摘要
面对道路突发事件（如灾害损毁、重型车辆碾压破坏等）和日益增长的交通压力对快速恢复通行的迫切需求，开发高性能快速修复材料与技术至关重要。本研究针对石灰基材料早期强度发展慢的传统缺陷，通过复合胶凝体系设计、纳米材料改性及施工工艺创新，研发了一系列具有超高早期强度、优异界面粘结性能和良好施工和易性的石灰基快速修复材料。系统研究了其水化硬化机理、长期耐久性及现场应用工艺，为道路应急抢修提供了高效可靠的技术方案。
一、快速修复的技术需求与材料设计目标
道路快速修复通常要求在2-4小时内开放交通，对材料性能提出了极高要求：
超高早期强度：1-2小时抗压强度需达到5-10MPa，满足早期荷载需求。
优异的粘结性能：与新老混凝土或沥青路面牢固结合，抗剪强度≥2.0MPa。
良好的体积稳定性：低收缩、微膨胀，避免界面脱空与反射裂缝。
便捷的施工性能：自流平或易压实，适应复杂工况与有限作业时间。
足够的长期耐久性：修复后区域性能与旧路面协调，使用寿命长。
二、复合胶凝体系设计与早强机理
突破传统石灰-火山灰体系反应慢的限制，研发了以硫铝酸盐水泥（SAC）与石灰复合为核心的新型胶凝体系。
配比设计：SAC（40%-50%）、石灰（15%-20%）、石膏（3-5%）及适量活性矿物掺合料。石灰在此体系中不仅提供碱性与部分胶凝性，更重要的是调节SAC的水化历程，抑制早期过快的反应热，改善体积稳定性。
早强机理：SAC中的无水硫铝酸钙（C₄A₃Š）迅速水化生成钙矾石（AFt），提供瞬时强度；石灰提供的高碱环境持续激发体系活性，保证强度持续增长。该体系可实现1小时抗压强度≥5MPa，4小时≥15MPa，且后期强度不倒缩。
三、纳米材料改性提升综合性能
为改善修复材料的脆性、收缩性及界面性能，引入功能性纳米材料：
纳米SiO₂（掺量1%-2%）：作为高活性晶核，加速水化，同时填充纳米孔隙，提高密实度与早期强度。
碳纳米纤维（CNF）（掺量0.05%-0.1%）：在基体中形成三维网络，显著提高材料的抗折强度与韧性，抑制微裂纹产生。
聚合物乳液（如SBR，固含量5%-8%）：在硬化过程中形成聚合物膜，增强柔韧性、粘结性与抗渗性。
四、界面处理与粘结增强技术
新旧界面是修复工程的最薄弱环节。研究提出了“物理凿毛+化学活化+界面剂强化”的复合处理技术：
高压水射流（压力20-30MPa）或抛丸处理：创造清洁、粗糙的粘结面。
界面化学活化：涂刷低浓度水玻璃或硅烷偶联剂溶液，提高旧混凝土表面活性。
高性能界面剂：采用环氧改性水泥基浆料或柔性聚合物砂浆作为过渡层，确保应力平顺传递。通过此技术，可实现新旧材料界面粘结强度≥2.5MPa，达到本体破坏。
五、施工工艺与现场应用关键技术
针对应急工程特点，开发了成套快速施工工艺：
病害快速诊断与处治设计：利用探地雷达等无损检测技术快速评估损坏范围与深度。
模块化材料供应：将修复材料预混成干粉料，现场仅需加水搅拌，确保质量均一与快速响应。
高效摊铺与压实：对于大面积修复，采用小型摊铺机；对于坑槽，采用自流平材料或专用补坑设备。压实后立即覆盖保水薄膜。
强度发展与开放交通决策：配备现场无核密度仪、贯入仪等快速检测设备，实时评估强度发展，科学决策开放交通时机。
六、长期耐久性与协调性验证
通过加速试验验证修复材料的长期性能：
冻融循环（100次）：质量损失<2%，相对动弹性模量>85%。
干湿循环（50次）：无可见裂缝，粘结强度保持率>90%。
耐磨性：磨耗值≤1.5 kg/m²。
协调变形能力：通过有限元模拟与实物测试，证明修复区域与旧路面的模量匹配、热膨胀系数接近，有效避免了应力集中与反射裂缝。
七、工程示范与经济性分析
示范工程：在京沪高速某段重型车辙紧急修复中，应用本技术。晚间22:00封闭作业，采用快速修复材料处治深度8cm，面积50m²。凌晨1:00检测强度达标，3:00开放交通，将对交通的影响降至最低。6个月后回访，修复区域平整无变形，无反射裂缝。
经济性分析：虽然快速修复材料单方成本较普通材料高30%-50%，但其带来的综合效益显著：
交通中断损失最小化：减少社会车辆延误带来的巨大经济损失。
养护作业效率最大化：施工窗口期短，人工与设备占用成本低。
全寿命周期成本优化：优异的耐久性减少了反复维修的次数与费用。
八、结论与展望
本研究成功开发了满足道路应急抢修苛刻要求的石灰基快速修复材料体系与成套技术。通过复合胶凝体系设计与纳米改性，实现了早期强度、界面粘结与长期耐久性的协同提升。该技术特别适用于高速公路、城市主干道、机场跑道等对通车时间要求极高的场合。未来研究可进一步探索：智能自感知修复材料的开发；基于物联网的远程诊断与修复决策支持系统；极端环境（超低温、雨季）下的适用性技术；以及制定相应的国家标准与施工指南，推动该技术的规范化与规模化应用。
