文摘
本文旨在提供一个洞察混凝土路面维修材料通过收集有关研究成果和规范。它提供了一个系统的文献综述,侧重于路面修复和胶结类型的修复材料。一般来说,传统胶结修复材料可分为4类:超快速,快速加速,获得正常的力量。传统胶结维修材料的力学和耐久性性能,即,calcium sulphoaluminate-based, calcium aluminate-based, polymer-modified concrete, and ordinary Portland cement-based repair materials are highlighted. The paper also discusses the newly developed ultra-high performance concrete and alkali-activated materials as potential repair materials for concrete pavement due to the good mechanical and durability performance. As a final point, this review may help readers to understand and determine the appropriate type of repair material when distress occurs in concrete pavement.
1。介绍
根据布兰查德的美国公路工程师手册1919年混凝土路面的历史开始于1879年在苏格兰(1]。混凝土路面通常用于高速公路、机场和大桥因其携带沉重的负载能力和持久的性能。有7种混凝土路面广泛建立在世界各地,其中包括(1)贴合普通混凝土路面;(2)连接钢筋混凝土路面;(3)连续配筋混凝土路面;(4)预应力混凝土路面,(5)预制混凝土路面;(6)碾压混凝土(RCC),路面;和(7)透水混凝土路面2]。
混凝土路面设计有更长的寿命较低频率的未来维护。良好的混凝土路面可以持续超过40年(3]。据报道,美国第一个混凝土路面建于1891年仍在服务4]。除了更耐用,混凝土路面是首选在某些情况下,如直接铺设在可怜的土壤由于均匀载荷分布特性的路面5,6]。因此,大多数机场依靠混凝土路面构造滑行道,跑道,围裙,尤其是重型飞机。
今天,全世界混凝土路面被构造。2018年,美国(美国)联邦高速公路管理局记录约90030公里的农村和城市混凝土路面(7),而日本的混凝土路面的长度是55218公里(8]。德国有大约25%的主要道路的混凝土,在比利时大约17%的整体道路混凝土路面(134000公里)。在奥地利,三分之二的大容量约4000公里的高速公路混凝土路面(9]。法国一直在使用混凝土人行道很长一段时间,它有600巷公里连续配筋混凝土路面(10]。在东南亚,泰国已经建造超过5624公里的混凝土路面(11]。
混凝土路面网络的发展导致了增加混凝土的修复工作。确保成功的修复工作,材料的选择是至关重要的。注意事项包括(1)材料的强度(抗压强度、抗弯强度、抗疲劳强度等);(2)体积稳定性(收缩和热膨胀系数);(3)能够承受环境负荷(即冻融攻击,硫酸袭击,防冻剂化学攻击,等等)(12]。路面维修材料制成的磷酸镁,铝酸钙水泥、聚合物改性胶结材料,和高早强水泥可以获得非常高的强度在早期,因此路面可以在数小时内投入使用(例如,3小时)13]。
新开发的材料,如超高性能混凝土(UHPC)和alkali-activated材料(AAM)吸引了很多路面维修行业的兴趣。UHPC具有优越的机械性能,如抗压强度大于150 MPa和开裂后抗拉强度大于5 MPa (14]。它是一种有效的修复材料对桥面由交通荷载和冻融循环恶化[15]。AAM在业界已经得到普及由于减少碳足迹。不同于传统的麦,最近开发了麦可以获得力量没有高温(16)和抗压强度高达145 MPa (17]。麦是耐用;与低氯进入类似于混凝土水灰比(w / c)和更优于混凝土的化学攻击(18]。因此,麦作为路面修补材料的潜在使用很好。
