橡膠粉水泥壓漿材料路用性能試驗(yàn)研究

崔美莉　高遠(yuǎn)東

摘要：以橡膠粉水泥壓漿材料為研究對(duì)象，對(duì)其典型配合比下的凝結(jié)時(shí)間、抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、體積收縮率及抗凍性能等路用性能進(jìn)行詳細(xì)的研究，并擬合相關(guān)指標(biāo)函數(shù)方程，分析其變化規(guī)律。結(jié)果表明：不同養(yǎng)護(hù)條件下的橡膠粉水泥壓漿材料的凝結(jié)時(shí)間及早期強(qiáng)度均滿足規(guī)范的要求；室外自然養(yǎng)護(hù)的橡膠粉水泥壓漿材料具有較好的脹縮性能；室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的橡膠粉水泥壓漿材料具有更好的抗凍性能。

關(guān)鍵詞：橡膠粉；壓漿材料；路用性能；養(yǎng)護(hù)條件

中圖分類號(hào)：U418.6文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Abstract： The properties， including setting time， compressive strength， flexural strength， volume shrinkage and frost resistance of mudjacking material consisting of rubber powder and cement were studied， and the changes of such indicators were analyzed by fitting relevant function equation. The results show that the setting time and early strength of the mudjacking material under different curing conditions meet the requirements of specifications； better expansion and contraction performance is acquired under outdoor natural curing； indoor standard curing provides better frost resistance.

Key words： rubber powder； mudjacking material； pavement performance； curing condition

0引言

隨著中國(guó)經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，公路交通量急劇增加，汽車軸載日益重型化，加之外界環(huán)境、不利氣候的耦合作用，造成水泥混凝土路面出現(xiàn)錯(cuò)臺(tái)、裂縫、唧泥、斷板和破碎現(xiàn)象[18]，這些病害都與板底脫空有著直接關(guān)系。因此，必須對(duì)板底脫空處進(jìn)行及時(shí)的修補(bǔ)，壓漿處治就是較為常見的一種修補(bǔ)手段。

現(xiàn)階段關(guān)于板底脫空壓漿處治的研究比較多，但主要集中于壓漿材料類型、配合比選取及壓漿工藝的選擇上，而對(duì)于最優(yōu)配合比下的壓漿材料性能沒有作詳盡的研究[914]。本文在歸納總結(jié)相關(guān)研究現(xiàn)狀和發(fā)展動(dòng)態(tài)的基礎(chǔ)上，選取橡膠粉壓漿材料作為研究對(duì)象，對(duì)其典型配合比下的路用性能進(jìn)行詳細(xì)研究，為工程應(yīng)用實(shí)踐提供技術(shù)支持。

1試驗(yàn)方案

1.1原材料

（1）水泥。為了提高硬化漿體的強(qiáng)度， 特別是早強(qiáng)強(qiáng)度，選用C42硅酸鹽水泥。

（2）砂。砂的作用在于提高漿體強(qiáng)度， 減少漿體收縮，降低水泥用量，但大粒徑的砂粒易產(chǎn)生離析泌水。為此試驗(yàn)選用特細(xì)砂， 細(xì)度模數(shù)為1.21， 最大粒徑小于 06 mm ，含泥量小于 1%。

