葉云飛 ，楊建輝 ，張凱華 ，濮熊熊 ，張傳順

（1.常州綠馬特建筑科技有限公司，江蘇 常州 213100；2.江蘇尼高科技有限公司，江蘇 常州 213100）

0 前言

當(dāng)前基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)高速發(fā)展，公路、鐵路、橋梁、機(jī)場(chǎng)等交通基建設(shè)施在其中占據(jù)了重要地位[1]。當(dāng)這些基建設(shè)施由于自然災(zāi)害或者老化破損造成開裂塌陷時(shí)，需要對(duì)其快速搶修以盡快恢復(fù)交通秩序并降低生命財(cái)產(chǎn)損失。因此，研制道路快速搶修用超早強(qiáng)修補(bǔ)砂漿是十分必要的。

本文以P·O52.5水泥、R.SAC42.5水泥與硅灰作為膠凝材料，搭配骨料、鋼纖維、緩凝劑、減水劑和早強(qiáng)劑等外加劑，研制出一種2 h抗壓強(qiáng)度高于40 MPa、1 d抗壓強(qiáng)度高于70 MPa、1 d拉伸粘結(jié)強(qiáng)度高于1.5 MPa的高性能超早強(qiáng)快速修補(bǔ)砂漿。該修補(bǔ)砂漿各項(xiàng)性能均比較良好，適用于各種交通基建道面的快速搶修，應(yīng)用前景廣闊。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料與儀器設(shè)備

P·O52.5水泥，江蘇金壇盤固；R·SAC42.5水泥，山東金魯城；硅灰，江蘇常州；石英砂，16～30目（以砂A表示）和30～50目（以砂B表示），江蘇常州，級(jí)配見表1；減水劑選取減水率高于30%的粉體聚羧酸減水劑；消泡劑選用B-328F；鋼纖維：直徑0.18～0.20 mm，長(zhǎng)度9～12 mm；其它原材料均為市售。

表1 石英砂的級(jí)配

主要儀器設(shè)備：NRJ-411A型水泥膠砂攪拌機(jī)，無(wú)錫市建筑材料儀器機(jī)械廠；ZT-96型膠砂試體成型振實(shí)臺(tái)，無(wú)錫市中科建材儀器有限公司；HC-6000C智能粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)定儀，北京海創(chuàng)高科科技有限公司；AEC型壓力試驗(yàn)機(jī)，無(wú)錫建儀儀器機(jī)械有限公司。

1.2 基本配比

對(duì)于超早強(qiáng)修補(bǔ)砂漿而言，快硬體系的搭配比較關(guān)鍵。本文選取P·O52.5水泥、R·SAC42.5水泥、緩凝劑與早強(qiáng)劑為快硬體系，水料比為0.12～0.13，將初凝時(shí)間控制在20 min左右，使得可操作時(shí)間在15 min左右。

除了緩凝劑和早強(qiáng)劑這2種外加劑之外，本文研制的超早強(qiáng)修補(bǔ)砂漿還摻入聚羧酸減水劑、消泡劑和絡(luò)合劑。減水劑的摻量控制在0.10%～0.15%，使得水料比控制在0.12～0.13，初始流動(dòng)度（平板玻璃自流測(cè)定法）為260～320 mm。

添加適量的消泡劑可以很大程度減少漿料中的細(xì)微氣泡，從而增加修補(bǔ)砂漿的密實(shí)度。加入適量的絡(luò)合劑，可以絡(luò)合體系中的金屬離子（主要為鈣離子）形成絡(luò)合物填充孔隙，大大降低修補(bǔ)砂漿的孔隙率，從而提高砂漿的力學(xué)性能。

