一种使用原生纤维水泥基修补材料修复混凝土路面的方法与流程

本发明涉及一种使用原生纤维水泥基修补材料修复混凝土路面的方法。

背景技术：

水泥混凝土路面因其具备原材料价格低廉且储量丰富、制备工艺简单以及经久耐用等特点而得以广泛应用。然而，其服役一定年限后，在环境侵蚀和行车荷载耦合作用下易出现裂缝、孔洞坑槽、边角断裂及表层脱落等局部病害，如若这些局部病害得不到有效、及时修复，病害将会进一步加剧，最终影响行车舒适性、安全性以及路面使用寿命。

现有针对水泥混凝土路面病害的水泥基类修复材料主要包括以下几类：1）普通水泥混凝土修补材料，其存在粘结性差，收缩大，造成修补路面耐久性差，破损地方往往需要反复修补，因此很难满足实际需求；2）聚合物改性水泥基修复材料，其存在成本高、对环境污染大及强度低等不足之处；3）普通早强类水泥基修复材料，其存在配方复杂、后期强度存在倒缩以及收缩变形不一致易产生界面裂缝等缺点。

为改善上述问题，专利公开号为cn109626920a公开了一种具有高强度和耐久性能的混凝土路面快速修复材料，所述的快速修复材料由水、水泥、粉煤灰、纤维素纤维、细骨料、碎石、快凝早强组分及减水剂制备而成，其具有高抗压强度和抗弯拉强度，长龄期强度无倒缩；且抗冻性、抗渗性、抗蚀性等耐久性能十分优异。并且专利公开号为cn109250994a公开了一种高速路面快速修复的混凝土修复材料，所述的修复材料包括水、水泥、石英砂、石子、硅灰、减水剂、缓凝剂、聚乙烯醇纤维。上述两个专利与本专利具有如下三处不同点：第一、相比上述传统修复材料，其修复路面后产生的最大裂缝宽度均有所减小，但是，因为碎石的存在，裂缝宽度仍为厘米级，仍远大于本专利的最大裂缝宽度50μm；第二、由于纤维素纤维以及聚乙烯醇纤维价格远高于原生纤维，所以该类专利的成本高于本专利；第三、该类专利所用修补材料仍属于混凝土范畴，而混凝土是脆性材料，其韧性差、抗拉强度和黏结强度较低、弹性模量高而变形能力差，将其用于混凝土路面修补，容易造成界面黏结不牢、开裂而导致混凝度路面再度损坏等质量问题。而本专利使用原生纤维水泥基复合材料作为修补材料，该材料是以水泥砂浆为基体（不含粗骨料），以剑麻纤维、苎麻纤维等原生植物纤维为增强体，加入细砂、粉煤灰、化学助剂和水经复合工艺构成的复合材料，由于其制备成分中没有掺入粗骨料，因此该材料有别于传统的混凝土，属于水泥类范畴。相比传统混凝土，该水泥基复合材料韧性以及抗拉强度等力学性能均有所提高。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种使用原生纤维水泥基修补材料修复混凝土路面的方法，该方法能够适用于多种混凝土路面破损修补、施工简便快捷。

本发明的技术方案在于：一种使用原生纤维水泥基修补材料修复混凝土路面的方法，包括以下步骤：

步骤1，根据现场情况，按照原生纤维水泥基修补材料的比例范围设计合适的配比，施工开始前先进行水泥基复合材料的配合比实验，并进行实验验证，得到水泥基复合材料的最优配合比；

步骤2，旧水泥混凝土路面碎石化，即通过冲击设备一次性将整体水泥混凝土路面板破碎为碎块，使路面板由整体工作状态转化为粒料类结合体工作状态；

步骤3，路面破碎完成后，用z型压路机压实1～2遍，压实速度不允许超过5km/h，必要时需洒水作业；

步骤4，根据水泥基复合材料的最优配合比制备原生纤维水泥基复合材料，浇筑并振捣抹平；

步骤5，1小时后进行盖土工布洒水养护。

进一步地，所述步骤4中，浇筑并振捣抹平时，原生纤维水泥基修补材料从出料到振捣结束并抹平的时长控制在20分钟以内。

进一步地，所述原生纤维水泥基修补材料包括如下重量比的组分：水280-300kg/m³；水泥310-330kg/m³；细砂680-700kg/m³；粉煤灰680-700kg/m³；原生纤维24-28kg/m³；减水剂10-15kg/m³；粘合剂0.15-0.18kg/m³。

