预置再生骨料混凝土在水泥混凝土路面修补工程中的研究应用.pdf

第 4 9卷第 2期 2 0 1 3年 2月 甘 肃 水 利 水 电 技 术 GAN S UW A T E R R E S OUR C E SA NDYII R OP OWE RT EC I t N OL OG Y Vo 1 4 9 No 2 F e b ， 2 0 1 3 设计与研究 预置再生骨料混凝土在水泥混凝土 路面修补工程中的研究应用 葛 磊 ， 郑建军 ， 周欣竹 ( 浙江工业大学 建筑工程 学院， 浙江 杭 州 3 1 0 0 1 4 ) 摘要： 通过试验分析水灰比、 再生粗骨料体积掺量和粉煤灰体积掺量对预置再生骨料混凝土抗压强度的影响。试验 结果表明， 预置再生骨料混凝土抗压强度随着养护龄期的增大而增大， 但随着灌浆浆体水灰比的增大而减小。再生 粗骨料体积掺量增加会增大混凝土的早期强度， 但会减小混凝土的后期强度。相比水泥砂浆， 水泥净浆作为灌浆浆 体会较 大影响预置再生骨料 混凝 土的强度 。使 用水泥粉煤灰浆制成 的混凝土 ， 前期 强度较低 ， 后期强度增长较快。 关键词： 预置再生骨料混凝土； 灌浆； 抗压强度； 路面修补工程 中图分类号： U 4 1 6 2 1 6 文献标志码 ： A 文章编号： 2 0 9 5 - 0 1 4 4 ( 2 0 1 3 ) 0 2 - 0 0 1 8 一 O 3 1 前言 水泥混凝土路面具有承载力高 、 稳定性好 、 抗侵 蚀能力强、 养护费用少和使用寿命长等优点 ， 但由于 设计 不合理 、 施工不 规范及 日益严 重 的超载 现象 ， 许 多水泥混凝土路面在没有达到设计使用年限时便产 生开裂 、 唧泥等现象 ， 进而形成坑洞坑槽 ， 如维修不 及时 ， 路面状况将加剧恶化 ， 严重影响行车安全 ， 容 易引发交通事故 。因此， 研究如何快速修复受损的 水泥混凝土路面 。 是当前迫切需要解决 的问题之一 。 目前 ， 国内外 学者 在 此方 面 已经 开 展 了一 定 的 研究 。S e e h r a 等人 系 统研究 了利用磷 酸镁 复合水 泥 基修补混凝土路面 ， 试验结果表明该技术可用 于路 面快速修补 ， 修补后 4 5 h达到开放交通 的要求 1 。 P e r a和 A mb r o i s e调查了不 同类型纤维对快速修补 混凝土的影响 克服 了快速修补混凝土 的脆性 问 题 2 。代晓妮等人利用 自行研制的复合功能掺合料 配制 出 2 4 h抗 折强 度 大于 3 5 MP a 、抗 压 强度 大 于 2 0 M P a的路面快速修补混凝土 ， 并对新老混凝土界 面黏结性能和抗冻性等进行了试验研究 3 。沈卫 国 等人将 抛填骨料工艺运用于水泥混凝土路面工程 中。 降低了混凝土水化热和收缩率 使得混凝土面板 早期开裂现象显著减少f 4 。虽然这些研究都取得 了 良好的效果， 但也存在着设备复杂、 维修成本高 的缺 点 ， 而且路面修补过程 中会产生大量废弃 的水泥混 凝土路面板 ， 若未经处理直接运往郊外堆放 ， 不仅 占 用土地资源。 而且会造成环境污染。 如果将这些废旧混凝土作为再生粗骨料 ，先放 入模板 中，再注入水泥砂浆来填充再生粗骨料之间 空 隙而 制成预 置再 生骨 料混凝 土 ，可 很好地 解决上 述问题。一方面预置骨料工艺不需要搅拌机，而且 混凝土成型过程中只需轻微振捣 ， 施工方便简单 ， 另 一 方面粗骨料可就地取材 ， 再生利用建筑垃圾 ， 减少 天然骨料的消耗 ，经济环保。考虑到 目前 国内外在 预置再 生骨料混 凝 土方 面 的研究 尚少 ，本文 在通过 试验分析了水灰 比、再生粗骨料体积掺量和粉煤灰 体积掺量对预置再生骨料混凝 土抗压强度 的影 响， 为预置再生骨料混凝土用于水泥混凝土道路修补提 供参考依据 。 2 原 材料 、 配合 比与试 验方 法 2 1 原材 料 本 论文 采用 浙 江钱 潮水 泥 厂 生产 的 P 0 4 2 5普 通硅酸盐水泥 ， 表观密度为 3 1 0 0 k Wm s 。 