摘要
采用快硬早强水泥制备新型快硬早强混凝土，在浇筑90min后抗压强度即可达20MPa，应用性能及强度、耐久性等都与标准路面混凝土基本相同，因此，使用标准混凝土滑模摊铺机即可铺设这种新型快硬早强混凝土。通过这一技术，可以实现在夜班工作的6h内完成㎡的混凝土路面铺设，可在不影响建筑设施日常服务功能的前提下进行维护和更新。通过使用外加剂，可以调整快硬早强混凝土的和易性与流动性，以适用于不同的环境温度以及常规混凝土的施工要求。主要阐述了快硬早强混凝土搅拌、浇筑和表面处理的技术及其应用，介绍了应用快硬早强混凝土对服役中的路面进行更新翻修的几个实际案例。此外，还介绍了使用卧式双轴搅拌机进行标准配料以及使用移动卡车进行定量配料的工艺。
关键词
快硬早强混凝土
大规模更新
滑模摊铺机
机场跑道
高速公路
混凝土是目前用途最广、用量最大的建筑材料之一。大型水坝、高层建筑和大跨度桥梁是混凝土在世界各地大量使用的典型案例。此外，混凝土还应用于高速公路和机场跑道。工程实践表明，许多混凝土结构在施工后30~50年内就需要付出高昂的维修和保养费用。甚至在某些情况下，拆除和重建受损结构是最有效和最经济的方式。然而，拆除和重建不能应用于道路和机场跑道的维修，一般采用快硬早强混凝土，使高速公路或机场跑道在维修施工完成几个小时后就可以满足通行要求，再次投入使用。本文介绍了一种快硬早强混凝土，它可以满足快速维修、更新高速公路和机场跑道的要求。并简要讨论了其在不同工程中的应用案例。
快硬早强混凝土
材料及配合比
快硬早强混凝土早期尝试以硅酸盐水泥作为主要胶凝材料。通过细磨水泥，改变熟料中C3S与C2S的比例以及添加化学外加剂来加快水泥的水化速度[1-4]。这样可以显著加快混凝土的硬化，但早期水化热的释放通常会引起由于热收缩而形成的早期裂缝，而且很难精确控制新拌混凝土的必要暴露时间。在新型快硬早强混凝土中，硅酸盐水泥部分或全部被不同矿物掺合料取代。制备新型混凝土的主要目的是使其满足早期强度的要求，并保持甚至提高其耐久性。苏黎世Concretum公司研发了一种快硬早强混凝土。这种新型混凝土的胶凝材料为硫铝酸钙(CSA)水泥和硅酸盐水泥的混合物。为了控制混凝土的强度发展并提高长期耐久性，还添加了其他矿物材料。在很多情况下，机场部分跑道或某段高速公路在夜间可以关闭6~8h。在此期间，要拆除、运走旧的损坏混凝土，浇筑、压实新的快硬早强混凝土，并完成表面处理。显然，要完成这些工作量必须有必要的机械设备，如充足的混凝土搅拌机和滑模摊铺机。通过改变减水剂和缓凝剂的用量，可以在施工过程中精确调节混凝土的流动性和稠度[5]。
Concretum快硬早强混凝土的主要原材料为：ConcretumQ-FLASHcem水泥，是一种快速硬化水泥，ConcretumAG公司的专利产品；粒径1~32mm骨料；ConcretumQ-FLASHsp减水剂、ConcretumQ-FLASHret缓凝剂，均为ConcretumAG公司的专利产品。Concretum快硬早强混凝土配合比见表1。
凝结时间
混凝土在凝结之前需要有足够长的时间，完成在附近混凝土工厂搅拌、运输到施工现场并且在凝结开始之前完成浇筑和表面处理，这一点在采用快硬早强混凝土进行大规模修复时尤其重要。可通过在混凝土拌合物中添加特制的缓凝剂来实现，以确保新拌混凝土在硬化反应开始之前具有稳定的和易性。缓凝剂的用量主要取决于新拌混凝土的温度以及所需的暴露时间。通过这种方式，混凝土的暴露时间可精确调节在45~min，而且混凝土的温度可以在5~30℃变化。这可以表明，快硬早强混凝土可以全年用于各种不同的项目以及不同的气候区域。且混凝土的暴露时间可以非常精确地控制在±5min内，甚至可以通过改变缓凝剂的用量在项目期间进行调整。
稠度和压实性
