浅析成膜剂在高速公路路面施工中的应用

熊瑞忠

摘要: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成膜剂这种快速养护新工艺。文章阐述了水泥混凝土成膜剂种类、养生期间应注意的事项、成膜剂的使用机理,为类似工程施工单位提供参考与借鉴。

关键词:水泥混凝土路面;成膜剂;养生期;聚合物;公路施工

中图分类号:TU561文献标识码:A文章编号:1009-2374(2009)22-0044-02

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1km以上,最多1.6km,要求路面养生7d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。成膜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,目前国内对成膜剂的介绍资料较少,很多水泥混凝土路面施工技术人员对此有些陌生。因此,对各种成膜剂的种类、作用原理、各自的特点以及各种品牌的成膜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。

一、水泥混凝土成膜剂种类

成膜剂,又称养护剂。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成膜剂这种快速养护新工艺。水泥混凝土成膜剂主要有以下几种类型:

(一)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。

(二)乳化石蜡型

乳化石蜡型成膜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0.9g/cm3,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。在乳化石蜡型成膜剂中,石蜡是作为粘结在表面的防护剂。

(三)聚合物单体树脂乳液型

聚合物单体树脂乳液型成膜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。

二、成膜剂的作用原理

成膜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成膜剂,不同类型成膜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成膜剂,当其与水泥水化时释放出的Ca(OH)2发生反应,在表层1~3mm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。它属于耐磨型的成膜剂。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成膜剂不发生化学反应,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。它属于普通型的成膜剂。

三、路面养生中成膜剂的使用

(一)养生期间注意事项

当混凝土面板修整完毕后应进行养生,使路面在开放交通时具有足够的强度和质量。养生期间应注意:

1.防止混凝土面板的水分蒸发和风干产生收缩裂缝。

2.须采取措施减小温度变化,避免混凝土产生温度应力。

3.应控制交通以防止人畜和车辆等损坏混凝土面板的表面。

4.养生时间按混凝土抗弯拉强度达到3.5MPa以上的要求,以试验确定,通常为14d。

5.养生初期为减少水分蒸发,避免阳光照射、风吹、雨淋等,可采用活动网罩全面遮盖。

6.采用洒水湿养时,可用草袋或麻袋覆盖,每天喷湿至少2～3次,也可采用养生剂养生。

(二)使用养生剂养生时应注意的问题

1.养生剂的种类及特点。养生剂主要有溶剂型、乳液型、表面硬化耐磨型及着色型等。国内多采用石蜡基、水玻璃型和聚合物单体树脂基等养生剂。其特点如下:乳化石蜡基养生剂保水率在70%～85%,不耐磨;聚合物单体树脂基保水居中,易被雨淋冲刷掉;水玻璃养生剂保水率仅为60%,硬化快,耐磨性强。

2.加厚喷洒养生剂方式。(1)施工喷洒量为300nd/m2原液;(2)选择先喷水玻璃养生剂300 ml/m2,再喷石蜡基养生剂300ml/m2;(3)喷洒一层养生剂300ml/m2,再覆盖塑料薄膜,采用复合式养护;(4)要求抗折强度保持率大于95%,喷养护剂养生时,强度损失应在5%以内;喷养护剂养生时,强度损失应在10%以内。

3.养生剂的储存稳定性。(1)储存6个月不变质;(2)掺有白色颜料,不沉淀、不结块、不结皮;(3)干燥后,再浸水2h后不得再溶解。

4.喷洒养生剂应注意的问题。(1)使用压力泵(泵压0.5～1.0MPa),配有拉毛养生机,边走边喷,工作压力为0.4～0.8MPa;(2)在混凝土路面接近初凝时喷洒,并注意压缩机压力大小,喷头距路面高低,有风和无风。要求养护剂不被风刮走;但也不能在混凝土表面留下小麻点。人站在上风头,喷头高度在30～50cm,均匀喷洒,不偏喷。(3)夏天喷洒掺有白色颜料的养生剂,冬季喷洒掺有黑色颜料的养生剂。这样,一作为标记,保证不漏喷;二作为夏天反射降温,冬天吸热。要求养生剂的颜色应能褪色。不得稀释喷洒养生剂,也不准用农药喷雾器喷洒。

5.养生时间。根据混凝土弯拉强度增长情况而定,养生时间以混凝土弯拉强度不小于设计弯拉强度的80%为宜,般养生时间为14～27d,不得少于14d,桥面养生不少于2N,掺粉煤灰的混凝土应加强养生,应不少于28d。

四、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。如果使用水玻璃型成膜剂进行高等级(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。通过理论研究与多个项目的实践证明认为:应该淘汰水玻璃型成膜剂;聚合物单体树脂乳液型成膜剂成膜之前,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成膜剂。

参考文献

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