再生骨料来 源于杭州某拆除的旧房屋结构构件 ，原混凝土强度 等级为 C 3 0 经鄂式破碎机破碎 、 人工筛分 ， 获得粒 径在 9 5 2 6 5 mm之间、 富勒级配的再生骨料 5 3 其 表观密度为 2 5 9 5 k g m s ， 吸水率为 5 4 3 ， 压碎指标 为 1 7 4 3 。细骨料采用天然河砂 ，表观密度为 2 6 3 0 k g m s ， 为了保证 浆体在骨料间 的流动性 ， 砂 的最大 粒径不超过 2 3 6 mm。试验所采用的矿物掺合料为 云南宣威电厂生产的 I 级粉煤灰 表观密度为 2 5 0 0 收稿 日期 ： 2 0 1 3 一 O 1 2 7 基金项目： 浙江省 自然科学基金项目( Y1 2 E 0 8 0 1 1 4 ) 作者简介： 葛磊( 1 9 8 8 一 ) ， 男， 浙江舟山人 ， 硕士研究生， 研究方向： 混凝土材料耐久性。 1 8 2 0 1 3年第 2期 甘肃水利水 电技术 第 4 9卷 = 髓 曛 出 辐 水灰 比 图 3 灌浆浆体为水泥砂浆时混凝土抗压强度 3 2再 生粗 骨 料体 积 含量 对预 置再 生骨 料 混 凝土 抗压 强度 的影 响 试件 7 、 8和 5的养护龄期为 7 d和 2 8 d ，粗骨 料体积掺量分别为 3 5 、 4 0 和 4 5 时， 其结果如图 4所示 。当养护龄期为 7 d时 ， 随着再生粗骨料体积 掺量的增加 。 混凝土抗压强度稍有增长 ， 这要归 因于 在水化硬化早期 ， 再生粗骨料的强度大于水泥砂浆 的强度 ， 再生粗骨料体积掺量的增加使混凝土形成 了更紧密的空间网架结构 。 有助于混凝土强度 的增 长 ， 同时 ， 再生粗骨料较高的吸水性降低了水泥砂浆 的局部水灰比， 增大混凝土早期强度 。但 当养护龄 期为 2 8 d时，随着再生粗骨料体积掺量的增加 ， 混 凝土抗压强度反而降低 。这是 由于随着水化硬化龄 期延长 ， 水泥砂浆基体强度不断增大 ， 并逐渐超过再 生骨料的强度 ， 这时 ， 混凝土强度主要取决于混凝土 基体砂浆的强度 。 而再生粗骨料体积掺量的增加会 降低混凝土抗压强度。另外， 粗骨料体积含量越大 ， 薄弱的界面过度区越多 ， 尤其是再生粗骨料同时存 在着新 旧水泥砂浆 同样会降低混凝土强度。 3 5 40 4 5 再生粗骨料体积含量 图 4 再生粗骨料体积含量和养护龄期对抗压强度的影响 2 O 。_ 暑 毯 暇 趟 粉煤灰体积掺量 图 5 粉煤灰体积掺量和养护龄期对抗压强度 的影 响 3 3粉 煤灰 掺 量对 预 置 再 生 骨料 混 凝 土抗 压 强 度 的影响 试件 9 、 1 0和 1 1 测定了养护龄期为 7 d和 2 8 d 时不 同粉煤 灰掺量 下预 置再生 骨料 混凝 土 的抗 压强 度 。 其结果如图 5所示。由该图可见 ， 随着粉煤灰掺 量的增大 ， 混凝土抗压强度下降 ， 早期强度下降趋势 尤为明显。这是 由于粉煤灰的活性不如水泥 ，参加 水化反应的时间较晚。 当龄期从 7 d 增大到 2 8 d时 ， 掺 入 粉煤 灰 的预 置再 生 骨料 混 凝 土强 度 增 长很 快 ， 对于粉煤灰体积掺量 1 0 、 2 0 和 3 0 , 0 的混凝土 ， 强 度分别增长了 4 4 6 、 3 7 5 和 4 0 5 ， 而未掺粉煤灰 的混凝土强度仅增长 了 1 5 1 。主要原 因是随着水 化反应的进行 ， 粉煤灰的形态效应、 活性效应和微集 料效应被激发 。并且水泥粉煤灰浆液能渗入再生骨 料内部 ， 修补再生骨料的孔隙和裂纹， 起到了强化骨 料的作用。 4 结 论 本文通过研究得到以下主要结论 ： ( 1 ) 预 置再 生骨 料混 凝 土抗压 强度 随着 养护 龄 期 的增加而增大 但随着灌浆浆体水灰 比的提高而 下降 ； 相比水泥砂浆， 水泥净浆作为灌浆浆体具有更 好的流动性 但会降低预置再生骨料混凝土抗压强 度 。 ( 2 ) 再生粗骨料体积掺量的增加能提高预置再 生骨料混凝土的早期强度 ，但会降低混凝土的后期 强度。 ( 3 ) 预置再生骨料混凝土抗压强度随着粉煤灰 体积掺量的增大而减小 ，掺入粉煤灰的混凝土早期 强度较低 ， 后期强度增长较快 。 