（3）橡膠粉。采用30目橡膠粉，目數(shù)過低則制作工藝復(fù)雜，目數(shù)過高壓漿效果又不好。

（4）早強(qiáng)劑。為了提高壓漿材料的早期強(qiáng)度，使得道路交通盡早開放，選用甲酸鈣早強(qiáng)劑。

（5）減水劑。為了提高漿體的流動(dòng)性與和易性，采用XPⅡ型高效減水劑 。

（6）膨脹劑。膨脹劑可以在漿體中產(chǎn)生微膨脹，減少并抵消漿體的收縮，以提高硬化漿體與水泥混凝土板和基層的黏結(jié)；采用UEA型膨脹劑。

1.2試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

水泥、砂、橡膠粉（30目）、早強(qiáng)劑、膨脹劑、減水劑和水的比例為1∶0.32∶0.015∶0.01∶0.12∶0.05∶0.45。針對(duì)這個(gè)配合比下的橡膠粉壓漿材料，分別進(jìn)行室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)和室外自然條件養(yǎng)護(hù)，分析2種養(yǎng)護(hù)條件下的路用性能差異。主要對(duì)橡膠粉壓漿材料的凝結(jié)時(shí)間、抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、體積收縮率及抗凍性能進(jìn)行研究，其中干縮試驗(yàn)測(cè)試齡期分為3、7、14、21、28、56、90 d，合計(jì)7個(gè)齡期；力學(xué)試驗(yàn)測(cè)試齡期分為12 h、24 h、3 d、7 d、28 d、56 d、90 d，合計(jì)7個(gè)齡期。對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試塊，脫模后即放入溫度為（20±5）℃、相對(duì)濕度為（50±5）%的養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)；對(duì)于室外養(yǎng)護(hù)試塊，脫模后立即放到室外自然養(yǎng)護(hù)。

2試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1早期強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果與分析

早期強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見表1、圖1。從表1可以看出：自然養(yǎng)護(hù)條件下橡膠粉水泥壓漿試塊的初凝、終凝時(shí)間較長(zhǎng)，抗壓、抗折強(qiáng)度較低。這是由于自然養(yǎng)護(hù)條件下，壓漿試塊受水分及溫度變化影響，水泥水化反應(yīng)速率較慢，不利于早期強(qiáng)度的形成。2種養(yǎng)護(hù)條件下初凝與終凝時(shí)間均滿足《公路水泥混凝土路面養(yǎng)護(hù)技術(shù)規(guī)范》（JTJ 0731—2001）的要求——初凝時(shí)間不小于2 h，且終凝時(shí)間不大于35 h。2種養(yǎng)護(hù)條件下試塊12 h抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到386 MPa和351 MPa，滿足《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》（JTG E30—2005）對(duì)板底壓漿材料

12 h強(qiáng)度不小于35 MPa的要求；且其24 h抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到1855 MPa和1632 MPa，超過了28 d抗壓強(qiáng)度（3447 MPa和3173 MPa）的50%，具有早強(qiáng)、高強(qiáng)效果，適用于需要早期開放交通的地區(qū)。相比于室外自然養(yǎng)護(hù)，室內(nèi)養(yǎng)護(hù)條件下早期強(qiáng)度更好。

由圖1可以看出：隨著齡期的增長(zhǎng)，2種養(yǎng)護(hù)條件下橡膠粉壓漿試塊的抗壓及抗折強(qiáng)度都逐漸增大。與室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件相比，同一齡期下，室外自然養(yǎng)護(hù)條件下試件的早期抗壓及抗折強(qiáng)度較低，后期強(qiáng)度基本相同。這主要是因?yàn)闃?biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下早期橡膠粉壓漿試塊的水化更充分，強(qiáng)度形成更快。但由于受外界溫濕度、風(fēng)、雨等影響，室外自然放置的橡膠粉壓漿試塊后期強(qiáng)度增長(zhǎng)速率要比室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試塊的大[1520]。為了表征橡膠粉水泥壓漿試塊在不同養(yǎng)護(hù)條件下抗壓及抗折強(qiáng)度隨齡期的發(fā)展規(guī)律，對(duì)其數(shù)值進(jìn)行擬合，結(jié)果如圖2所示。

2.2干縮試驗(yàn)結(jié)果與分析

干縮是板底脫空壓漿材料的一個(gè)重要特性，壓漿材料的干縮會(huì)直接導(dǎo)致水泥混凝土路面板出現(xiàn)裂縫、斷板、破碎等病害，對(duì)其長(zhǎng)期性能造成十分嚴(yán)重的影響。采用圖3所示裝置進(jìn)行干縮試驗(yàn)，以體積收縮率為干縮指標(biāo)，試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。