进一步地，所述水泥为强度42.5级的普通硅酸盐水泥。

进一步地，所述细砂级配为：尺寸为1.18mm的方孔筛，细砂通过率为100%，尺寸为0.6mm的方孔筛，细砂通过率为44.6%，尺寸为0.3mm的方孔筛，细砂通过率为10.8%，尺寸为0.15mm的方孔筛，细砂通过率为0%

进一步地，所述粉煤灰为ⅰ级粉煤灰，45μm筛余量不大于12%，需水量比不大于95%，主要活性化学成分是sio2与al2o3。

进一步地，所述减水剂为聚羧酸减水剂，其减水率大于20%；所述粘合剂为羟丙基甲基纤维素。

进一步地，所述原生纤维的直径为30~40μm，长度为10~20mm，弹性模量为15~30gpa，延伸率为6~8%。

进一步地，所述原生纤维包括苎麻纤维、亚麻纤维、剑麻纤维、罗布麻纤维、棉纤维中的任意一种或几种。

进一步地，所述步骤4中，原生纤维水泥基复合材料的制备包括以下步骤：首先在搅拌机中依次投入水泥、粉煤灰和细砂，预搅拌2min；然后将粘合剂羟丙基甲基纤维素粉末均匀的洒在经预搅拌的拌料中，边搅拌边洒粉末，搅拌5min；将水和减水剂逐渐加入干混合物中，直至产生均匀的混合物；逐渐加入原生纤维再继续混合3min，直至纤维均匀分散即可。

与现有技术相比较，本发明具有以下优点：

第一、由于裂缝间的纤维提供桥联应力，承受荷载和吸收能量，因此该原生纤维水泥基复合材料不同于普通混凝土，具有独特的应变硬化特性和超强的韧性，其拉应变值大于3%，显著改变了传统水泥混凝土路面的脆性特征，克服了材料脆性导致的混凝土路面断板、冲断现象，并且由于其自身良好延性，能和旧混凝土路面有良好的一体性；

第二、该原生纤维水泥基复合材料呈现出多缝开裂的特点，材料第一条裂缝开始产生后并不会像普通混凝土路面那样逐渐扩大直至贯穿，而是裂缝数量不断增多，裂缝的宽度却不会明显增长，最后当纤维的桥联应力不足以产生新裂缝时，某一条裂缝局部扩大达到极限应变，试件才会被拉断，其饱和状态的多点开裂裂缝宽度小于50μm，因此其优异的裂缝控制能力非常有利于混凝土路面对裂缝宽度控制的要求；

第三、由于该水泥基复合材料的配比中原生纤维替代钢纤维、pva纤维等起桥联作用，大大降低传统水泥基复合材料的成本；

第四、该水泥基复合材料抗压强度达到35-45mpa，抗拉强度达到4-5mpa，其力学性质良好，满足路面修复使用后的性能要求。

本发明的路面快速修复方法现场施工操作简单，水泥基修补材料凝结时间短，机械强度高且强度上升快，具有应变-硬化性能和超强的韧性，及多缝开裂的特点，使用该材料对破损路面进行修复，可以改善普通混凝土路面由于自身脆性导致的断板，冲断现象，避免宽大裂缝出现，其耐久性以及使用寿命比普通混凝土有大幅提高，并且养护时间短，通车快，适合应用于高速路面、桥梁路面、机场路面以及农村公路等各种工程抢修中。

附图说明

图1为本发明的采用原生纤维水泥基复合材料快速修复后的高速路面结构；

图中：1、原生纤维水泥基复合材料修复面层2、旧混凝土板破碎层3、原水泥混凝土路面水泥稳定碎石基层4、原水泥混凝土路面级配碎石底基层。

具体实施方式

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下，但本发明并不限于此。

实施例一

一种使用原生纤维水泥基修补材料修复混凝土路面的方法，包括以下步骤：

步骤1，根据气候温度以及现场情况，在施工开始之前设计出原生纤维水泥基复合材料的最优配合比，并进行试验验证，测试凝结时间、机械强度、流动性等指标，配合比根据实际情况进行微调。采用的原生纤维水泥基材料配比为：水280kg/m³；水泥310kg/m³；细砂680kg/m³；粉煤灰700kg/m³；原生纤维28kg/m³；聚羧酸减水剂15kg/m³；粘合剂羟丙基甲基纤维素0.18kg/m³；