虽然混凝土修复材料技术得到了充分的发展,有限的审查已经完成混凝土路面胶结修复材料。本文的主要目的是提供一个洞察的胶结类型路面修复材料用于修复,主要部分——和大吃刀维修。
2。人行道上痛苦
祸患路面的发展逐渐从流量随着时间的推移,由于累积疲劳载荷和环境影响19]。当路面无法执行时,它必须经过一个修复的过程。摘要修复是指工作恢复受损的路面原来或竣工条件的强度和/或能力。
水泥混凝土和聚合物澳大利亚路面祸患被分类为3种类型,这是结构性的痛苦,耐久性的痛苦,和功能性的痛苦13747年],而砂浆材料报告组求救功能和结构祸患;耐久性问题被认为是结构性困境20.]。结构性困境与破解,关节恶化,和拳无虚发。一旦这些发生,交通路面的承载能力的影响。功能性遇险,其中包括表面缺陷、粗糙度和噪音,会影响路面的质量和安全。
典型的修复受损混凝土路面的技术包括完整的深度修复(罗斯福),部分深度修复(PDR),和覆盖21]。取决于损伤的程度,大部分功能遇险和表面损伤需要PDR、叠加、表面磨光。在结构和耐久性窘迫的情况下,推荐的维修工作是罗斯福或覆盖。PDR恢复浅和局部的表面缺陷,而罗斯福进行全面深度内的人行道上。本文关注的是技术在胶结材料修复PDR和罗斯福的混凝土路面。
3所示。修复材料要求
通常,修复材料预计将持续5 - 15年(22]。必须兼容现有的衬底材料,确保材料可以在年底前使用寿命。兼容性可以被定义为一个平衡的物理、化学和电化学性质,以及维度之间的修复材料和现有的衬底。这是为了确保修复可以承受所有的压力引起的体积变化,化学和电化学效应没有痛苦和恶化在指定的时期(23]。修复材料的一般要求,防止财产不匹配的修复混凝土结构如表所示1。
3.1。强度
路面修补材料的机械性能通常是通过他们的抗压强度和抗弯强度评估。在修复期间,重要的是要确保修复材料不是提前加载;其他可以长期性能有不利影响。因此,路面的修复材料必须满足一定的强度标准之前开放交通。
3.1.1。PDR
PDR的材料强度要求携带交通11 MPa-13 MPa (27]。PDR的承载机理不同于罗斯福PDR只携带压应力和不带弯曲应力或拉伸应力。然而,某些公路管理局要求材料弯曲应力。PDR的强度要求如表所示2。
3.1.2。罗斯福
罗斯福的修复材料是需要进行压缩和紧张压力。因此,通车所需的强度远高于PDR。在美国,最低强度随修理尺寸,通常从13.8 MPa到20.7 MPa(表3)。相比之下,英国公路监管当局已经通车强度25岁MPa无论大小(29日]。路易斯安那州交通研究中心最近的文献表明,强度从20.7 MPa可以减少到13.8 MPa (30.]。
3.2。体积稳定性
通常收缩发生在不同年龄的生活材料;混凝土在水化过程开始时开始缩水,它可以持续数年。有几种类型的收缩要考虑维修胶结材料,包括自收缩、塑性收缩和干燥收缩。收缩的大小受几个因素的影响如粘结剂含量、水含量、骨料分级和类型,以及外加剂的使用(31日- - - - - -34]。
3.2.1之上。塑性收缩
塑性收缩发生在水表面蒸发或吸入由底层材料。萎缩的严重程度取决于水量损失,受环境相对湿度的影响,风速和温度(35]。一些措施可以应用于减少发生塑性收缩的修复材料,即。,确保蒸发率不超过1公斤/米2每小时和路基不能干。的利用率低w / c比修理或者混合纤维钢筋可能有助于减少塑性收缩的发生12]。混凝土低w / c率较低的毛细管压力,减少拉应力积聚时,混凝土是新鲜的。塑性收缩的风险降低,如果含水量小于150公斤/米3(36,37]。合成纤维的加入有效地控制塑性收缩形成(38]。聚对苯二甲酸乙二醇酯等合成纤维、玻璃、混凝土、聚丙烯等,以减少塑性收缩(39]。聚丙烯是最有效的抑制塑性收缩裂缝,在据报道,0.1%到0.3%的纤维比普通混凝土裂缝降低50% -99% (39,40]。指出,所有维修材料应该有适当的养护。
3.2.2。干燥收缩
干燥收缩发生由于不充分或不适当的养护。混凝土的体积变化时,周围的水分丢失。材料收缩和受到约束时,拉应力施加可以达到6.90 MPa (21]。这么多的压力高于50级混凝土的抗拉强度(大约4 MPa 5 MPa) (41]。高维修材料的干燥收缩导致的不兼容性故障(23];材料可能de-bond如果他们收缩速度不同,因此应该执行适当的养护后修复。通常情况下,修复材料的最大允许收缩混凝土路面修复从400年不等με到700年με在28天42- - - - - -44]。然而,NYSDOT只允许不缩水的修复材料(45]。
