李佳奇

中國聯(lián)合工程有限公司,浙江 杭州 310052

0 引言

將橡膠集料摻入水泥砂漿可以提高砂漿的干縮性能、溫縮性能及抗凍性能等,為水泥穩(wěn)定碎石半剛性材料的使用導致路面開裂的問題提供解決方案。但是摻加橡膠顆粒之后,也會導致水泥砂漿的強度下降。為了有效減小乃至消除不利因素,本文采用添加聚合物的方法解決水泥砂漿摻加橡膠粉后強度下降的問題。

1 添加聚合物試驗設計

1.1 試驗所用原材料及技術性質(zhì)

1)水泥:海螺牌硅酸鹽水泥P·II42.5R。

2)橡膠粉:80目橡膠粉。

3)集料:規(guī)格及表觀密度的計算及數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 集料規(guī)格及表觀密度

4)外加劑:PCA-1聚羧酸高性能減水劑。

5)水:通過試驗,得出使用0.45的水灰比較為合理。

1.2 集料配合比設計

試驗所用水泥砂漿均為細集料,級配采用I法[1],其公式為:

(1)

式中:Pk為某級的集料通過量,%;I為通過的遞減系數(shù);d為某級的集料粒徑,mm;D為混合料的最大粒徑,mm。

水泥劑量采用定值,調(diào)整I值,用振動法成型試件研究不同細集料級配水泥砂漿的各項性能。同時,取規(guī)范的水穩(wěn)中粒徑在2.36 mm以下的細集料級配按比例換算成對應水泥砂漿中的細集料應有的級配作為對照[2-3](見表2)。

表2 水泥砂漿集料級配

1.3 試驗設計

摻橡膠顆粒的水泥砂漿的強度受很多因素影響。為了能夠使試驗更具代表性,采用正交試驗方法來設計試驗內(nèi)容(見表3～4)。

表3 正交試驗設計

表4 除聚合物外試件所用的材料及用量表

橡膠顆粒摻量:試驗中用80目膠粉等體積替代0.15～0.6 mm粒徑的集料[4],替代量分別為集料總體積的4%、8%、12%,并設置無橡膠粉對照組。

聚合物的摻量:擬定聚合物摻量的3個水平,試件中為水泥質(zhì)量的5%、10%以及15%。

集料級配:本文中所用水泥砂漿的集料部分均為細集料,采用同濟大學提出的I法,采用0.6、0.65、0.7三個I值。所設計的正交試驗有3因素3水平。

本試驗確定了9組混合料配比,另外設立第10組對照組,對照組橡膠粉及聚合物摻量均為0。

2 聚合物對水泥砂漿混合料強度影響試驗

水泥砂漿試件根據(jù)《聚合物改性水泥砂漿試驗規(guī)程》(DLT 5126—2001)的制備規(guī)程制備40 mm×40 mm×160 mm的三聯(lián)模試件,分別養(yǎng)護至3 d、7 d、14 d來進行。每一個齡期共制作4個三聯(lián)模試件:即取了正交試驗表中第1組的集料級配及橡膠粉用量,水灰比為0.45。

為了研究摻加聚合物對水泥砂漿混合料強度的影響,本試驗摻加聚合物分為4個不同組,摻量分別為0%、5%、10%、15%(占所用水泥質(zhì)量),對應聚合物摻量的試件編號為對照組、1#、2#、3#。

按規(guī)程要求,對養(yǎng)護成型的試件進行標準抗折強度及抗壓強度試驗。同一條件下抗折試驗用的試件為3塊,抗壓試驗的試件為6塊。試驗結(jié)果中須剔除最大值、最小值,以剩余試塊平均值作為試驗結(jié)果。

按規(guī)范制作試件,并將試件在養(yǎng)護室養(yǎng)護到一定齡期之后進行抗壓、抗折試驗,并作出分析(見表5)。

表5 不同聚合物摻量的水泥砂漿混合料試件在3 d、7 d、14 d齡期的強度

由結(jié)果分析,在水泥砂漿混合料中添加聚合物能夠提高其強度,且隨著聚合物摻量的增加,其強度提高越明顯。但是當聚合物摻量較多時,聚合物發(fā)揮作用需要一定的時間,即隨著齡期的增長,其對強度的加強作用越明顯。

3 抗折強度及抗壓強度試驗

正交試驗按規(guī)范《聚合物改性水泥砂漿試驗規(guī)程》(DLT 5126—2001)的要求,表中設計各組40 mm×40 mm×160 mm的棱柱體試件及對照組試件,在溫度(20±2) ℃、相對濕度95%以上的標準養(yǎng)護室內(nèi)進行養(yǎng)護。對養(yǎng)護3 d及28 d的10個三聯(lián)模試件進行三點彎曲抗折強度試驗,試驗采用微機控制電子萬能試驗機。試驗結(jié)果見表6～7。

表7 3 d、28 d齡期正交試驗抗折、抗壓強度計算結(jié)果

對照組3 d抗折強度為5.27 MPa,28 d抗折強度為5.49 MPa;3 d抗壓強度為25.77 MPa;25 d抗壓強度為36.54 MPa。各組k1、k2、k3相對于對照組的減小量如表8所示。

表8 各組k1、k2、k3相對于對照組的減小量表

根據(jù)上述數(shù)據(jù)處理結(jié)果,可以得到以下結(jié)論。

1)相對于對照組,細集料級配變化或者摻加橡膠粉或聚合物都會導致水泥砂漿混合料的強度下降,聚合物的改善作用有限。

2)細集料級配對抗折強度的影響:3 d齡期下細集料級配是影響最大的因素;28 d齡期下,影響最大的因素變?yōu)橄鹉z粉摻量。另一方面,在3 d齡期下,抗折強度的變化隨著I值增加而下降,而在28 d齡期下,抗壓強度則隨著I值的增加而增長。產(chǎn)生這種狀況的原因可能是聚合物起效比較緩慢,各材料間的作用強度變化而導致的。

3)細集料級配對抗壓強度的影響:對混合料的抗壓強度來講,I值為0.65左右最好,當I值偏大時,混合料的抗壓強度下降幅度比較大。

4)橡膠粉摻量對抗折強度及抗壓強度的影響:橡膠粉摻量對混合料強度的影響十分明顯,且混合料的抗折強度及抗壓強度隨著橡膠粉摻量的增加而降低。

5)聚合物摻量對抗折強度與抗壓強度的影響:聚合物摻量的極差均較小,對混合量強度的影響水平較低。3 d齡期下,抗折強度和抗壓強度隨著聚合物摻量的增加而降低;而在28 d齡期下,抗折強度隨著聚合物摻量的增加而呈略微增長趨勢,抗壓強度的下降幅度明顯減小,可見聚合物能夠改善混合料的強度,但是需要一定的作用時間。

4 結(jié)束語

在水泥砂漿混合料中添加聚合物能夠提高其強度,且隨著聚合物摻量的增加,其強度提高越明顯。但是當聚合物摻量較多時,聚合物起作用需要一定的時間,即隨著齡期的增長,其對強度的加強作用越明顯。

通過正交試驗進行分析,對于水泥砂漿,橡膠顆粒摻量對抗壓及抗折強度影響最大;集料的級配影響次之,但也十分明顯;聚合物摻量的影響最小,但確實起到了加強混合料強度的作用,其加強作用的發(fā)揮需要一定時間。

細集料級配變化或者摻加橡膠粉和聚合物都會導致水泥砂漿混合料的強度下降,摻加聚合物之后的改善作用有限。