步骤2，旧水泥混凝土路面碎石化，即通过多锤头或其他类型冲击设备一次性将整体水泥混凝土路面板破碎为碎块，使路面板由整体工作状态转化为粒料类结合体工作状态；

步骤3，路面破碎完成后，用z型压路机压实1～2遍，压实速度不允许超过5km/h，防止碾压过多导致出现碎石化粉末。必要时需洒水作业，保证破碎层稳定性及平整性，从而实现旧混凝土板由旧面层板向新路面基层转化；

步骤4，根据实际试验验证得到的最优配合比制备原生纤维水泥基浇筑材料，其中水灰比、减水剂和纤维掺加量应根据现场实际情况、以及原生纤维水泥基复合材料的流动性再进行微调；

其中，制备原生纤维水泥基浇筑材料时的水泥基复合材料制备方法为：

首先在搅拌机中依次投入水泥、粉煤灰和细砂，预搅拌2min；然后将粘合剂羟丙基甲基纤维素粉末均匀的洒在经预搅拌的拌料中，边搅拌边洒粉末，搅拌5min；将水和减水剂逐渐加入干混合物中，直至产生均匀的混合物；逐渐加入原生纤维再继续混合3min，直至纤维均匀分散即可；

步骤5：将制备而成的原生纤维水泥基浇筑材料铺筑在旧混凝土破碎层上，及时进行振捣，振捣棒选用插入式，振捣要均匀且充分，因为浇筑材料中加入了纤维，导致流动性比普通混凝土差，而且为了追求强度，本发明的混凝土料水灰比较小，因此振捣过程至关重要，振捣完毕后用摸刀将浇筑材料摸平；

步骤6：根据环境温度，混凝土浇筑完毕后大概1小时左右可以铺土工布并洒水养护，4~6小时之后即可通车。

本实施例中，所述步骤5中，浇筑并振捣抹平时，原生纤维水泥基修补材料从出料到振捣结束并抹平的时长控制在10分钟以内。

本实施例中，所述水泥为强度42.5级的普通硅酸盐水泥。

本实施例中，所述细砂级配为：尺寸为1.18mm的方孔筛，细砂通过率为100%，尺寸为0.6mm的方孔筛，细砂通过率为44.6%，尺寸为0.3mm的方孔筛，细砂通过率为10.8%，尺寸为0.15mm的方孔筛，细砂通过率为0%

本实施例中，所述粉煤灰为ⅰ级粉煤灰，45μm筛余量不大于12%，需水量比不大于95%，主要活性化学成分是sio2与al2o3，与水泥水化产生的氢氧化巧可反应生成胶凝产物，起到密实填充混凝土的作用。

本实施例中，所述减水剂为聚羧酸减水剂，其减水率大于20%，其作用是通过表面物理化学作用使水泥颗粒分散，从而改善基质的流动性、降低用水量。

本实施例中，所述粘合剂为羟丙基甲基纤维素，其作用是提高水泥－砂的分散性，大幅度改善砂浆的可塑性和保水性，对防止裂纹有效果，可增强水泥强度。

本实施例中，所述原生纤维的直径为30~40μm，长度为10~20mm，弹性模量为15~30gpa，延伸率为6~8%。

本实施例中，所述原生纤维为苎麻纤维。

实施例二

一种使用原生纤维水泥基修补材料修复混凝土路面的方法，包括以下步骤：

步骤1，根据气候温度以及现场情况，在施工开始之前设计出原生纤维水泥基复合材料的最优配合比，并进行试验验证，测试凝结时间、机械强度、流动性等指标，配合比根据实际情况进行微调。采用的原生纤维水泥基材料配比为：水290kg/m³；水泥320kg/m³；细砂690kg/m³；粉煤灰690kg/m³；原生纤维26kg/m³；聚羧酸减水剂12kg/m³；粘合剂羟丙基甲基纤维素0.16kg/m³；