3.2.3。自收缩
类似于干燥收缩、自收缩出现在粘贴的修复材料。更突出的w / c比值小于0.40时(46]。在低w / c,水是退出了毛细管孔隙迄今未水化水泥,从而导致收缩的粘贴35]。通常情况下,混合设计维修工作要求低水含量达到较高的早期强度,即。w / c比值小于0.40;因此修复材料可能容易自收缩裂缝。
3.3。耐用性
修复材料必须是耐用和环境中能够保持其完整性。它必须能够抵御常见的物理、化学和机械的攻击在混凝土路面(47]。恶化的物理攻击包括高温的影响或不均匀热膨胀(聚合的热膨胀差异和硬化水泥浆)。在反复加热或冷却过程如交替冻融过程,具体最终会降低。恶化由于化学攻击的形式可以是内部和外部的攻击。内部化学侵蚀与活性聚合的问题有关,而外部发生化学侵蚀的作用主要是通过积极的离子,如氯化物,硫酸盐,或二氧化碳,以及许多天然或人造液体和气体。机械攻击大多是由于偶然的负载和重载。
3.3.1。冻融条件
当胶结材料饱和和暴露于低温,毛细管孔隙中的水结冰膨胀。产生的压力足以破坏周围的材料。冻融循环的累积效应可能降低修复材料(48]。
以确保修复材料能承受耐冻融,当局设置最低耐久性因素为80% (45,49)或90% (42)后,根据AASHTO最少300周期T161程序(ASTM C666)。与ASTM C1262测试时,减肥在修复材料的比例应低于1.0%后100冻结/解冻循环使用蒸馏水溶液或少于1.0%重量损失50冻结/解冻周期后测试依照ASTM C67 [50]。减肥在修复材料的比例不得超过1.0%,此前25冻结/解冻周期(45]。
3.3.2。除冰缩放/恶化的要求
防冻剂扩展/恶化的特征通常是或银纹板表面由于重复应用除冰在冻融环境的化学物质。在粘贴分数常常出现恶化。既渗透压力和热应力更加突出,冻融作用是放大51,52]。除冰盐或化学物质施加压力在混凝土以及减少承受能力(26]。在扩展的过程中,氢氧化钙糊内溶解和孔隙系统变得粗糙,因此形成的有害化合物(51]。
防止防冻剂缩放的胶结修复材料,混凝土的最低水泥含量固定在335公斤/米3和最大w / c比不得超过0.45 (51]。当测试根据ASTM C672,砂浆材料的扩展电阻不得大于4.88公斤/米2混凝土是有限的,而最大的视觉评级2(轻微到中度的比例)42]。对高性能混凝土的极限视觉等级是3(适度的比例)45]。
3.3.3。硫酸外部攻击的要求
硫酸盐的攻击可能会导致内部和外部来源。外部硫酸攻击代理可能来自地下水,土壤、除冰化学品、等硫酸根离子穿透胶结系统形成钙矾石和石膏,在硬化导致扩张胶结矩阵。裂缝形成后的抗拉强度粘贴由拉应力超过了由结晶压力(53]。另一种形式的损坏可能是由于硅酸钙水合物和氢氧化钙的动荡,导致微裂隙的形成没有显著扩张。
硫酸防止外部攻击可能通过减少铝酸三钙(C3水泥A)含量小于8%54)或使用火山灰材料来降低氢氧化钙的量在水化水泥粘贴。应小于0.45 w / c比值来帮助减轻外部硫酸袭击(53]。当水溶性硫酸盐在干燥土壤大于在水中2.00%或大于10000 ppm,最大的w / c比值应限于0.40 [55]。
3.3.4。内部硫酸攻击要求
硫酸内部硫酸攻击类似于外部攻击,除了硫酸根离子的来源来自内部。硫酸根离子可能来自于水泥、骨料、矿物掺合料,或初级钙矾石的分解时,混凝土在高温下治好了。钙矾石通常是在水泥水化形成的初期阶段。然而,由于混凝土温度高,在早期> 65°C,钙矾石形成悬浮(56]。钙矾石的组分分散monosulphate和硅酸钙水合物。当混凝土是潮湿和温度变得更低,这些成分形成硬化混凝土的二次钙矾石。一些维修材料可能经历高温由于水泥含量高,环境温度高,热产生的厚板。因此,控制内部硫酸袭击,碱含量相当于修复材料应限于3公斤/米3,而C3在熟料3的水泥应小于8%和3%,分别为(57]。普通硅酸盐水泥的替代与补充胶结材料(超过35%的高炉矿渣、粉煤灰、20%的偏高岭土的20%,或10%的硅灰)可能降低硫酸内部攻击的风险54]。合适的温度控制应采取防止胶结维修材料超过最高温度。