道路快速搶修用超早強(qiáng)修補(bǔ)砂漿的基本配比見表2。

表2 超早強(qiáng)修補(bǔ)砂漿的基本配比

1.3 試驗(yàn)方法

超早強(qiáng)修補(bǔ)砂漿的凝結(jié)時(shí)間、拉伸粘結(jié)強(qiáng)度與收縮率參照J(rèn)GJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行測(cè)試；抗折和抗壓強(qiáng)度參照GB/T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》進(jìn)行測(cè)試。

2 結(jié)果與分析

2.1 2種水泥配比對(duì)體系性能的影響

P·O52.5水泥用量為 10%～20%，R·SAC42.5水泥用量為35%～45%，在此范圍內(nèi)設(shè)計(jì)了5組搭配，探究了不同搭配方式對(duì)體系早期抗壓強(qiáng)度的影響，結(jié)果見表3。

表3 2種水泥配比對(duì)體系性能的影響

從表3可以看出，水泥總用量為55%的3組搭配（1＃、2＃、4＃）對(duì)應(yīng)的早期抗壓強(qiáng)度要高于總用量為50%的2組搭配（3＃和 5＃）。其中，1＃與 2＃試樣的 1 d抗壓強(qiáng)度高于 70 MPa。3＃與5＃試樣對(duì)比發(fā)現(xiàn)，在其它配比相同時(shí)，早期的抗壓強(qiáng)度主要取決于快硬硫鋁水泥與普硅水泥的比例?？煊擦蜾X水泥占比越高，水化反應(yīng)速率越快，早期強(qiáng)度也會(huì)有一定程度的提升。對(duì)比1＃、2＃、4＃試樣可以發(fā)現(xiàn)相似的規(guī)律。但快硬硫鋁水泥并非越多越好，當(dāng)R·SAC42.5水泥過(guò)多時(shí)，一方面凝結(jié)時(shí)間縮短，降低了可操作時(shí)間；另一方面，不利于后期強(qiáng)度的緩慢穩(wěn)定發(fā)展。綜合考慮后，確定P·O52.5水泥的用量為16%，R·SAC42.5水泥的用量為39%，此時(shí)修補(bǔ)砂漿的2h抗壓強(qiáng)度≥40 MPa，4 h抗壓強(qiáng)度≥55 MPa，1 d抗壓強(qiáng)度≥70 MPa，3 d抗壓強(qiáng)度接近80 MPa。以下試驗(yàn)均采用該最佳配比進(jìn)行研究。

2.2 酒石酸摻量對(duì)體系性能的影響

緩凝劑的作用是降低水泥的水化速度，延長(zhǎng)凝結(jié)時(shí)間[2]。合理的摻量既可以保證適宜的可操作時(shí)間和凝結(jié)時(shí)間，又可以保證超早強(qiáng)修補(bǔ)砂漿的力學(xué)強(qiáng)度。本研究使用的緩凝劑為酒石酸，摻量為0.04%、0.06%、0.08%、0.10%時(shí)對(duì)體系凝結(jié)時(shí)間與早期抗壓強(qiáng)度的影響見表4。

表4 酒石酸摻量對(duì)體系性能的影響

由表4可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)酒石酸摻量從0.04%增加至0.10%，體系的初凝時(shí)間與終凝時(shí)間均逐漸延長(zhǎng)，相對(duì)應(yīng)的早期抗壓強(qiáng)度均逐漸降低。當(dāng)酒石酸摻量為0.04%時(shí)，初凝時(shí)間為17min，終凝時(shí)間為22 min，可操作時(shí)間約為10 min，早期的抗壓強(qiáng)度非常高，原因是水化反應(yīng)速度過(guò)快所致；當(dāng)酒石酸摻量為0.06%時(shí)，初凝時(shí)間為21min，終凝時(shí)間為28min，此時(shí)的可操作時(shí)間為15min，可以滿足現(xiàn)場(chǎng)施工的要求，并且2h抗壓強(qiáng)度高于40MPa，1d抗壓強(qiáng)度為68.29MPa，早期的抗壓強(qiáng)度比較理想；當(dāng)酒石酸摻量增至0.08%和0.10%時(shí)，初凝時(shí)間和終凝時(shí)間相應(yīng)延長(zhǎng)，抗壓強(qiáng)度明顯降低，不滿足超早強(qiáng)修補(bǔ)砂漿的性能要求。綜合考慮后，確定緩凝劑酒石酸的最佳摻量為0.06%。