快硬早强混凝土也可获得与普通混凝土相同的稠度，该稠度通过坍落度试验测得。可通过掺加一定量的减水剂来调整快硬早强混凝土的压实性。采用松铺系数来表示路面的压实性，松铺系数的标准值为1.04~1.10(机器铺设)和1.26~1.35(人工铺设)。将减水剂掺入快硬早强水泥中，即使在水灰比低至0.32时，拌合物也可获得良好的和易性。这样快硬早强混凝土就可以采用与普通混凝土相同的设备和铺设方法进行施工。
强度发展
与普通混凝土相比，快硬早强混凝土的主要区别在于早期强度较高。这种新型水泥的水化反应分2个阶段进行：第1阶段在快硬早强混凝土的拌合物(主要是CSA水泥)凝结后的前几个小时内，能产生较高的早期强度；第2阶段将持续数天，以进一步提高强度并形成致密和持久的结构。
表2为快硬早强混凝土不同龄期的强度，其中抗压强度采用mm×mm×mm立方体试件进行测试，抗折强度采用mm×mm×mm小梁试件进行测试。
水化热
与硅酸盐水泥相比，快硬早强水泥的水化热非常低。在大体积混凝土构件中测得的中心最高温度为25℃。这意味着在冷却期间不存在形成热裂纹的风险。预计这种快硬早强水泥水化释放的热量低于J/g。
收缩
快硬早强水泥的收缩率非常低，即使在标准气候条件下(温度20℃、相对湿度50%)干燥3个月后，测得的收缩率仍低于0.02%。这可以表明，快硬早强混凝土在相对湿度发生变化的自然环境下，也具有良好的耐久性。
快硬早强混凝土在工程中的应用案例
奥地利格拉茨附近位于费尔德基的一段A2高速公路的维修
本工程目标是在夜间8h内，使用快硬早强混凝土将奥地利A2高速公路位于费尔德基的受损部分替换，宽度为3.5m，长度为50m。该项目由当地一家建筑公司和奥地利高速公路管理局(ASFINAG)合作完成。在整个施工过程中，高速公路的另外1条正常车道仍在照常运行。表3为整个施工过程的时间表。快硬早强混凝土在附近的常规混凝土搅拌站中进行制备，通过常规自卸车运输新拌混凝土，最后通过滑模摊铺机将新拌混凝土浇筑并压实(见图1)。
巴黎戴高乐机场受损区域的维修
另一个需要快速更换损坏混凝土板的案例是维修机场跑道的受损区域[6]。在这个案例里，距离最近的混凝土搅拌站太远，因此使用了特殊的移动配料车。这种配料车有2个独立的集料仓、2个水泥仓和1个水容器。混凝土可以在施工场地旁边随时搅拌。该配料车1h可生产高达15m3的快硬早强混凝土。在这种情况下，新拌混凝土的暴露时间可以控制在40min以内，这对于快硬早强混凝土来说是足够的。新拌混凝土的表面处理使用滚动刮板桁架来完成。图2为专用移动搅拌车以及混凝土表面的压实和处理。
苏黎世机场损坏混凝土板的维修
最后一个案例是维修苏黎世机场的受损混凝土板。板厚mm，面积(35×7)㎡。苏黎世机场的空中交通通常在晚上11：00至早上06：00关闭，在此期间维修工作必须完成。首先，在晚上11：00后将损坏的混凝土板压碎并清除。次日凌晨01：00左右，快硬早强混凝土在附近一家混凝土搅拌站搅拌，同时安装滑模摊铺机。混凝土搅拌站的平板卡车到达施工现场约需要20min。第一批混凝土在凌晨01：15由滑模摊铺机进行浇筑。整个85㎡的平面(如图3所示)完成浇筑、压实以及表面处理大概需要90min。大约凌晨03：00最后一批浇筑的混凝土开始凝结，并在凌晨05：00之前可达到16MPa的抗压强度要求。
结语
快硬早强混凝土的生产、运输、压实和表面处理方式都与传统混凝土非常类似。但是必须严格遵循精确的时间表。浇注90min后快硬早强混凝土的抗压强度就能达到20MPa，该特性使得这种材料非常适用于机场跑道以及密集环流道路的维修。本文中的应用案例表明，损坏的机场跑道可以在几小时内修好，这意味着多数机场的维修措施几乎不会影响正常的空中交通。即使是环流非常密集的高速公路也可以在对交通影响最小的情况下进行维修，这样，交通堵塞可以达到最小化。
全文完。首发于《新型建筑材料》技应用技术版年12期。作者简介：Martinola，男，年生，博士。E-mail：info
concretum.