3.3.5。热膨胀系数的要求
热膨胀系数(CoTE)是一个量化的特性的材料数量扩张和收缩过程中温度波动(58]。一般来说,修复材料的热膨胀象牙海岸范围从7.7到15.3×10−6每°C (59)普通混凝土,它可能范围从7.4至13×10−6每°C (2]。修复材料的热性能之间的兼容性和路面是至关重要的,之间的不相容材料剥落等可能造成不利影响。当修复材料受到风化、温度循环导致混凝土的膨胀和收缩。一旦产生的拉应力超过修复材料的抗拉能力,裂缝和舒解可能出现(60]。混凝土具有更高的象牙海岸不如混凝土抵抗温度变化较低的象牙海岸(51]。
3.3.6。氯离子渗透的要求
快速氯离子渗透试验(RCPT) (ASTM C1202 / AASHTOT277)是一个很好的指标来反映材料的耐久性。氯离子的渗透是衡量电荷通过材料的数量。普通混凝土(w / c比值(0.40 - -0.50)预计展览RCPT电荷通过2000年和4000年之间库仑不等。胶结材料与w / c比值低于0.40,RCPT收取1000 - 2000年通过库仑评为低氯离子渗透性(61年]。从1500年到2500年库仑(一般渗透要求范围12,42,43,62年]。有些情况下,渗透率是低于1000库仑更好的耐久性要求(63年]。然而,RCPT结果可能误导如果修复材料包含钙亚硝酸盐(64年]。
4所示。组成的修复材料
如今,容许交通关闭时间通常是保持最低,防止沉重的交通拥堵。开会时巷可以重新开放交通的强度要求。经常修复材料是否适合PDR取决于两个主要因素:(1)允许交通关闭时间和(2)材料性能如强度、收缩特点,象牙海岸,弹性模量和蠕变系数(23,27,65年]。
最低开放交通时间依赖的速度修复材料达到强度要求。当使用较低的早期开放强度补丁混合物,负荷承载能力应确定在投入使用前(27]。早期强度修复材料可分为4类,超快速,快速加速,和正常的力量发展66年]。超快速修复材料达到足够的抗压强度和可在2 - 4小时内通车。这些材料必须能够达到13.8 MPa抗压强度在2小时,4小时和20.7 MPa抗压强度。快速维修材料、交通服务6 - 8小时内可以打开。这些材料必须达到20.7 MPa抗压强度在8小时和27.6 MPa在3天抗压强度。加速混凝土修复材料的目的是获取指定的力量在12小时内。从长期的角度表现,普通混凝土优于其他维修材料。普通混凝土的缺点是,它需要几天达到足够的强度。如果没有指导,具体应获得至少24.8 MPa抗压强度之前通车。这些non-rapid材料是非常可取的28天特色优质修复(43]。
4.1。超高速材料
一般来说,有4种胶结超高速材料,即镁磷酸盐,aluminate-based钙,钙sulphoaluminate-based和聚合物改性混凝土。
以下4.4.1。镁磷酸盐
磷酸镁水泥(MPC)不包含普通硅酸盐水泥作为粘结剂。它是通过酸碱反应化学结合磷酸盐陶瓷。一般来说,基本的材料是金属阳离子和酸性磷酸是(67年]。
MPC通常是用于交通流量,需要很高的地区早期开放交通(68年]。MPC修复材料可以达到非常高的早期强度在短期内(22.8 MPa),例如,1小时。结合测试表明,MPC展品父母具体的附着力好,焊接试验表明,天,7天的优点是7.17 MPa和11.51 MPa,分别为(69年]。结果符合ASTM C928,快速设置所需的最小粘结强度材料7 MPa(1天)和10 MPa(7天)70年]。
作为路面修补材料、体积稳定是至关重要的。货币政策委员会作为混凝土修复材料也有类似的象牙海岸(10×10−6每°C) (41),9.6×10−6每°C (71年]。它有较低的收缩(小于700με)相比,传统的普通硅酸盐水泥(OPC)砂浆(大约900με)以28天72年]。修复材料与低收缩和类似象牙海岸可以有更好的兼容性。MPC修复材料有高耐磨性,杨(2014)报道,普通混凝土的耐磨性是双。合理的空气含量,MPC修复材料在冻融条件下可以执行。扩展的修复36冻融循环后才开始,而它出现在普通混凝土在10周期。(71年]。磷酸镁混凝土的RCPT结果约3000库仑,而普通混凝土是大约4000库仑。这表明磷酸镁混凝土具有更高的抗离子运输(73年]。