2.3 絡(luò)合劑種類和摻量對(duì)體系強(qiáng)度的影響

在本試驗(yàn)中，絡(luò)合劑主要起到絡(luò)合鈣離子形成絡(luò)合物填充微小孔隙從而提升超早強(qiáng)修補(bǔ)砂漿的抗折、抗壓強(qiáng)度。選取了市場(chǎng)上常見的3種絡(luò)合劑，分別以L1、L2和L3表示，以1 d抗折、抗壓強(qiáng)度為指標(biāo)，探究了不同種類與摻量的絡(luò)合劑對(duì)體系強(qiáng)度的影響，試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。

由表5可以看出：當(dāng)體系中未添加絡(luò)合劑時(shí)，1 d抗折、抗壓強(qiáng)度分別為7.83、65.25 MPa。摻入0.05%～0.15%的絡(luò)合劑，1 d抗折、抗壓強(qiáng)度均有明顯提高，改善1d抗折強(qiáng)度的強(qiáng)弱順序?yàn)椋篖1＞L2＞L3，改善 1d抗壓強(qiáng)度的強(qiáng)弱順序?yàn)椋篖2＞L1＞L3。對(duì)于L1與L2來(lái)說(shuō)，隨著其摻量的增大，強(qiáng)度呈先提高后降低的趨勢(shì)，且均在摻量為0.12%時(shí)呈現(xiàn)最大值。而對(duì)于L3，在試驗(yàn)設(shè)計(jì)摻量范圍內(nèi)（0.05%～0.15%），呈均勻提高趨勢(shì)，在摻量為0.15%時(shí)呈最大值。由于各試樣的抗折強(qiáng)度相差不大，因此主要考慮抗壓強(qiáng)度，最終確定摻加0.12%的L2作為絡(luò)合劑，此時(shí)體系的1d抗壓強(qiáng)度為77.80 MPa，較空白組提高了19.2%。

表5 絡(luò)合劑種類和摻量對(duì)體系強(qiáng)度的影響

2.4 膠粉摻量對(duì)體系性能的影響

快速搶修用修補(bǔ)砂漿需要具有良好的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度，相關(guān)文獻(xiàn)[3-4]中早已驗(yàn)證了適量添加膠粉可以提升修補(bǔ)砂漿的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度，但會(huì)明顯降低砂漿的抗壓強(qiáng)度。本試驗(yàn)在基本配比下，對(duì)比了VAE乳膠粉摻量（0、1%、2%）對(duì)體系拉伸粘結(jié)強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度的影響，試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6 膠粉摻量對(duì)體系拉伸粘結(jié)強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度的影響

由表6可以看出：

（1）未摻膠粉時(shí)，體系的 1、7、28 d粘結(jié)強(qiáng)度分別為 1.5、1.9、2.2 MPa；摻加1%和2%膠粉后，體系的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度均有一定的提高，且2%膠粉摻量時(shí)體系的粘結(jié)強(qiáng)度高于摻量為1%的；對(duì)于本文中的快速搶修型修補(bǔ)砂漿，摻入膠粉與否，粘結(jié)強(qiáng)度差異并不明顯，原因可能是：本文中砂漿體系的強(qiáng)度發(fā)展速度遠(yuǎn)高于常規(guī)的修補(bǔ)砂漿，而膠粉的加入增加了砂漿的粘度，氣泡滯留在漿體內(nèi)部，孔隙率提高，削弱了膠粉對(duì)于拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的提升作用。

