工程快速抢修材料比较研究
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摘要：当前许多公司研制了快速抢修材料，由于其组分、结构和构造不同，特种材料品种门类繁多，性能各不相同，价格相差悬殊。正确选择和合理使用抢修抢建特种材料，对工程的抢修抢建及质量、造价等有着重大的意义。
1 背景和意义
工程快速抢修一般用于洞库、矿山、公路、机场等工程。洞库、矿山工程主体一般埋深都较深，作为与外界直接接触的区域，结构上存在应力集中的薄弱环节，加之许多由于技术、地形等限制无法做强加固处理，往往存在较多隐患，事故率较高。一旦出现突发情况，洞内作业人员的安全将受到极大的威胁，因此洞口的快速抢修是最重要、最现实、最紧迫的工程任务。公路、机场工程重复性动载频繁，一旦发生损坏，将直接影响城市交通。针对围岩、结构等严重破坏，动荷段结构破损等情况，利用相关科研成果试验选择快凝修复材料，并对应用方法、结构形式进行研究，以期发挥最佳性能是工程抢修的关键。
2 国内外现状
国外研究工程抢修主要集中在机场和码头等领域。主要发展了聚酯混凝土、冷拌沥青材料及磷酸镁水泥等材料。
聚酯混凝土
是一种由粉状树脂、粉状硬化剂、液体原料和低温加速剂组成的聚合胶泥，混合后有5～10分钟的操作时间，20分钟内凝固。低温加速剂仅在气温低于华氏32度时使用。施工时，可添加与粉状原料重量相同的干燥的砾石。
冷拌沥青材料
冷拌沥青材料是由添加了有机溶剂如柴油、其它外加剂的液体沥青与矿料的混合物，可在常温下存放和使用，施工操作简便，只需将坑槽简单处理后，铺筑冷拌材料，压实即可使用。因此是一种较方便的抢修材料。
磷酸镁水泥
磷酸镁水泥是一种快干水泥，施工时的气温对其硬化影响较大。在冰点以下，需要数小时才能凝固，在华氏100度时30秒钟内就可快速凝固。在不添加加速剂或阻滞剂的情况下，磷酸镁水泥通常可在华氏35度至75度的气温范围内使用。其施工方法与普通水泥混凝土相似。
国内工程由于受经费、自然条件、风险意识、法规不健全及工程质量等问题，工程事故发生率比较高，工程抢修越来越受到重视，许多工程材料供应商争相研制了不同类型的快速抢修材料。
3 工程快速抢修材料分析比较
3.1抢修抢建特种材料的性能要求
因工程事故发生比较突然、后果非常严重，往往抢修抢建的规模和难度比较大，时间短、时效性要求高。工程抢修抢建材料必须具备如下性能：
1. 高强早强
2. 施工方便
3. 体积稳定性好
4. 良好的界面粘结能力及耐久性能
3.2当前抢修抢建特种材料品种
快硬高强水泥是工程抢修抢建的重要原材料，快硬高强水泥按水泥性能可分为两类：一类为快硬水泥，另一类为快凝快硬水泥；按水泥熟料矿物的组成特征又可分为硅酸盐类、铝酸盐类、硫铝酸盐类、磷酸盐类以及氟铝酸盐类等。
3.2.1快硬硅酸盐水泥
快硬硅酸盐水泥是以硅酸盐水泥熟料和适量石膏磨细制成，通常以3d抗压强度表示强度等级的水硬性胶凝材料，简称为快硬水泥。
1. 生产原材料与生产工艺
快硬硅酸盐水泥的生产方法与普通硅酸盐基本相同。也是采用将钙质原料（主要是石灰石）和硅质原料（主要是粘土）按适当比例配合，按照 “两磨一烧”的工艺方法生产。只是相对普通硅酸盐而言，生产快硬硅酸盐水泥的生产工艺条件控制更为严格，要求所用原料中有害成分更少。
2. 快硬硅酸盐水泥的性能与应用
性能：早期强度较高，1d抗压强度为28d的30%～35%，后期强度呈持续增长趋势；初凝结时间短，初凝一般为2～3h，终凝时间为3～4h；水化热较高，早期干缩率较大；水泥石致密，不透水性和抗冻性优于普通硅酸盐水泥；该水泥的低温性能较好，在10℃时各龄期强度明显高于普通硅酸盐水泥；快硬硅酸盐水泥适于蒸养条件下使用。易风化，一般储存期不超过1个月。
应用：主要用于要求早期强度高，紧急抢修抢建工程，抗冲击及抗震工程，冬季施工、制作砼及预应力混凝土预制构件方面。
3.2.1磷酸盐水泥
1.磷酸盐水泥的凝结时间
磷酸盐水泥的水化反应速度非常快，如不掺入缓凝剂，凝结时间只有几分钟。掺入缓凝剂可明显提高施工操作性能。影响凝结速度的主要因素：氧化镁的活性及比表面积，缓凝剂的种类及掺量，环境温度及试件大小等。
2.磷酸盐水泥的强度
磷酸盐水泥的早期强度发展很快，且强度随龄期增长不断提高，但到7d以后趋于稳定，强度发展比较缓慢。磷酸盐水泥的早期强度非常高，采用合适配方其1h抗压强度高达30MPa，28d抗压强度高达80MPa以上。
3.影响磷酸盐水泥强度的主要因素：
（1）磷酸盐/氧化镁比值――过大或过小的磷酸盐 /氧化镁比值均降低其强度；
（2）缓凝剂掺量――随着缓凝剂掺量增加，其早期强度迅速降低；
（3）氧化镁细度――随着氧化镁细度的增加，其早期强度增加，但细度对后期强度影响不大；