步骤2，旧水泥混凝土路面碎石化，即通过多锤头或其他类型冲击设备一次性将整体水泥混凝土路面板破碎为碎块，使路面板由整体工作状态转化为粒料类结合体工作状态；

步骤3，路面破碎完成后，用z型压路机压实1～2遍，压实速度不允许超过5km/h，防止碾压过多导致出现碎石化粉末。必要时需洒水作业，保证破碎层稳定性及平整性，从而实现旧混凝土板由旧面层板向新路面基层转化；

步骤4，根据实际试验验证得到的最优配合比制备原生纤维水泥基浇筑材料，其中水灰比、减水剂和纤维掺加量应根据现场实际情况、以及原生纤维水泥基复合材料的流动性再进行微调；

其中，制备原生纤维水泥基浇筑材料时的水泥基复合材料制备方法为：

首先在搅拌机中依次投入水泥、粉煤灰和细砂，预搅拌2min；然后将粘合剂羟丙基甲基纤维素粉末均匀的洒在经预搅拌的拌料中，边搅拌边洒粉末，搅拌5min；将水和减水剂逐渐加入干混合物中，直至产生均匀的混合物；逐渐加入原生纤维再继续混合3min，直至纤维均匀分散即可；

步骤5：将制备而成的原生纤维水泥基浇筑材料铺筑在旧混凝土破碎层上，及时进行振捣，振捣棒选用插入式，振捣要均匀且充分，因为浇筑材料中加入了纤维，导致流动性比普通混凝土差，而且为了追求强度，本发明的混凝土料水灰比较小，因此振捣过程至关重要，振捣完毕后用摸刀将浇筑材料摸平；

步骤6：根据环境温度，混凝土浇筑完毕后大概1小时左右可以铺土工布并洒水养护，4~6小时之后即可通车。

本实施例中，所述步骤5中，浇筑并振捣抹平时，原生纤维水泥基修补材料从出料到振捣结束并抹平的时长控制在15分钟以内。

本实施例中，所述水泥为强度42.5级的普通硅酸盐水泥。

本实施例中，所述细砂级配为：尺寸为1.18mm的方孔筛，细砂通过率为100%，尺寸为0.6mm的方孔筛，细砂通过率为44.6%，尺寸为0.3mm的方孔筛，细砂通过率为10.8%，尺寸为0.15mm的方孔筛，细砂通过率为0%

本实施例中，所述粉煤灰为ⅰ级粉煤灰，45μm筛余量不大于12%，需水量比不大于95%，主要活性化学成分是sio2与al2o3，与水泥水化产生的氢氧化巧可反应生成胶凝产物，起到密实填充混凝土的作用。

本实施例中，所述减水剂为聚羧酸减水剂，其减水率大于20%，其作用是通过表面物理化学作用使水泥颗粒分散，从而改善基质的流动性、降低用水量。

本实施例中，所述粘合剂为羟丙基甲基纤维素，其作用是提高水泥－砂的分散性，大幅度改善砂浆的可塑性和保水性，对防止裂纹有效果，可增强水泥强度。

本实施例中，所述原生纤维的直径为30~40μm，长度为10~20mm，弹性模量为15~30gpa，延伸率为6~8%。

本实施例中，所述原生纤维为苎麻纤维、亚麻纤维、剑麻纤维中的任意一种或几种。

实施例三

一种使用原生纤维水泥基修补材料修复混凝土路面的方法，包括以下步骤：

步骤1，根据气候温度以及现场情况，在施工开始之前设计出原生纤维水泥基复合材料的最优配合比，并进行试验验证，测试凝结时间、机械强度、流动性等指标，配合比根据实际情况进行微调。采用的原生纤维水泥基材料配比为：水280kg/m³；水泥310kg/m³；细砂680kg/m³；粉煤灰680kg/m³；原生纤维24kg/m³；聚羧酸减水剂10kg/m³；粘合剂羟丙基甲基纤维素0.15kg/m³；

