路用修補材料耐凍融性能研究

王 超，崔東霞

（山西省交通科技研發有限公司，山西 太原 030032）

隨著我國經濟的快速發展，大規模的基礎設施建設也迎來了快速發展。截至2018年末，全國收費公路里程16.81萬km，占公路總里程484.65萬km的3.5%。其中，高速公路13.79萬km，一級公路1.96萬km，二級公路0.97萬km，獨立橋梁及隧道951 km，占比分別為82.0%、11.7%、5.7%和0.6%[1]。由于材料和施工、設計載重、雨雪天氣等問題，使得道路出現了病害，需要進行維修保養[2]。經過幾十年的發展，路用修補材料已由普通的水泥砂漿，經歷聚合物修補材料，逐漸發展到現在的高強高性能聚合物修補材料[3]。相較于聚合物，水泥基仍存在耐凍融性能和防腐性能差等問題，制約其在道路工程中的應用。本文選擇了普通水泥砂漿、聚合物高強修補砂漿、聚合物高強加固砂漿、環氧樹脂砂漿[4]、水性環氧砂漿進行冬季戶外實地凍融試驗，考察上述各種材料的凍融性能差異。通過大量的文獻調研[5-6]，設定凍融環境的鹽溶液濃度為2.0%、3.5%、6.0%。

1 試驗部分

1.1 修補材料種類及原材料

1.1.1 普通水泥砂漿KB

水泥C：42.5普通硅酸鹽水泥，密度3 150 kg/m3；細骨料S：河砂，密度2 620 kg/m3。

1.1.2 聚合物高強修補砂漿WG-1

市售，山西石博士建筑材料有限公司產。

1.1.3 YJ聚合物高強加固砂漿WG-2

市售，山西石博士建筑材料有限公司產。

1.1.4 環氧樹脂砂漿EM

環氧樹脂E-51，環氧值：0.49～0.51/0.43～0.44，無錫藍星石油化工有限責任公司生產。固化劑CP-970:大連凱華新技術工程有限公司生產。稀釋劑501、692：安徽黃山新遠化工有限公司產。水泥、細砂來源同1.1.1。

1.1.6 水性環氧砂漿WEM

水性固化劑6605：實驗室自制。環氧樹脂、水泥、細砂來源同1.1.1。

1.2 配合比設計

配合比設計見表1。

表1 配合比設計

1.3 試樣制備與性能測試

預先將液料與粉料分別混合均勻，將液料加入粉料中進行攪拌，裝入膠砂試模中。將制備完畢的5組膠砂試件進行養護，養護結束后放置于2.0%、3.5%、6.0% NaCl溶液中，放置于戶外，進行實地凍融試驗。凍融齡期為30 d（2020.01.08—2020.02.08）和60 d（2020.01.08—2020.03.08）。

膠砂試件抗折性能測試：水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）。

2 結果與討論

2.1 溶液濃度對修補材料凍融性能的影響

圖1 溶液濃度對普通水泥砂漿KB凍融性能的影響

由圖1可以看出，普通水泥砂漿在鹽溶液中進行凍融循環，凍融30 d后，抗折強度有所提高，再繼續凍融30 d后，強度下降，并低于凍融前初始強度。砂漿試件在溶液中有水環境下，繼續養護，發生水化作用，強度有所提高。凍融進行到一定程度時，鹽凍破壞作用大于其本身強度發展，砂漿內部發生了損傷，強度急速下降。2.0%、3.5%的鹽溶液中，抗折強度損失遠大于6.0%。分析原因有可能為：隨著NaCl濃度的增加，溶液結冰膨脹率和結冰壓顯著降低,這是最有利于降低混凝土鹽凍破壞的因素。

圖2 溶液濃度對修補砂漿WG-1凍融性能的影響

圖3 溶液濃度對加固砂漿WG-2凍融性能的影響

由圖2、圖3可以看出，2.0%低鹽濃度溶液對修補砂漿與加固砂漿凍融性能的影響是一致的，分析原因為：無論是修補砂漿，還是加固砂漿，其主要膠凝材料仍然為水泥，其經受凍融循環后，破壞機理也是一致的。6.0%的高鹽溶液對水泥砂漿的強度有所提高。綜合圖1～圖3，可以得出，中低濃度鹽溶液引起的混凝土鹽凍破壞最嚴重，這一點與文獻[7]是一致的。

圖4 溶液濃度對環氧樹脂砂漿EM凍融性能的影響

圖5 溶液濃度對水性環氧砂漿WEM凍融性能的影響

由圖4可以看出，環氧樹脂砂漿在經歷凍融過程后，強度發生不同程度的提高，60 d凍融循環后，2.0%、3.5%鹽溶液下，強度都有所下降，但仍遠遠高于初始強度。6.0%溶液濃度下，強度不下降。環氧樹脂砂漿體系中不含水，水泥不與環氧樹脂發生反應，抵抗鹽凍破壞的能力較強。其次，環氧樹脂砂漿本身密實度與強度較高，抵御鹽凍破壞的凍脹作用較強。

由圖5可以看出，水性環氧砂漿在鹽凍環境下抗折強度的變化與普通水泥砂漿的變化是一致的，先增長后降低。不同的是水性環氧砂漿在經歷凍融循環后，仍然保持初始的抗折強度，大約9 MPa。

2.2 不同修補材料耐凍融性能的差異對比

將不同種類的修補材料在不同鹽溶液環境下的凍融性能進行對比，以溶液濃度2.0%為例進行說明，試驗結果見圖6。

由圖6可以看出，修補材料種類不同，但隨凍融齡期性能變化的趨勢是一致的。不同修補材料對鹽凍的抵抗能力不同，差異較大，其中環氧樹脂砂漿與水性環氧砂漿的耐鹽凍性能較好。

圖6 2.0%溶液濃度下，修補材料凍融性能的差異

3 結語

a）較低鹽溶液濃度對修補材料的耐凍融性能影響較大。

b）同樣2.0%鹽溶液濃度下，不同種類修補材料的抗折強度隨凍融齡期的變化是一致的，先增長后降低。

c）與水泥基膠凝材料相比，環氧樹脂類聚合物基膠黏劑耐凍融性能優異。