（4）用水量――水灰比的增加会使强度迅速下降；
（5）矿物掺合料――掺入粉煤灰会使早期强度降低，但适量掺入可提高其后期强度。
（6）环境温度――适当提高温度可提高其早期强度，对后期强度影响不大，温度过高反而不利于其强度的发展。
3. 磷酸盐水泥性能特点（与硅酸盐水泥相比）
（1）凝结速度快，凝结时间可控
（2）早期强度高
（3）环境温度适应性强
（4）工作性好，施工程序简单，见图7-3
（5）与旧砼面粘接强度高
（6）体积变形小
（7）耐磨性及抗冻性好
（8）工业化生产程序简单
（9）耐硫酸盐和耐海水性能好
（10）存放时间长
4. 磷酸盐水泥的应用
磷酸盐水泥在工程的抢修抢建有着非常重要的应用价值；在不定型耐火材料、有毒与放射性物质的快速固化方面应用前景广泛。用其抢修公路或机场，0.5h可通车,1.5h可供飞机起降，若优化材料的配合比和施工工艺，抢修的时间还可缩短。在负温施工、海岛工程以及偏远地区工程抢修抢建方面更具独特优势。
（1）施工要求
1）最好使用强制性搅拌机进行施工搅拌
2）一次搅拌量不宜超过500升
3）采用钢或木模板，钢模板应涂脱模剂
4）拆模时间须在1h内完成
5）磷酸盐水泥不得与其它品种水泥混用
3.2.3铝酸盐水泥
1. 基本性能
铝酸盐水泥为黄色、黄褐色或灰色。其密度和堆积密度与硅酸盐水泥相近(GB201―2000)：
2. 凝结时间
初凝时间：CA-50，CA-70，CA-80不得早于30min，CA- 60不得早于60min；终凝时间：CA-50，CA-70，CA-80不得迟于6h，CA-60不得迟于18h。
3. 强度
最适宜的硬化温度约15℃，一般不得超过25℃。温度过高会导致水化产物转晶反应,使强度降低，铝酸盐水泥施工环境不得超过30℃，更不宜蒸汽养护，否则会造成强度严重降低。
铝酸盐水泥与硅酸盐水泥或石灰相混会产生闪凝现象――砼开裂，强度降低甚至破坏，施工时禁止将其与硅酸盐水泥或石灰混合使用。
4. 水化热
铝酸盐水泥水化放热量大(450～500J/g)，且其放热速率特别快，24h内（20℃）可放出总热量70％～90％， 具有低温下硬化的特性。但不宜用于大体积混凝工程，从硬化开始时就应立即浇水养护。
5. 需水性
铝酸盐水泥的标准用水量不大，但水化时需要较多结合水，可达水泥质量的50％左右，约为硅酸盐水泥的2倍。
6. 耐侵蚀性
铝酸盐水泥抗硫酸盐及抗海水侵蚀性能良好,甚至比抗硫酸盐硅酸盐水泥还好。在与硫酸盐作用时，是在液相中生成水化硫铝酸钙，对水泥石不会起破坏作用。铝酸盐水泥对浓酸的耐蚀性不好。铝酸盐水泥抗碱性极差，在碱性溶液中将很快被破坏，当碱溶液浓度低于1%时才无腐蚀作用。
8.铝酸盐水泥的应用
（1）抢修抢建及需早期强度的工程
（2）冬季及低温下施工
（3）含硫酸盐的地下水、矿物水侵蚀的工程
（4）交替冻融和交替干湿的工程
（5）不适合于大体积工程
3.2.4铝酸盐水泥
1. 水泥性能
（1）凝结时间
硫铝酸盐水泥凝结较快，标准要求其初凝时间不得早于25min，终凝不得迟于3h。通过加入缓凝剂和速凝剂可对凝结时间进行调整。
（2）强度
早期强度高发展快，后期强度发展缓慢。以3d抗压强度表示，分42.5、52.5、62.5和72.5四个强度等级。良好的抗冻性和低温硬化性能，可在负温下使用。
（3）耐久性
硫铝酸盐水泥石致密度高，所以抗硫酸盐性良好；水泥抗渗性好，在30个大气压下不渗水，干缩比普硅水泥小。后期强度平稳增长，无倒缩现象。
3. 硫铝酸盐水泥的应用
硫铝酸盐水泥可用于抢修工程、冬季施工工程、地下工程，也可用于堵漏工程和预制件拼装接头等。
3.2.5双快水泥
1. 双快水泥性能特点
（1）快凝快硬，小时强度高。常温条件下，其初凝一般为5～15min，终凝为10～40min，胶砂1～2h抗压强度可达5.0～10.0MPa，4h可达20～25MPa。砼4h强度可达20MPa以上。常温下掺入0.2%的酒石酸作缓凝剂。
（2）低温性能好在常温下具有较高的小时强度，在低温条件下也同样能发挥良好的小时强度，适于各种冬季紧急抢修和低温工程。
（3）长期强度高、耐蚀性能好在水或湿气养护条件下，砼强度随龄期的延长而稳定增长，且有良好的抗硫酸盐侵蚀性能。
（4）其它性能具有微膨胀性和一定的抗冻性，抗冻标号能达到M100～M150。对钢筋粘结力好，不锈蚀钢筋 。
3.双快水泥的应用
可广泛用于抢修工程和冬季施工工程，在止水堵漏及机械铸造方面也有一定的应用价值。具有快凝快硬的特性，其砼拌合物的流动度损失较快。施工时每次拌合的砼量要少，应随拌合随浇注，应尽量缩短运输距离。
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