然而,传统的MPC修复材料对水分敏感。当暴露在潮湿的条件下,观察到,磷酸镁水泥的力学性能随时间减少(74年]。水可以稀释掉未反应的水泥,从而增加系统的孔隙度(75年]。减轻的影响强度损失,ferroaluminate水泥、硫铝酸钙铝酸钙水泥或水泥添加改善防水和磷酸镁体系稳定76年- - - - - -78年]。MPC也不适合用于石灰石骨料的总可以加快设置时间,减少热演化,强度降低,这可能是由于结晶度差和水合晶体形态的产品79年]。
4.1.2。钙Aluminate-Based
钙aluminate-based路面修复材料独特于其他修复材料由于其早期强度。治愈6点和18°C时,6小时抗压强度是19 MPa和24 MPa,分别为(80年]。铝酸钙水泥(CAC)是一种低收缩混凝土,并发展新老衬底之间的良好的粘结性能。CAC -可能迅速增加力量由于CAH的形成10和C2啊8阶段(81年]。耐冻融循环,以及除冰的化学物质,除了具有高耐磨性。据报道,CAC大约10倍比硅灰混凝土耐磨性。作为路面修补材料,CAC低温下表现良好。钙aluminate-based路面修补材料的局限性暴露在高温下的强度损失。在更高的温度下,不稳定的儿童和青少年卫生与发育司10多孔C阶段进行转换3啊6阶段。CAC混凝土400公斤/米3粘结剂和w / c比值0.40可能遭受转换后强度损失47% (82年]。为了解决这个问题,CAC的性能应该加速转换的评估与测试,以确保转换后的强度超过所需的强度(83年]。最近的指导方针由德州运输部门允许CAC用作路面修补材料,提供了水泥含量超过400公斤/米3CAC和最大0.35 w / c比值是有限的(80年]。同样,EN 14647表明结构的目的,最低水泥含量不得少于400公斤/米3和w / c比不得超过0.40 (82年]。CAC路面修复材料必须至少达到20.7 MPa在环境温度(治愈)3小时和27.6 MPa在24小时(治愈绝热地)84年]。
4.1.3。钙Sulphoaluminate-Based
硫铝酸钙(CSA)修复材料已经得到普及和体积稳定性(由于其快速获得的力量85年]。CSA包含你们'elimite (C4A3s̅)作为主要成分(30%到70%)。与CAC、修复材料由CSA不进行转换的过程。这是另一种粘合剂CAC。这种早期强度高修复材料可以达到抗压强度7 MPa 28 MPa(2小时内86年]。其他研究已经表明,CSA混凝土强度大于40 MPa在6小时85年]。的体积稳定,据报道,收缩的大小对早期强度高的一半硅酸盐水泥(87年]。除此之外,基于csa混凝土可以执行5°C以下的温度(88年]。基于CSA混凝土是一个很好的防冻材料,在冻融性能测试、CSA修复材料被发现体重减少12%相比,OPC混凝土(89年]。同时,基于csa混凝土表现出良好的抗腐蚀和硫酸等化学攻击,镁,盐铵(81年,90年]。Hargis et al。(2017)显示,在相同的w / c, CSA的氧扩散系数和吸水混凝土是35%和58%,分别OPC混凝土(91年]。CSA混凝土的电阻率比普通混凝土(21次92年]。虽然有钢筋腐蚀的风险,由于担忧增加混凝土孔隙溶液中氯离子的CSA暴露于氯条件(93年),Jen et al。(2017)表明,通过改变钙sulphate-to-ye 'emilite比率,chloride-binding能力会增强,这可能有助于解决问题(94年]。根据大坝et al。(2005),加州地方当局指定CSA的路面修复的快速修复材料,需要基于CSA混凝土达到至少8小时(2.8 MPa挠曲强度51]。
4.1.4。聚合物改性混凝土
聚合物改性混凝土(PMC)是指添加乳胶cementitious-based材料(粉末或液体)。治愈时,产生的混凝土包含一个连续的,乳胶聚合物粒子的相互关联矩阵(13]。常见的聚合物如丙烯酸、苯乙烯丙烯酸树脂(SA)、乙烯醋酸乙烯共聚物(VAE),丁苯橡胶(SBR)丙烯、乙烯基酯versatic酸(VeoVa)和环氧树脂添加到胶结材料,以提高物理耐久性性能(95年]。