参考 文献 ： 1 S e e h r a S S ，G u p t a S ，K u ma r S R a p i d s e t t i n g m a g n e s i u m p h o s p h a t e c e me n t f o r q u i c k r e p a i r o f ( 下转 第 2 3页 ) 如 加 m O B d 罨 鞲 搐 第 2期 陈凯明 。 等 ： 柱状管水渗透系数计算 的数值方法 第 4 9卷 大到 1 x 1 0 4 1 r n m2 时 ， 水渗透系数急剧增大 ， 而 当截 面积大于 l x 1 0 4 7 r n m 2 时， 水渗透系数逐渐趋向平缓。 图 4还表明 ， 随着边数 Z的增大 ， 正多边形柱状管的 水渗透系数逐渐趋近于圆形柱状管的水渗透系数 ， 正四边形柱状管的水渗透系数约为圆形柱状管水渗 透系数的 9 0 ；正六边形柱状管的水渗透系数约为 圆形柱状管水渗透系数的 9 8 ：而正八边形柱状管 的水渗透系数几乎与圆形柱状管水渗透系数相等。 图 3 正多边形柱状管截面 多边形管截面积， 1 O n m 图4 水渗透系数与截面积之间的关系 4结论 ( 1 )提 出了柱状 管水渗 透系数计算 的数值 方 法 。 ( 2 ) 对 于椭圆形柱状管水渗透系数 ，本文数值 解与理论解 良好吻合。对于给定的截面积 水渗透 系数随着截面长细比的增大而减小 ：当圆形柱状管 半径从 5 0 n m增大到 1 0 0 n m时 水渗透系数急剧增 大 ， 而当半径大于 1 0 0 n m时 ， 水渗透系数逐渐趋 向 平缓。 ( 3 ) 对于正多边形柱状管 ， 随着边数 的增大 ， 水 渗透系数逐渐趋近于 圆形柱状管的水渗透系数 正 四边形柱状管的水渗透系数约为圆形柱状管水渗透 系数的 9 0 ， 当边数大于或等于 6时 ， 水渗透系数与 圆形柱状管的水渗透系数基本一致。 参考文献 ： L 1 J T u m i d a j s k i PL L i nB O nt h e v a l i d i t y o f theK a t z - T h o m p s o n e q u a ti o n f o r p e r me a b i li t i e s i n c o n c r e t e J C e m e n t a n d C o n c r e t e R e s e a r c h ， 1 9 9 8 ， 2 8 ( 5 ) ： 6 4 3 6 4 7 【 2 j C h r i s t e n s e n B J ， Ma s o n T 0， J e n n i n g s H M C o m p a r i s o n o f me a s u red a n d c a l c u l a t e d p e r me a b i l i t i e s f o r h a r d e n e d c e me n t p a s t e s J C e m e n t a n d C o n c ret e R e s e a r c h ， 1 9 9 6 ， 2 6( 9 ) ： 1 3 25 -1 33 4 3 C a r ma n P C P e rme a b il i t y o f s a t u r a t e d s a n d s ， s o il s a n d c l a y s J T h e J o u r n al o f A g ri c ult u r a l S c i e n c e ， 1 9 3 9 ， 2 9 ( 2 ) ： 2 6 3 27 3 4 X u P ， Y u B D e v e l o p i n g a n e w f o rm of p e rme a b i l i t y a n d K o z e n y C a r ma n c o n s t a n t for h o mo g e n e o u s p o r o u s me sa b y m e ans o f f r a c t al g e