摘 要:根据清连一级公路升级改造工程项目以及其他工程项目水泥混凝土路面滑模摊铺施工的经验和理论研究,阐述了养生剂对水泥混凝土路面滑模施工质量的影响,为类似工程施工提供参考与借鉴。
关键词:养生剂;水泥混凝土路面;滑模施工;质量影响
我国现在的高等级(含高速)公路大型滑模机械施工的水泥混凝土路面,与施工速度慢的人工施工相比,对养生材料提出了特殊要求。人工施工可以采用围水养生和覆盖养生措施。快速的滑模摊铺施工,每天单幅可施工1 km以上,最多1.6 km,要求路面养生7 d以上,养生面积超过6×104m2,养生用水、运输、劳力和覆盖材料要求过多,采用传统的养生方法无法满足需要。养生剂是滑模摊铺水泥混凝土路面施工工艺中的必备材料和主要养生手段。但是,目前国内对养生剂的介绍资料较少,很多水泥混凝土路面施工技术人员对此有些陌生。因此,对各种养生剂的种类、作用原理、各自的特点以及各种品牌的养生剂对水泥混凝土路面滑模施工质量的影响进行介绍是必要的,希望同行们能高度重视,确保大型滑模机械摊铺水泥混凝土路面的施工质量。
1 水泥混凝土养生剂种类和作用原理
养生剂,又称养护剂或成膜剂。滑模摊铺水泥混凝土路面施工速度快,暴露表面积大,养护的工作量大,世界各国和我国都推荐采用喷洒养生剂这种快速养护新工艺。
1.1 养生剂的种类及主要化学成分与性质介绍
国外目前主要使用的有乳化石蜡型、水玻璃型、聚合物单体树脂乳液型、乳化沥青型等。国内养生剂的化学品种有水玻璃基、石蜡基和聚合物单体树脂基3大类。经试验和工程使用证明:乳化石蜡养生剂保水率最高,为70%~85%,但不耐磨;水玻璃基养生剂保水率为60%左右,但具有表面快速硬化、耐磨性较强的特点;聚合物单体树脂基保水率居中,缺点是成膜前易被雨水冲掉。目前国内没有一种养生剂能达到90%(规范要求值)以上的保水效果。下面分别介绍国内养生剂的化学成分与性质。
(1)水玻璃型。
常用的水玻璃,按其含碱金属的名称分为3类:钠水玻璃(Na2O·nSiO2)、钾水玻璃(K2O·nSiO2)和锂水玻璃(Li2O·nSiO2)。按其物理状态又可以分为固体水玻璃和液体水玻璃。因其水溶液呈碱性,遇酸分解并析出硅酸的胶质沉淀,空气中二氧化碳也能引起其分解,因此限制了它的应用范围。
(2)乳化石蜡型。
乳化石蜡型养生剂中的主要材料是石蜡。石蜡又称矿蜡,是从石油中提炼出来的固体石蜡烃混合物,由多种碳氢化合物,主要是正构烷烃组成,还含有异构烷烃、环烷烃及少量的芳烃。工业石蜡的碳原子数一般为21~26,相对分子质量范围为280~540。纯的石蜡为白色,无臭、无味。含有杂质的石蜡呈黄色,相对密度为0.9,沸点范围为300~350℃,熔点为40~76℃。石蜡易溶于苯、氯仿、石油醚、二磷化碳、四氯化碳等各种矿物油和大多数植物油中,微溶于乙醇、丙酮,不溶于水、甲醇。石蜡的熔点越高,溶解度越小。石蜡的化学性能较为稳定,不易与碱类、无机酸类及卤代烃起作用。在乳化石蜡型养生剂中,石蜡是作为粘结在表面的防护剂。
(3)聚合物单体树脂乳液型。
聚合物单体树脂乳液型养生剂是以聚合物单体树脂作为产品的成膜物质,是代替传统水玻璃等无机成膜物质、实现绿色环保的必然趋势。不饱和烯类单体经自由基引发聚合反应,反应时采用增塑、交联改性工艺,调整软、硬单体的比例,赋予聚合物优异的物理及化学性能。虽然该聚合物在成膜前易被雨水冲掉,但是其成膜后具有耐寒、耐水、耐酸碱、耐溶剂,对氧、臭氧和紫外线稳定等优点,且能在常、低温成膜,施工性能良好,是优异的水泥混凝土界面处理剂。
1.2 养生剂的作用原理
养生剂的主要功能是在表面形成一层不透水的薄膜,阻止水泥混凝土中水分蒸发,改善湿度条件,这是达到水泥混凝土路面养生目的的经济、快速有效的养生新工艺(技术)。
水泥混凝土中的拌和用水量,除了提供水泥水化需要外,有相当一部分是为了提供拌和物润滑,即保证工作性而多加的水。这部分水如果不蒸发的话,被认为是足以保证水泥混凝土自身强度的增长,即满足其养生需要的。