PMC是最便宜的高性能路面修复材料之一。通常用于区域交通量非常高,只允许关闭时间短,例如,2小时内。这种材料的工作温度是7和29°C之间。通常,PMC设计寿命为5年(96年]。
PMC之间具有较高的粘附强度混凝土基质(97年]。弯曲和剪切键测试结果显示的键的强度增加32%和120%,分别比普通混凝土(98年]。的体积稳定性、翁等人报道,干燥收缩的聚合物改性胶结修复材料是低于200με(99年),低于大多数运输管理局400 - 700的要求με(42- - - - - -44]。PMC材料也表现出良好的热修复兼容性,在象牙海岸大约是10 - 20×10−6每°C,类似于普通混凝土(One hundred.]。除此之外,高耐磨性和低敏感性的冻融攻击PMC允许它表现良好在交通风险。被殿下et al。(2002),因磨损而PMC的减肥是只有28%的硅灰混凝土控制样本。300年冻融循环后,PMC的记录减肥是低于1%,而控制样品记录体重大于2%101年]。李et al。(2018)报道,PMC的氯离子渗透修复材料小于1500库仑28天,不到1000库仑56天测试时(102年]。低离子运输PMC表明它是一个持久的修复材料。
4.2。快速修复和加速修复材料
快速和加速修复材料是由硅酸盐水泥早期强度高以及正常的水泥。高早强水泥含有高百分比的硅酸三钙石C3年代给快硬和设置属性103年]。在欧洲标准,高早强水泥是归类为“R”,而水泥来标示为“正常获得的力量N“(104年];ASTM C150分类下高早强水泥类型III水泥,而普通硅酸盐水泥为I型水泥(105年]。典型的布莱恩高早强水泥细度是556米2/公斤,而布莱恩OPC的细度是384米2/公斤(103年]。通常快速混凝土由水泥含量高和w / c比值较低,导致早期强度发展。快速的总结具体如表所示4。在混凝土混合物的加速器,可以缩短凝结时间,早期强度可通过水泥水化的修改。加速器通常给1.25% - -3.75%的水泥含量(106年]。
一般来说,加速器可以形式的可溶性无机盐和可溶性有机化合物。最常见的加速器是氯化钙,便宜和容易获得。然而,它对钢筋有不利影响111年]。Non-chloride加速器如硝酸盐、硫氰酸酯、烷醇胺、整合、醋酸盐、碱性氢氧化物不促进钢铁腐蚀。虽然有各种替代加速器,这些优于chloride-based加速器。chloride-based加速器的性价比最低比率相比non-chloride加速器(111年,112年]。
快速修复材料有成本;据报道,一些早期强度高维修材料可能会遇到贫穷冻融性能。混凝土内的携入的空气量减少由于高水泥细度和高量程水还原剂。性能可以进一步降低如果用氯化钙加速器(113年]。快速收缩的混凝土也由于其高粘结剂含量高。与冻融性、耐磨性和耐硫酸外部攻击由于表现良好w / c比低、粘结剂含量高(108年,114年]。
4.3。普通强度混凝土
普通强度混凝土是由水泥、水、粗、细骨料、外加剂,有时通过添加辅助胶结材料。它可以很容易地设计基于英国研究机构提供的指导方针或美国混凝土协会(115年,116年]。它被称为混凝土强度小于55 MPa (117年]。根据交通和曝光,所需的正常铺平道路混凝土抗压强度范围从20 MPa 55 MPa (49,107年,118年]。设计与普通强度混凝土时获得水泥强度发展是缓慢的,不像快速增加力量修复材料,可以达到所需的强度在几小时内。天、7天强度预测是大约28天强度的34%和78%,分别为(41]。与加速修复材料,普通强度混凝土的粘结剂含量较低和较高的聚合内容,因此性能更好的收缩(21]。表5显示了普通强度混凝土的混合设计。
4.4。新开发的修复材料
4.1.1。超高性能混凝土
在1994年,理查德和Cheyrezy成功开发了活性粉末混凝土抗压强度800 MPa (122年]。从那时起,竞相开发超高性能混凝土(UHPC)已经开始。虽然没有明确的定义UHPC已经被采用,一些研究人员承认UHPC是混凝土的最小抗压强度120 MPa,加工硬化能力(123年]。结构UHPC,建议具体应当至少有150 MPa抗压强度和抗拉强度大于6 MPa (14,124年]。UHPC的早期版本是由水泥、硅灰,石英砂,纤维,石英粉,和强塑剂(122年,125年]。之后,“绿色”UHPC开发,结合粉煤灰、矿渣和石灰粉以及其他环保绑定(126年- - - - - -129年]。UHPC混合设计的总结如表所示6。
