道路灌注式半柔性路面用聚合物改性水泥基灌漿料制備

楊光亞，張昆山，侯 洋，曹朋輝

（1.河南安羅高速公路有限公司，河南 駐馬店 463000；2.河南省欒盧高速公路建設(shè)有限公司，河南 三門峽 472299；3.交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院，北京 100088）

0 引言

灌注式半柔性路面是通過在開級配瀝青混合料中灌入以水泥為基礎(chǔ)的聚合物而形成的一種路面。道路灌注式半柔性路面具有優(yōu)良的抗車轍、抗剪切能力及耐久性，特別適用于在長大縱坡、平交道口、公交港灣等抗車轍性能要求高的路段。灌漿料是其重要組成部分，其性能對灌注式半柔性路面有重要影響[1]。

1 灌漿料及其原材料技術(shù)要求

1.1 灌漿料技術(shù)要求

目前國內(nèi)外通常使用水泥膠漿、砂、礦粉、水和外加劑混合而成瀝青混合料中的灌漿料，其應(yīng)滿足以下基本條件：①良好的流動(dòng)性、灌入性等，以保證充分灌入。②充分的抗彎拉強(qiáng)度，保證路面材料的強(qiáng)度。③體積收縮率小于0.5%，保證路面材料的體積穩(wěn)定性。④可以與原瀝青混合料充分黏合，保證路面材料不分層、不離析。

考慮水泥膠漿應(yīng)具有的性能，參照日本鋪面要綱，并結(jié)合中國工程建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)《道路灌注式半柔性路面技術(shù)規(guī)程》（T/CECS G：D51-01—2019）的要求提出灌漿料技術(shù)指標(biāo)如表1所示[2]。

表1 灌漿料技術(shù)指標(biāo)

1.2 原材料技術(shù)要求

灌漿料通常由膠結(jié)料、細(xì)集料和水組成，通過在灌漿料中摻加一定量的聚合物乳液可以提高灌漿料的性能，改善混凝土的品質(zhì)或滿足特殊工程的需要。本試驗(yàn)以水泥、細(xì)砂、礦粉以及外加劑作為原材料制備灌漿料，各原材料的性能如下。

（1）水泥。采用河南某廠生產(chǎn)的P.O 42.5水泥，其技術(shù)指標(biāo)測定結(jié)果如表2所示。

表2 P.O 42.5性能指標(biāo)

由表2可知，該水泥材料滿足相關(guān)規(guī)范（JTJE30—2005）中對水泥灌漿瀝青混合料中水泥膠漿的要求。

（2）細(xì)砂。砂料粒徑對灌漿料的性能影響較大，若砂徑太大會導(dǎo)致灌漿過程中出現(xiàn)堵孔，導(dǎo)致漿料無法灌進(jìn)；若粒徑太小，會因砂料比表面積大，需水量大，影響路面材料的和易性、體積穩(wěn)定性及抗彎拉強(qiáng)度。綜上考慮，本試驗(yàn)選用特細(xì)砂，具體級配如表3所示。同時(shí)砂料還應(yīng)堅(jiān)硬、耐磨、干凈無其他雜質(zhì)。

表3 砂篩分結(jié)果

（3）礦粉。礦粉選用普通石灰石礦粉，主要技術(shù)指標(biāo)如表4和表5所示。

表4 礦粉質(zhì)量技術(shù)指標(biāo)

表5 篩分試驗(yàn)

（4）外加劑。①本試驗(yàn)采用羧基丁苯乳液。羥基丁苯聚合物乳液具有良好的減水、保水作用，能減小砂漿的體積和密度，增大砂漿的孔隙率，改善孔結(jié)構(gòu)，延長新拌砂漿的凝結(jié)時(shí)間，但不會影響現(xiàn)場施工。②膨脹劑。本試驗(yàn)灌漿料水灰比較大，為防止灌漿后路面材料產(chǎn)生較大的干縮，在灌漿料中添加了適量的膨脹劑，以抵消灌漿料可能產(chǎn)生的收縮。本試驗(yàn)采用的為新鄉(xiāng)市某化工有限公司生產(chǎn)的膨脹劑。③減水劑。減水劑是灌漿料中常用的外加劑之一，主要用于配制高效混凝土、液態(tài)混凝土和高性能混凝土。在水泥分散體系中，具有強(qiáng)的分散減水作用和無緩作用，使水泥漿體的流動(dòng)性大大提高。本試驗(yàn)減水劑采用山西某化工有限公司HT-HPC型減水劑。④早強(qiáng)劑。早強(qiáng)劑為山西某化工有限公司生產(chǎn)的JD-68型早強(qiáng)劑（JD-68型早強(qiáng)高效減水劑）。該產(chǎn)品對水泥有廣泛的適應(yīng)性，能全面提高混凝土的力學(xué)性能，明顯提高混凝土抗?jié)B性能，對混凝土干縮無影響。早強(qiáng)劑性能指標(biāo)如表6所示。

表6 早強(qiáng)劑性能指標(biāo)