在水泥混凝土路面表面喷洒了养生剂,不同类型养生剂的作用原理不相同,但主要有反应型和非反应型两种。典型的反应型是水玻璃类的养生剂,当其与水泥水化时释放出的Ca(OH)2发生反应,在表层1~3 mm的渗透层范围内快速生成水化硅酸钙,同时封闭孔隙,形成坚硬的耐磨薄膜硬壳,阻止表面水分蒸发和散失。它属于耐磨型的养生剂。对于氯-偏二元高聚物乳液,当乳液中水分蒸发后,两种聚合物靠拢接触,也发生共聚反应,封闭水泥混凝土表面气孔,达到养生目的。其成膜之前在路面上不满足抵抗雨水冲刷的要求,但成膜后具有耐寒、耐水、耐酸碱、耐溶剂,对氧、臭氧和紫外线稳定等优点。乳化石蜡和乳化沥青型养生剂不发生化学反应,当其水分蒸发,乳化颗粒靠拢,只发生脱乳,自身形成封闭薄膜层,达到防止水泥混凝土路面水分蒸发和散失的目的。它属于普通型的养生剂。
2 各种养生剂的特点对比
根据水泥混凝土养生剂种类、化学成分以及作用原理,以及笔者多年的使用经验,对目前我国国内高等级(含高速)公路水泥混凝土路面滑模机械摊铺施工使用的各种养生剂特点对比如下。
2.1 乳化石蜡型
由于石蜡的化学性能较为稳定,不易与碱类、无机酸类及卤代烃起作用,所以决定了乳化石蜡型养生剂不与水泥混凝土发生反应,几乎不影响水泥混凝土表面的工程性质。其保水率相对最高,为70%~85%。乳化石蜡型养生剂成模厚度非常薄,不耐磨;价格最高,市场价格为11 000~13 000元/t。
2.2 聚合物单体树脂乳液型
聚合物单体树脂乳液型养生剂不与水泥混凝土发生反应(只是当乳液中水分蒸发后,两种聚合物靠拢接触时发生共聚反应),几乎不影响水泥混凝土表面的工程性质。其保水率居中。该聚合物在成膜前易被雨水冲刷掉,不适合在雨季使用。但是其成膜后具有耐寒、耐水、耐酸碱、耐溶剂,对氧、臭氧和紫外线稳定等优点,且能在常、低温成膜,施工性能良好,是优异的水泥混凝土界面处理剂。其价格居中,市场价格为8 000~9 600元/t。
2.3 水玻璃型
水玻璃型养生剂喷洒后,在水泥混凝土路面表层1~3 mm的渗透层范围内发生快速生成水化硅酸钙的反应,同时封闭孔隙,形成坚硬的耐磨薄膜硬壳,阻止表面水分蒸发和散失。它属于耐磨型的养生剂。水玻璃型养生剂价格最低,市场价格为2 200~3 000元/t,最容易被施工单位选择使用。然而正是由于其喷洒后在水泥混凝土路面表层1~3 mm的渗透层范围内发生快速生成水化硅酸钙的反应,下层的水泥混凝土却仍然按照常规的水化硅酸钙反应速度进行,使二者的水化硅酸钙反应和强度增长速度不一致。并且水泥混凝土在水化反应过程中产生塑性收缩,使得表层与内部水泥混凝土的塑性收缩不一致。在下层水泥混凝土的凝固过程中,表层1~3 mm范围内的水泥混凝土逐渐向上拱起(尤其在夏季,喷洒养生剂后一段时间内更加明显),向上拱起到一定的程度,表层与下层分离,完工后在车辆及行人的作用下,水泥混凝土路面拱起的表层被压碎而脱落(也就是我们习惯称呼的脱皮)。表层脱落导致其动态平整度差,从而严重影响其行车舒适性与路面的外观质量。
3 部分工程实践的证明
(1)京珠高速公路湖南省境内的湘潭~耒阳段以及耒阳~宜章段全部使用了乳化石蜡养生剂,没有发现水泥混凝土路面表层脱落现象。
(2)湖南省境内的资兴~郴州~桂阳一级公路、桂阳~嘉禾高等级公路全部使用了乳化石蜡养生剂,没有发现水泥混凝土路面表层脱落现象。
(3)清连公路升级改造项目有两个路面标段使用了水玻璃型养生剂,这些标段的水泥混凝土路面表层有脱落现象。然而使用乳化石蜡型与聚合物单体树脂乳液型养生剂的标段,路面没有发现异常情况。
(4)广东省梅河高速公路路面工程第二、第三合同段使用了水玻璃型养生剂,有些路段水泥混凝土路面表层有脱落现象。
(5)部分养生剂生产厂家,如浙江省建德市第一建材厂(交通部发布的水泥混凝土路面养护剂标准JT/T 522-2004的参编单位),早在2001就停止生产水玻璃型养生剂。
4 结语
由于高等级(含高速)公路水泥混凝土路面的表层脱落导致其动态平整度差,从而严重影响其行车舒适性。如果使用水玻璃型养生剂进行高等级(含高速)公路大型滑模摊铺施工水泥混凝土路面的养生,就会出现这种质量问题。笔者通过理论研究与多个项目的实践证明认为:应该淘汰水玻璃型养生剂;聚合物单体树脂乳液型养生剂成膜之前,在路面上由于不满足抵抗雨水冲刷的要求,只能在旱季施工时使用,而在雨季时不得使用;在高等级(高速)公路水泥混凝土路面大型滑模机械施工中,应广泛推荐使用乳化石蜡型养生剂。 |