UHPC的性能已经超过传统的混凝土路面维修材料的基本要求。它有非常低的孔隙度,改善疲劳行为,为路面维修是相当出色的。简而言之,UHPC 10后没有明显的失败6负载周期(135年]。UHPC的疲劳性能是影响材料的强度,强调应用,纤维分布、和测试样本(136年- - - - - -138年]。
UHPC早期强度很高,超过50 MPa在24小时内(139年]。这是对早期opening-to-traffic有益。由于磨损表面损伤是最少关注;据报道,减肥的UHPC当受到耐磨性测试只有40%的普通混凝土(140年]。作为修复材料、原始基质之间的债券和修复材料可以确定修复材料的有效性。进行了现场试验来确定UHPC与原基质之间的结合。结果表明,适当的债券是发达UHPC和原始衬底之间即使没有衬底表面处理(钻石接地)。然而,界面空洞必须低于10%更好的结合开发和基质必须良好的混凝土。(141年]。图1显示旧UHPC和衬底之间的接口。
(一)
(b)
纤维含量高和低water-to-binder比UHPC有较低的干燥收缩。然而,UHPC高于普通混凝土的自收缩。的自收缩UHPC可以轻松达到1500µɛ。因此,混凝土自收缩占主导地位的总收缩。尺寸的不稳定造成的自收缩导致脱胶的修复材料。缓解可以通过控制水化速率,使用减缩外加剂或膨胀剂(142年]。提供更多的内部约束混凝土矩阵可能有助于减少自收缩;僵硬或高弹性模量总量可以抑制收缩变形142年]。据报道,增加总总额可能会降低自收缩38% (143年]。除此之外,提供内部固化剂如高吸水性聚合物或潮湿的多孔骨料可能导致较低的自收缩。刘et al。(2019)表明,优化与多孔浮石UHPC可以从700减少收缩μɛ(E0)小于300μɛ(E1-E6),如图2(144年]。
由于稠密矩阵,UHPC低孔隙度,可以反映在氯离子扩散系数,Deff。的DeffUHPC的范围从0.2×10−134.1×10−14米2/ s,而正常的年级30和80级混凝土,Deff是1.1×10−12米2/ s和6×10−13米2/ s,分别145年]。此外,它是指出,在5 - 15年海洋的冻融循环条件下,在UHPC发现没有恶化。氯离子渗透的深度与water-to-binder UHPC只有三分之一的高性能混凝土的0.33和8.5%硅灰(146年]。1000次冻融的盐溶液后,据报道,抗压强度降低约17%,而只有41.6%的主要力量损失发生1500年之后冻融周期,表明UHPC在冻融条件下的高阻147年]。一般来说,冻融性能是影响water-to-binder比率,补充胶结材料,钢纤维。硅灰的最佳含量、粉煤灰和钢纤维是80 - 130公斤/米3,60 - 100公斤/米3,25 - 50公斤/米3分别为(148年]。除了耐冻融,UHPC低或没有迹象显示缩放后测试(149年]。以其性能优良、UHPC是一个潜在的材料路面修复材料。
10/24/11。Alkali-Activated材料
可持续发展已经成为趋势,导致“绿色”建筑材料的发展。Alkali-activated材料(AAM)是一种eco-efficient粘结剂是由激活的铝矽酸盐前体碱性介质。常见的前兆有粉煤灰、矿渣、偏高岭土磷渣,红泥,等。催化剂被认为是氢氧化钠、硅酸钠、碳酸钠等。麦的使用可以大大减少碳足迹的80%相比,OPC (150年]。表7显示前体的类型和产生的力学性能。
早期强度要求是路面修复的关键参数之一。传统AAM需要高温固化获得更好的早期强度属性。最近的一项研究表明,三元混合麦(矿渣、偏高岭土和粉煤灰)没有高温固化可以达到非常高的早期强度,超过70 MPa在一天内(152年]。因此,它是非常有用的紧急修复。电弧炉熔渣与粉煤灰作为一种添加剂在麦可以记录超过50 MPa(7天内159年],它可能被用来作为替代正常的力量获得混凝土修复材料,需要28天达到50 MPa。