o m e t r y J A d v anc e s i n Wa t e r R e S O U r C e s ， 2 0 0 8 ， 3 1 ( 1 ) ： 7 4 8 1 5 周欣竹， 郑建军 ， 夏才安 硬化水泥石水渗透系数预测的 解析法E J 水力发电学报， 2 0 0 8 ， 2 7 ( 4 ) ： 1 1 6 1 2 0 6 3 P e y r e t R， T a y l o r T D C o m p u m ti o n al Me th o d s f o r F l u i d Flo w M N e w Yo r k ： S p r i n g e r - V e r l a g ， 1 9 8 3 7 C h o r i n A J A n u m e ri c a l me t h od fo r s o l v i n g i n c o m p r e s s i b l e v i s c o u s fl o w p r o b l e ms J J o u r n a l o f C o m p u t a t i o n a l P h y s i c s ， 1 9 6 7 ， 2 ( 2 ) ： 1 2 2 6 8 宋付权 低渗透多孑 L 介质和微管液体流动尺度效应 J 自然杂志， 2 0 0 4 ， 2 6 ( 3 ) ： 1 2 8 1 3 1 9 孔祥言高等渗流力学 M 合肥： 中国科学技术大学出版 社 。 1 9 9 9 ( 上接 第 2 0页 ) c o n c ret e p a v e me n t s c h a r a c t e ri z a t i o n and d u r a b i l i t y asp e c ts J C e me n t a n d C o n c ret e R e s e a r c h ， 1 9 9 3 ， 2 3 ( 2 ) ： 2 5 4 2 6 6 2 P 6 r a J ，A m b r o i s e J F i b e r - rei n f o rce d m a g n e s i a p h o s p h a t e c e m e n t c o mp o s i t e s for r a p i d rep a i r l J J C e m e n t and C o n c r e t e C o m p o s i t e s ， 1 9 9 8 ， 2 0 ( 1 ) ： 3 1 3 9 3 3代晓妮， 尹 健 ， 李益进 大流动度水泥混凝土路面快速 修补材料性能研究 J 粉煤灰， 2 0 0 9 ， 2 1 ( 1 ) ： 1 8 2 2 4 吴 鹏 ， 沈卫国， 崔啸字， 等 抛填骨料工艺在水泥混凝土 路面工程中的应用 J 混凝土 ， 2 0 1 1 ， ( 8 ) ： 1 4 7 1 4 9 5 Z h e n g J i a n- j u n ，Z h o u X i n z L u P e r c o l a t i o n o f I T Z s i n c o n c r e t e and e ff e c ts o f a t t r i b u t i n g f a c t o r s 【 J j u mal o f Ma t e r i als i n C i v i l E n g i n e e r i n g ， 2 0 0 7 ， 1 9 ( 9 ) ： 7 8 4 - 7 9 0 6 A b d e l g a d e r H S E c t of t I l e q u ant i t y o f s a n d o n t h e c o m p r e s s i v e s t r e n g t h o f t w o s t a g e e o n c r e t e J j Ma g a z i n e o f C o n c ret e R e s e a rch ， 1 9 9 6 ， 4 8 ( 1 7 7 ) ： 3 5 3 3 6 0 23