（2）未摻膠粉時(shí)，體系早期的抗壓強(qiáng)度比較理想，后期抗壓強(qiáng)度也有緩慢且穩(wěn)定的提高。摻入膠粉后，早期抗壓強(qiáng)度明顯降低；摻入1%的膠粉，2h抗壓強(qiáng)度低于40 MPa，1 d抗壓強(qiáng)度為64.26MPa；摻入2%膠粉，1d抗壓強(qiáng)度為53.07MPa，后期增長(zhǎng)速率也比未加時(shí)減緩。膠粉摻量為1%、2%時(shí)，28d抗壓強(qiáng)度分別為83.88、70.23 MPa，與空白組相比，分別降了10.0%和24.7%。綜上所述，在本文中的快速修補(bǔ)體系中，不建議添加膠粉，未摻加膠粉時(shí)體系的抗壓強(qiáng)度和拉伸粘結(jié)強(qiáng)度均較理想。

2.5 砂子級(jí)配對(duì)體系性能的影響

合理搭配骨料可以提高砂漿的抗壓強(qiáng)度，改善砂漿的干燥收縮性能[5]。本文選取砂A與砂B，控制砂子的總量為39%～42%，研究了砂子級(jí)配對(duì)體系性能的影響，結(jié)果見表7。

表7 砂子級(jí)配對(duì)體系抗壓強(qiáng)度和收縮率的影響

由表 7 可以看出，體系抗壓強(qiáng)度的大小順序：3＃＞1＃＞2＃，3＃試樣的28 d抗壓強(qiáng)度為96.12 MPa；各試樣的1 d收縮率均小于0.02%，28 d收縮率均小于0.05%；收縮率的大小順序：2＃＞1＃＞3＃，說(shuō)明3＃試樣的抗收縮性能較好。原因主要是3＃試樣對(duì)應(yīng)的砂子級(jí)配比較合理，改善了砂漿的孔結(jié)構(gòu)，提升了抗收縮性能。3＃試樣為18%的砂A+21%的砂B，經(jīng)計(jì)算，在本體系中砂子的合理級(jí)配為：0.6～1.18 mm顆粒占55.9%，0.3～0.6 mm顆粒占43.4%，其它占0.7%。

2.6 最佳配比的確定

通過(guò)不斷的改進(jìn)與優(yōu)化，最終研制出一種道路快速搶修用超早強(qiáng)修補(bǔ)砂漿，最優(yōu)配合比見表8。按照J(rèn)GJ/T 70—2009與GB/T 17671—1999對(duì)其性能進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果表明，制備的修補(bǔ)砂漿早期強(qiáng)度非常理想，后期28d抗壓強(qiáng)度高于95 MPa，1 d粘結(jié)強(qiáng)度為1.5 MPa，28 d粘結(jié)強(qiáng)度為2.2 MPa，1 d收縮率小于0.02%，28 d收縮率小于0.04%。

表8 超早強(qiáng)修補(bǔ)砂漿的最優(yōu)配合比

3 結(jié)語(yǔ)

本文研制了一種道路快速搶修用超早強(qiáng)修補(bǔ)砂漿，探究了影響體系性能的諸多因素，得出以下結(jié)論：（1）R·SAC42.5水泥的最佳用量為39%，P·O52.5水泥的最佳用量為16%；（2）緩凝劑酒石酸在本體系中的最佳摻量為0.06%；（3）摻入0.12%的絡(luò)合劑L2，可以明顯提升修補(bǔ)砂漿的強(qiáng)度；（4）摻入膠粉在本體系中顯著降低抗壓強(qiáng)度，對(duì)拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的提升效果卻不明顯，因此不建議摻加膠粉；（5）確定了砂子的總摻量與合理的級(jí)配；（6）制備的快速修補(bǔ)砂漿綜合性能優(yōu)異，適用于各種交通基建道面的快速搶修，具有廣闊的應(yīng)用前景。