摘要
针对传统路面修补材料开放交通时间长、耐久性不足等问题，本研究开发了一系列基于石灰的快速修补材料体系。通过优化石灰基胶凝材料复合体系、调控早期水化动力学、引入功能性外加剂等技术手段，实现了修补材料在1-2小时内达到开放交通强度要求。系统研究了材料的早期力学性能发展规律、新老界面粘结机理及长期耐久性，形成了涵盖材料设计、施工工艺、质量控制的全套技术方案，并在多个实际工程中成功应用。

一、快速修补技术需求与材料设计原理

1. 工程需求分析

开放交通时间：城市道路≤2小时，高速公路≤4小时

早期强度：1小时抗压强度≥5MPa，2小时≥10MPa

界面粘结强度：≥1.5MPa（28天）

耐久性：与基层协调变形，抗剥落、抗渗、抗冻融

2. 材料设计原则

多组分协同：石灰-硫铝酸盐水泥-石膏三元体系

水化调控：早强剂与缓凝剂复配使用

体积稳定性：微膨胀补偿收缩

施工和易性：自流平或易压实特性

3. 核心技术突破

石灰的活化效应：激发工业废渣活性，促进早期强度

水化热调控：避免温度应力导致的微裂缝

新老界面处理：化学-机械双重结合机制

二、关键材料体系与性能优化

1. 超早强石灰基修补材料

配比设计：

快硬硫铝酸盐水泥：40%-50%

石灰（消解完全）：15%-20%

石膏：3%-5%

石英砂（级配优化）：25%-35%

聚羧酸减水剂：0.5%-1.0%

促凝剂（锂盐类）：0.1%-0.3%

性能指标：

初凝时间：15-25分钟

1小时抗压强度：5-8MPa

2小时抗压强度：10-15MPa

28天抗压强度：40-50MPa

2. 聚合物改性石灰修补材料

配比创新：

石灰-粉煤灰体系：60%-70%

丁苯乳液（固体含量）：5%-8%

可再分散乳胶粉：1%-2%

纤维素醚：0.1%-0.3%

性能特点：

柔韧性好，变形能力提升50%

粘结强度：2.0-2.5MPa

抗冲击性：提高3-5倍

适合桥头跳车等特殊部位修补

3. 自流平石灰基修补材料

关键技术：

超塑化剂组合：聚羧酸+三聚氰胺系

稳定剂：膨润土与硅灰复合

消泡剂：有机硅类

流平性：坍落扩展度≥550mm

应用优势：

无需振捣，施工简便

表面平整度高

适合大面积薄层修补

三、新老界面粘结机理研究

1. 界面处理技术

物理处理：

高压水射流（压力20-30MPa）

喷砂处理（粗糙度0.5-1.0mm）

界面剂预涂布

化学处理：

硅烷偶联剂处理

环氧树脂界面剂

水泥基渗透结晶材料

2. 界面微观结构分析
   SEM-EDS研究显示：

机械咬合：新料灌入旧料孔隙深度可达2-5mm

化学结合：界面区水化产物交织生长

过渡区特性：宽度15-25μm，硬度梯度平缓

薄弱环节：旧料表层碳化层影响结合强度

3. 粘结强度发展规律

早期（0-24小时）：化学粘结为主，强度增长快

中期（1-7天）：机械咬合作用逐渐增强

长期（28天后）：化学与机械作用达到平衡

影响因素：界面湿度、温度、清洁度影响显著

四、施工工艺与质量控制

1. 快速施工工艺流程

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病害诊断 → 切缝开槽 → 界面处理 → 材料拌和 → 快速摊铺 →
压实整平 → 养护 → 开放交通
2. 关键工艺参数

