固比成反比，抗壓強(qiáng)度隨著水固比的提高呈先下降后上升再逐漸下降的趨勢(shì)。當(dāng)水固比為10%時(shí)，修復(fù)王材料可自流平，同時(shí)其抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度仍保持在較高水平，可滿足水泥混凝土道面薄層修補(bǔ)的要求。