2 灌漿料制備試驗(yàn)設(shè)計(jì)

灌漿料由普通硅酸鹽水泥、砂、礦粉、水以及聚合物外加劑等組成，其配比可以通過大量不同水平和影響因素的試驗(yàn)確定，也可借鑒以往的經(jīng)驗(yàn)，縮小范圍，經(jīng)少量試驗(yàn)確定這種方法稱為經(jīng)驗(yàn)法。本研究借鑒以往經(jīng)驗(yàn)初步選定水泥膠漿配比，確定灌漿料的初試配合比為水:水泥:礦粉:膨脹劑:聚合物:河砂=1:1.9:0.2:0.2:0.2:1.25，減水劑為水泥質(zhì)量的0.25%，進(jìn)行流動(dòng)度及7 d強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果如表7所示。根據(jù)初試配合比的檢測結(jié)果，后續(xù)進(jìn)行了7個(gè)不同配比的流動(dòng)度及7 d強(qiáng)度試驗(yàn)，如表8所示。

表7 初試灌漿料配比設(shè)計(jì)

表8 不同比例灌漿料的性能試驗(yàn)

上述灌漿料的制備工藝如下。

第一步，將水和丁苯乳液倒入燒杯中，用玻璃棒朝同一方向連續(xù)攪拌1.5 min，約180次。

第二步，將水泥、礦粉、河砂倒入灌漿料攪拌鍋中，開動(dòng)攪拌機(jī)，拌和5 s。

第三步，在灌漿料攪拌鍋中內(nèi)均勻加入水、丁苯乳液的混合液，攪拌240 s。灌漿料拌和工藝流程如圖1所示。

圖1 灌漿料拌和工藝流程

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

（1）流動(dòng)度。水泥基材料的流動(dòng)性主要由水泥漿體提供，因此可根據(jù)水泥漿體的流動(dòng)性變化與損失情況對整個(gè)水泥基材料的流動(dòng)性做出一定程度的判斷。

在其他條件不變的情況下，水灰比與流動(dòng)度的關(guān)系如表9、圖2所示。由表9可以看出，隨著減水劑摻量的增加和水灰比的增大，水泥漿體流動(dòng)性變大，整體上水泥漿體的流動(dòng)度主要分布在11～21 s。當(dāng)其他條件不變，減水劑的摻量從水泥質(zhì)量的0.25%增加到1%時(shí)，流動(dòng)度從12.1 s降到了11.5 s，提高了約5%。可以看出，隨著水灰比的增大，流動(dòng)時(shí)間減少，流動(dòng)性變好[3-4]。

表9 水灰比與流動(dòng)度的關(guān)系

圖2 水灰比與流動(dòng)度的關(guān)系

（2）力學(xué)性能。由表8可知，水灰比變化對水泥膠漿材料強(qiáng)度有較大影響。隨著水灰比的增大，水泥膠漿材料7 d抗折和抗壓強(qiáng)度減小，當(dāng)水灰比小于0.52時(shí)，漿體7 d抗折和抗壓強(qiáng)度呈線性減小，斜率較小，強(qiáng)度下降緩慢；當(dāng)水灰比大于0.52時(shí)，漿體7 d抗折和抗壓強(qiáng)度、斜率變大，強(qiáng)度下降較快。當(dāng)水灰比等于0.52時(shí)漿體7 d抗折和抗壓強(qiáng)度分別為5.5 MPa和26.2 MPa，滿足表1所示的技術(shù)要求[5]。水灰比與強(qiáng)度的關(guān)系（減水劑為水泥質(zhì)量的0.25%）如圖3所示。

圖3 水灰比與強(qiáng)度的關(guān)系（減水劑為水泥質(zhì)量的0.25%）

由表8可知，試驗(yàn)序號3配比的流動(dòng)度為12.1 s，且強(qiáng)度較高，滿足半柔性路面對灌漿料的技術(shù)要求。所以，確定的最佳配比如表10所示。

表10 最佳配比

4 結(jié)語

本文通過設(shè)計(jì)多組不同配合比試驗(yàn)研究了不同水膠比和減水劑摻量對水泥膠漿工作和力學(xué)性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)：當(dāng)其他條件不變，隨著水灰比的增大，流動(dòng)時(shí)間減少，流動(dòng)性變好；減水劑的摻量從水泥質(zhì)量的0.25%增加到1%時(shí)，流動(dòng)度從12.1 s降到了11.5 s，提高了約5%。隨著水灰比增大，水泥膠漿材料7 d抗折和抗壓強(qiáng)度減小，當(dāng)水灰比小于0.52時(shí)，漿體7 d抗折和抗壓強(qiáng)度呈線性減小，斜率較小，強(qiáng)度下降緩慢；當(dāng)水灰比大于0.52時(shí)，漿體7 d抗折和抗壓強(qiáng)度斜率變大，強(qiáng)度下降較快。基于上述試驗(yàn)研究成果，本文設(shè)計(jì)了道路灌注式半柔性路面用聚合物改性水泥基灌漿料的最佳配比（表9）。