麦的性能与普通混凝土相当或更好的暴露在恶劣环境(152年,160年- - - - - -162年]。据报道,麦优于普通混凝土的耐磨性,以及麦的磨损深度大约40%的普通混凝土(163年]。此外,体积稳定性是至关重要的修复材料,高收缩在修复材料可能导致脱胶与原来的衬底材料。尽管先前的研究表明,某些批的干燥收缩3 - 6倍普通混凝土由于催化剂(164年,165年),缓解可以通过将减缩外加剂和石膏166年,167年]。麦的掺入轻质页岩总已经证明降低自收缩50% -75%168年]。
最近的研究报告说,混凝土之间的粘结和二进制混合麦(粉煤灰和矿渣)是令人鼓舞的。麦高炉渣内容(粉煤灰矿渣≥50:50)优于OPC修复材料。图3显示的百分比de-bonded二进制麦(不同成分的区域169年]。
失败的修复材料通常是相关的能力承受环境负荷。二进制麦高炉渣性能更好的内容和冻融循环后保留更多的剩余强度169年,170年]。因此,潜在的麦作为混凝土路面修补材料是光明的。
5。结论
综述了不同类型的胶结的修复材料。这是通过收集171个不同的研究文章,指导方针和标准相关的混凝土路面。以下是来自本研究的主要结论:
维修材料使用寿命预计将有一个5至15年,因此修复材料需要设计成兼容原来的衬底。修复材料的兼容性包括力学性能(强度、模量、附着力和应变能力),尺寸稳定性(泊松比、热稳定性和收缩),和长期性能(蠕变、疲劳和化学反应)。
修复材料必须满足一定的强度要求之前通车。PDR、所需的抗压强度范围从11 MPa 13 MPa。罗斯福的必需的抗压强度是影响修理尺寸,这范围从13.8 MPa 20.7 MPa和挠曲强度约为4.5 MPa。
修复材料的体积稳定性是至关重要的。修复材料,它通常是设计与粘结剂含量高和低w / c。因此,它是容易塑料、干燥、和自收缩。通常,干燥收缩仅限于在28天的0.04% - -0.07%。
最低耐冻融耐久性因素根据AASHTO至少80%T161程序如果测试根据ASTM C1262或ASTM C67,减肥在修复材料的比例应低于1.0%后冻融循环。
砂浆材料的扩展电阻不得大于4.88公斤/米2当与ASTM C672测试。对于普通混凝土,视觉评价仅限于2(轻微到中度缩放),虽然它仅限于3(适度扩展)高性能混凝土。
硫酸,以防止外部攻击,修复混凝土必须具有最大0.45 w / c。硫酸对内部攻击,相当于碱性修复材料中的内容应限于3公斤/米3,而C3在熟料3的水泥应小于8%和3%,分别。合适的水泥替代可以用来降低硫酸内部攻击的风险。
象牙海岸的修复材料和原始基质(普通混凝土)必须类似于防止脱胶的材料。可以反映一个持久的修复材料的渗透率通常是有限的在1500年和2500年之间库仑测试时收到
修复材料可以获得力量和速度讲可以分为超快速,快速加速,和正常的力量修复材料。
取决于使用的面积,紧急维修如机场、道路连接,或大容量高速公路,首选材料将超高速材料(2 - 4小时交通开放时间),可由磷酸镁,铝酸钙,钙硫代铝酸盐和聚合物改性胶结的粘合剂。
在交通事件需要4-24小时内开放,可以使用快速和加速修复材料。这些材料是由高早强水泥与水泥含量较高的加速器和设计。当交通开放时间大于6小时,混合水泥与粉煤灰和矿渣可以被纳入混凝土混合物。可以减少所需的粘结剂含量增加开放时间。高剂量的粘结剂含量和低水胶比导致增加的总收缩由于自收缩和干燥收缩。
为了更好的长期性能,混凝土与普通混凝土路面修复是最好的解决方案。普通混凝土是伴随着粘结剂含量较低。因此,它更稳定的体积变化和更兼容现有的路面材料。同时,普通混凝土可以现成的,以更低的价格。
新生产的建筑材料如UHPC和麦有很高的潜力被用作混凝土路面修补材料。除了更高的力学性能如抗压和抗弯强度,他们更耐用比普通混凝土暴露在恶劣的环境中所反映出的更好的耐磨和耐冻融。这两个材料也有原始基体之间的良好结合,可以确保没有脱胶问题。
数据可用性
没有数据被用来支持本研究。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
这项工作是支持由马来亚大学授予pg163 - 2015 a(创新发展高早强混凝土公路修复行业)。