步骤2，旧水泥混凝土路面碎石化，即通过多锤头或其他类型冲击设备一次性将整体水泥混凝土路面板破碎为碎块，使路面板由整体工作状态转化为粒料类结合体工作状态；

步骤3，路面破碎完成后，用z型压路机压实1～2遍，压实速度不允许超过5km/h，防止碾压过多导致出现碎石化粉末。必要时需洒水作业，保证破碎层稳定性及平整性，从而实现旧混凝土板由旧面层板向新路面基层转化；

步骤4，根据实际试验验证得到的最优配合比制备原生纤维水泥基浇筑材料，其中水灰比、减水剂和纤维掺加量应根据现场实际情况、以及原生纤维水泥基复合材料的流动性再进行微调；

其中，制备原生纤维水泥基浇筑材料时的水泥基复合材料制备方法为：

首先在搅拌机中依次投入水泥、粉煤灰和细砂，预搅拌2min；然后将粘合剂羟丙基甲基纤维素粉末均匀的洒在经预搅拌的拌料中，边搅拌边洒粉末，搅拌5min；将水和减水剂逐渐加入干混合物中，直至产生均匀的混合物；逐渐加入原生纤维再继续混合3min，直至纤维均匀分散即可；

步骤5：将制备而成的原生纤维水泥基浇筑材料铺筑在旧混凝土破碎层上，及时进行振捣，振捣棒选用插入式，振捣要均匀且充分，因为浇筑材料中加入了纤维，导致流动性比普通混凝土差，而且为了追求强度，本发明的混凝土料水灰比较小，因此振捣过程至关重要，振捣完毕后用摸刀将浇筑材料摸平；

步骤6：根据环境温度，混凝土浇筑完毕后大概1小时左右可以铺土工布并洒水养护，4~6小时之后即可通车。

本实施例中，所述步骤5中，浇筑并振捣抹平时，原生纤维水泥基修补材料从出料到振捣结束并抹平的时长控制在20分钟以内。

本实施例中，所述水泥为强度42.5级的普通硅酸盐水泥。

本实施例中，所述细砂级配为：尺寸为1.18mm的方孔筛，细砂通过率为100%，尺寸为0.6mm的方孔筛，细砂通过率为44.6%，尺寸为0.3mm的方孔筛，细砂通过率为10.8%，尺寸为0.15mm的方孔筛，细砂通过率为0%

本实施例中，所述粉煤灰为ⅰ级粉煤灰，45μm筛余量不大于12%，需水量比不大于95%，主要活性化学成分是sio2与al2o3，与水泥水化产生的氢氧化巧可反应生成胶凝产物，起到密实填充混凝土的作用。

本实施例中，所述减水剂为聚羧酸减水剂，其减水率大于20%，其作用是通过表面物理化学作用使水泥颗粒分散，从而改善基质的流动性、降低用水量。

本实施例中，所述粘合剂为羟丙基甲基纤维素，其作用是提高水泥－砂的分散性，大幅度改善砂浆的可塑性和保水性，对防止裂纹有效果，可增强水泥强度。

本实施例中，所述原生纤维的直径为30~40μm，长度为10~20mm，弹性模量为15~30gpa，延伸率为6~8%。

本实施例中，所述原生纤维包括苎麻纤维、亚麻纤维、剑麻纤维、罗布麻纤维、棉纤维中的任意一种或几种。

采用上述方法修复后的高速路面结构结构包括自下而上依次设置的原水泥混凝土路面级配碎石底基层、原水泥混凝土路面水泥稳定碎石基层、旧混凝土板破碎层，所述旧混凝土板破碎层的上侧铺设有原生纤维水泥基复合材料修复面层。所述原水泥混凝土路面级配碎石底基层的厚度为20cm，所述原水泥混凝土路面水泥稳定碎石基层的厚度为20cm，所述旧混凝土板破碎层厚度取决于现场修复路段的实际面层厚度，所述原生纤维水泥基复合材料修复面层厚度为20cm。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员而言，根据本发明的教导，设计出不同形式的一种路面快速修复使用的原生纤维水泥基复合材料及其施工方法并不需要创造性的劳动，在不脱离本发明的原理和精神的情况下凡依本发明申请专利范围所做的均等变化、修改、替换和变型，皆应属本发明的涵盖范围。