切缝深度：修补厚度1.2-1.5倍

槽壁垂直度：≥85°，增强机械咬合

界面含水率：饱和面干状态最佳

环境温度：5-35℃，超出需采取控温措施

拌和时间：干拌30s，湿拌90-120s

3. 质量控制要点

材料称量精度：±1%

工作性控制：坍落度或扩展度实时监测

压实控制：相对压实度≥98%

养护措施：前2小时防止水分蒸发

强度检测：现场快速检测方法建立

五、长期性能与耐久性

1. 力学性能演变

强度发展：28天达到设计强度，90天继续增长10%-20%

模量匹配：修补材料模量与基层协调，避免应力集中

疲劳性能：200万次循环加载后强度损失<10%

蠕变特性：90天徐变系数0.8-1.2

2. 耐久性能测试

冻融循环：100次循环质量损失<2%，强度损失<15%

干湿循环：50次循环无可见裂缝，粘结强度保持率>85%

耐磨性：磨耗值≤1.5kg/m²（28天）

抗渗性：渗透系数≤10⁻¹⁰m/s

3. 体积稳定性

早期收缩：24小时收缩<200με

干燥收缩：28天收缩<400με

温度变形：线膨胀系数8-12×10⁻⁶/℃

协调变形：与旧混凝土变形差<20%

六、工程应用案例

1. 高速公路路面坑槽快速修补

项目背景：京沪高速某段，重载交通，日交通量>5万辆

修补要求：夜间施工，4小时内开放交通

应用方案：超早强石灰基材料，厚度8cm

应用效果：

施工时间：2.5小时（含准备与养护）

开放交通：3小时后开放

使用性能：6个月后观测，修补完好率100%

经济效益：较传统沥青修补成本降低30%

2. 市政道路交叉口车辙修补

问题特征：红绿灯处，制动启动频繁，车辙深度5-8cm

技术难点：抗剪切要求高，开放时间要求严

解决方案：聚合物改性石灰基材料+界面强化处理

实施效果：

抗剪强度：2.8MPa（28天）

变形恢复：车辙深度增加<2mm（6个月）

交通影响：分车道夜间施工，影响最小化

3. 桥梁伸缩缝过渡段修补

特殊要求：承受反复伸缩变形，防水要求高

技术方案：柔性石灰基材料+防水体系

长期观测：

变形适应性：经过四季温度循环无脱空

防水性能：未见水下渗

耐久性：使用2年无需再次维修

七、经济性与社会效益分析

1. 全寿命周期成本分析

直接成本：材料与人工费，较传统方法高15%-25%

间接成本：交通管制、用户延误成本，降低50%-70%

养护成本：维修周期延长2-3倍，养护费用降低40%-60%

综合效益：全寿命周期成本降低20%-30%

2. 社会效益评估

交通影响：施工时间缩短60%-80%，减少拥堵

安全提升：快速恢复路面平整度，减少事故风险

资源节约：利用工业废渣，减少自然资源消耗

环境友好：碳排放较传统方法降低30%-40%

3. 推广应用价值

适用范围：高速公路、国省干线、市政道路、机场道面

适用病害：坑槽、车辙、裂缝、剥落等

施工条件：各种气候条件，特殊时段（夜间、低温）

发展趋势：向智能化、标准化、机械化发展

八、标准规范与技术推广

1. 标准体系构建

材料标准：《路面快速修补用石灰基材料技术要求》

设计指南：《石灰基快速修补结构设计方法》

施工规程：《快速修补施工技术规范》

验收标准：《快速修补工程质量检验评定标准》

2. 技术培训体系

理论培训：材料机理、设计方法、施工要点

实操培训：现场演示、实际操作、故障排除

认证制度：施工人员持证上岗

继续教育：新技术、新工艺更新培训

3. 设备配套开发

快速拌和设备：移动式、连续式拌和站

专用摊铺设备：小型化、精准控制

质量检测设备：现场快速检测仪器

养护设备：自动喷淋、保温覆盖系统

九、结论与展望
研发的石灰基快速修补材料体系成功实现了1-2小时开放交通的技术突破，各项性能指标满足工程要求。

通过界面粘结机理的深入研究，建立了完整的施工工艺和质量控制体系，保证了修补工程的长期效果。

工程应用表明，该技术具有显著的技术经济优势，特别适合交通繁忙路段和特殊时段的快速维修。

石灰基快速修补材料的成功研发和应用，为路面养护维修提供了新的技术选择，推动了养护技术的进步。

随着我国公路网进入大规模养护期，快速修补技术的需求日益迫切。石灰基快速修补材料以其优异的性能和良好的经济性，必将在未来道路养护中发挥重要作用。下一步需要进一步完善材料体系、开发配套设备、制定标准规范，推动该技术的规模化应用，为保障路网畅通、提升服务水平做出更大贡献。