新型樹脂改性材料在橋梁工程中的應用研究

doi：10.3969/j.issn.1001-5922.2024.02.031

摘 要：針對傳統透水混凝土強度不足，無法滿足公路橋梁鋪設要求的問題，提出一種新型樹脂改性透水混凝土的制備。試驗對透水混凝土的配比進行優化，對優化配比后的透水混凝土基礎性能和實際應用效果進行研究。結果表明，選擇粒徑為3～7.5 mm的a級配碎石和粒徑為8～14 mm的b級配碎石，按照1.5∶1比例混合作為透水混凝土粗骨料，骨膠比為4.2，選擇質量分數為6%的硅灰為礦物摻合料，質量分數為4%的環氧樹脂E-51為改性劑，制備的透水混凝土7、28 d抗壓強度分別為19.37、24.52 MPa，彈性模量為9.74 GPa，透水系數為6.11 mm/s，吸水率約為1.98%，滿足JCT 2558—2020 規范標準要求，制備的透水混凝土性能最佳。

關鍵詞：公路橋梁；透水混凝土；樹脂改性；路面鋪設材料

中圖分類號：TQ178" " " "文獻標志碼：A" " " "文章編號：1001-5922（2024）02-0116-04

Research on the application of new resin modified materials in bridge engineering

LAI Youbing1，WANG Tingjing2，YU Liyan3

（1.Quzhou Highway Port and Transportation Management Center，Quzhou，324000， Zhejiang China；

2.Zhejiang College of Construction， Hangzhou，311231， Zhejiang China;

3. Quzhou University， Quzhou， 324000， Zhejiang）

Abstract：In order to solve the problem that the strength of traditional permeable concrete is insufficient and cannot meet the requirements of highway bridge paving，a new type of resin-modified permeable concrete was prepared.The ratio of permeable concrete was optimized，and the foundation performance and practical application effect of permeable concrete after the optimized ratio were studied.The experimental results showed that the A-grade crushed stone with particle sizes ranging from 3 mm to 7.5 "mm and B-grade crushed stone with particle sizes ranging from 8mm to 14 mm were mixed as the coarse aggregate of permeable concrete according to the ratio of 1.5∶1，the bone glue ratio was 4.2，the silica fume with a mass fraction of 6% was selected as the mineral admixture，and the epoxy resin E-51 with a mass fraction of 4% was selected as the modifier.The compressive strength of the permeable concrete prepared by this ratio at 7 and 28 days was 19.37 MPa and 24.52 MPa，respectively，the elastic modulus was 9.74 GPa，the water permeability coefficient was 6.11 mm/s，and the water absorption rate was about 1.98%，which met the requirements of JCT 2558—2020 specification，and the prepared permeable concrete had the best performance.

Key words：highway bridges; permeable concrete; resin modification; road laying materials

透水混凝土是目前較為常用的橋梁路面鋪設材料，為了提升透水混凝土的性能，部分學者也進行了很多研究，如通過玻璃砂對透水混凝土進行改性，并對廢玻璃的改性效果進行研究^[1]。采用礦物摻合料替代部分水泥作膠凝材料，以此降低透水混凝土的成本，增強透水混凝土的強度^[2]。通過玄武巖纖維提升透水混凝土的基本性能^[3]。提出用改性廢舊橡膠增強透水混凝土的性能，并對其增強效果進行研究^[4]。以上學者的研究為透水混凝土性能的優化提供了參考，但對于強度的提升還有需要優化的空間。基于此，試驗以文獻^[5]的方法為參考，制備了一種樹脂改性透水混凝土，進一步提升透水混凝土的強度。

1"試驗部分

1.1"材料與設備

主要材料：碎石（粒徑3～7.5 mm、8～14 "mm，偉嘉礦產品）；水泥（P·O42.5，嘉耐新材料科 ）；硅粉（I級，燕湖礦產品）；環氧樹脂E-51（CP，萬青化學科技）。

主要設備：JS500型混凝土攪拌機（鯤之躍建筑工程）；101-A型電熱烘箱（發瑞儀器科技）； WES-1000B型壓力試驗機（浩澤試驗設備）。

1.2"透水混凝土的制備

（1）將碎石和20%用水放入攪拌機中進行攪拌，使其表面達到均勻濕潤狀態，攪拌時間為30 s；

（2）放入膠凝材料和礦物摻合料，繼續攪拌1 min，使膠凝材料和礦物摻合料在碎石表面形成水泥漿殼；

（3）保持攪拌狀態將外加劑和剩余用水緩慢加入，繼續攪拌至骨料表面水泥漿液表現出金屬光澤，得到透水混凝土；

（4）將透水混凝土倒入提前準備好的模具中，室溫養護成型后脫模，置于標準養護條件下標準養護至指定齡期。

1.3"性能測試

抗壓強度測試：參照GB/T 50081—2019^[6-7]對透水混凝土的抗壓強度和彈性模量進行測試。

抗壓強度表達式為：

f=P/A（1）

式中：f為抗壓強度，MPa；P為試件破壞載荷，N；A為承壓面積，mm²。

透水系數：通過變水位法測試。

吸水率：

將制備的透水混凝土100 ℃烘干至恒重后，完全浸沒在25 ℃的水中1 d，取出試件后稱重，計算透水混凝土吸水率。

2"結果與討論

2.1"骨料級配優化

選擇粒徑為3～7.5 mm的a級配碎石和粒徑為8～14 mm的b級配碎石作為透水混凝土的粗骨料;骨料級配配比優化結果如圖1所示。

由圖1可知，透水混凝土抗壓強度隨骨料級配配比的變化與空隙率隨骨料級配配比變化相反，即透水混凝土內形成的空隙越多，則強度越低。當a級配碎石與b級配碎石配比為1.5∶1時，透水混凝土的抗壓強度達到最高，約為19.58 MPa，此時透水混凝土的空隙率約為38%。因此，在后續試驗中，選擇適合的級配配比為m（a）∶m（b）=1.5∶1。