由圖4可以看出：橡膠粉水泥壓漿試塊初期，由于水分揮發(fā)體積出現(xiàn)明顯收縮，且隨著齡期的增長(zhǎng)體積收縮率逐漸增大；之后由于膨脹劑的改善作用，體積收縮率開始減小，呈現(xiàn)出微膨脹效應(yīng)；隨著齡期的繼續(xù)增長(zhǎng)，壓漿試塊進(jìn)一步水化，體積又呈現(xiàn)出減小的趨勢(shì)，但后期壓漿試塊水化速率較慢，體積收縮率的變化也較為緩慢。相比于室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)而言，室外自然養(yǎng)護(hù)條件下試塊前期體積收縮較為緩慢，后期體積收縮較快。

2.3抗凍性能試驗(yàn)結(jié)果及分析

按試驗(yàn)配合比安排分別經(jīng)過10、20、30、40次凍融循環(huán)，以凍融試件質(zhì)量損失率和強(qiáng)度損失率為指標(biāo)表征試塊抗凍性能，試驗(yàn)結(jié)果如表2、圖5所示。

根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)其數(shù)值進(jìn)行擬合，結(jié)果如圖6所示，可以分別得出強(qiáng)度損失率、質(zhì)量損失率與凍融次數(shù)的回歸方程。

由圖5、6可以看出，隨著凍融次數(shù)的增加，2種養(yǎng)護(hù)條件下，橡膠粉壓漿試塊的強(qiáng)度損失率和質(zhì)量損失率呈現(xiàn)出冪增長(zhǎng)趨勢(shì)。這是因?yàn)閮鋈趽p害會(huì)隨著凍融次數(shù)的積累產(chǎn)生疲勞損害，每次凍融都會(huì)增加其孔隙率；孔隙率的增加不但會(huì)削弱試塊的抗壓強(qiáng)度，還會(huì)增大其吸水率，這就使得橡膠粉壓漿試塊在下一次凍融中的損害更大，孔隙率進(jìn)一步增加。相比于室內(nèi)標(biāo)養(yǎng)條件，相同凍融次數(shù)下，室外自然養(yǎng)護(hù)條件下的橡膠粉壓漿試塊強(qiáng)度損失率和質(zhì)量損失率都較大；這是由于室外自然養(yǎng)護(hù)條件下壓漿試塊水化不夠充分，結(jié)構(gòu)不夠密實(shí)，受凍融破壞較為嚴(yán)重造成的。

3結(jié)語

（1）2種養(yǎng)護(hù)條件下，橡膠粉水泥壓漿材料的凝結(jié)時(shí)間及早期強(qiáng)度均滿足規(guī)范對(duì)板底壓漿材料的要求，具有早強(qiáng)、高強(qiáng)的效果，有助于道路交通早期開放；室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)下材料早強(qiáng)、高強(qiáng)的效果更好。

（2）橡膠粉水泥壓漿材料在2種養(yǎng)護(hù)條件下，強(qiáng)度隨齡期逐漸增長(zhǎng)，前期增長(zhǎng)較快，后期增長(zhǎng)較慢。與室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件相比，室外自然養(yǎng)護(hù)條件下試塊早期強(qiáng)度較小，但后期強(qiáng)度增長(zhǎng)較快，且后期強(qiáng)度基本相同。通過2種養(yǎng)護(hù)條件下橡膠粉水泥壓漿材料強(qiáng)度數(shù)值擬合，建立了相應(yīng)的強(qiáng)度齡期回歸方程，具有較好的相關(guān)性，可以為推算其力學(xué)性能提供參考。

（3）在2種養(yǎng)護(hù)條件下，橡膠粉水泥壓漿材料前期體積收縮較快，后期收縮較慢，中期出現(xiàn)微小的體積膨脹。與室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件相比，室外自然養(yǎng)護(hù)具有較好的脹縮性能。

（4）隨著凍融次數(shù)的增加，2種養(yǎng)護(hù)條件下橡膠粉水泥壓漿試塊的抗凍性能呈冪增長(zhǎng)衰減趨勢(shì)。與室外自然養(yǎng)護(hù)條件相比，室內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下的橡膠粉水泥壓漿材料具有更好的抗凍性能。

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