2.2"骨膠比優化

圖2為骨膠比優化結果。

由圖2可知，隨骨膠比的增加，抗壓強度與透水系數表現出相反的變化趨勢。這是因為，骨膠比直接決定了粗骨料表面水泥漿的厚度，隨骨膠比的增加，水泥漿膜的厚度會減小，粗骨膠間的接觸點減少，影響了骨料間的膠結，進而影響了透水混凝土的抗壓強度。但過小的骨膠比會減小空隙間的有效孔隙，多余的水泥漿液會淌到試件底部，出現“封底”的情況，對透水混凝土的透水系數產生不良影響^[8-9]。綜合考慮選擇適合的骨膠比為4.2。

2.3"礦物摻合料優化

2.3.1"礦物摻和料種類優化

礦物摻合料優化結果如表1所示。

由表1可知，礦物摻和料對透水混凝土產生積極的影響，但對透水系數產生不良影響。這是因為礦物摻合料少量取代水泥，能增強透水混凝土的和易性，使得水泥漿稠度增加，增加了集料間的摩擦，使得透水混凝土的抗壓強度有一定增加。同時，礦物摻合料可以促進水泥漿料更好的填充粗骨料的空隙，減小了透水系數^[10-11]。同時還可以觀察到，硅灰對混凝土抗壓強度增強效果最佳，這是因為，硅灰粒徑較小，對透水混凝土粗骨料交接面的微小孔隙有填充作用，使得透水混凝土的密實度增加，進而增加了透水混凝土的抗壓強度。同時，小粒徑的硅灰不填充水泥連通孔隙，因此幾乎不影響透水混凝土的透水性能。

2.3.2"礦物摻合料用量優化

硅灰用量優化結果如表2所示。

由表2可知，透水混凝土的28 d抗壓強度在硅灰用量為6%時達到最高。這是因為，適量硅灰均勻分布在水泥顆粒孔隙中，可增加水泥漿液的粘聚性，使得透水混凝土的密實性增加， 進一步增加了透水混凝土的強度^[12-13]。綜上，選擇適合的硅灰用量為6%。

2.4"樹脂優化

2.4.1"樹脂種類優化

樹脂種類優化結果如表3所示。

由表3可知，在3種混凝土中，以環氧樹脂E-51為膠凝材料制備的透水混凝土7 d抗壓強度最高。這因為在3種樹脂中，環氧樹脂E-51的黏性最高，對透水混凝土中粗骨料的膠結效果最好，因此其抗壓強度最高。在后續試驗中，選擇適合的樹脂種類為環氧樹脂E-51。

2.4.2"樹脂用量優化

樹脂用量的影響如表4所示。

由表4可知，當環氧樹脂用量達到4%時，透水混凝土抗壓強度基本達到最高值。繼續增加環氧樹脂用量，透水混凝土抗壓強度雖然有所增加，但增長的幅度較小，基本可以忽略不計。這就說明在透水混凝土中，此時環氧樹脂摻量是最優值。因此，選擇適合的樹脂用量為4%。

2.5"基礎性能測試

基礎性能測試如表5所示。

由表5可知，經過環氧樹脂改性后，透水混凝土的強度和韌性得到了明顯的提升，各方面性能均滿足JCT 2558—2020^[14-15]規范標準要求，可以在公路橋梁路面發揮作用。

2.6"實際應用效果分析

以浙江某橋梁工程為依托，將試驗制備的透水混凝土用于橋梁路面的鋪設。在鋪設時，遵照JTG / T D33—2012^[16]條款，按照公路二級標準進行建設 ^[17-18]，具體鋪設情況見圖3。

由圖3可知，試驗制備的透水混凝土在橋梁路面應用狀況良好，滿足橋梁路面鋪設要求。

3"結語

（1）粗骨料粒徑對透水混凝土強度起決定性作用，大粒徑碎石在體系內起框架支撐作用，小粒徑碎石在體系內起填充作用，兩者結合對透水混凝土抗壓強度產生積極的影響;

（2）骨膠比對透水混凝土的抗壓強度和透水系數的影響趨勢相反，在設計骨膠比時，應同時考慮對抗壓強度和透水系數的影響;

（3）適量的硅灰在體系內可以填充水泥間的空隙，增加水泥漿液的粘聚性，透水混凝土的強度也隨之增加;

（4）在選擇的3種樹脂中，環氧樹脂E-51黏度最大，對粗骨料的膠結效果最好，其抗壓強度最高;

（5）優化后透水混凝土基礎性能良好，滿足JCT 2558—2020規范標準要求，可以在橋梁路面發揮作用。

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收稿日期：2023-09-13；修回日期：2023-12-09

作者簡介：賴友兵（1978.3-），男，碩士，高級工程師，研究方向：公路橋梁；E-mail：jianchidada@ sina. com。

基金項目：2022年浙江省基礎公益研究計劃項目（項目編號：LGF22G030009）。

引文格式：賴友兵，王婷靜，余麗燕.新型樹脂改性材料在橋梁工程中的應用研究[J].粘接，2024，51（2）：116-119.