鄧 甲

(南京鐵路建設(shè)投資有限責(zé)任公司 南京市 210000)

為了減少路面高溫病害現(xiàn)象[1]的出現(xiàn)，可以采取一定的方法來改變?yōu)r青路表對熱量的吸收特性與傳遞特性[2]，將輻射熱量阻擋在外部空間，減少路面內(nèi)熱量的積累，控制路面溫度[3-4]。故針對瀝青路面的熱傳遞方式，基于大空隙半柔性瀝青路面，將漿體熱阻材料應(yīng)用于路面表層，減少外部熱量進(jìn)入瀝青路面內(nèi)來阻止路面溫度的升高，達(dá)到路面降溫的目的。在此基礎(chǔ)上選用空心玻璃微珠[5]來制備低導(dǎo)熱灌注式水泥基材料，灌入半柔性瀝青路面中以形成上面層隔熱層，阻擋外部熱量的進(jìn)入，最終達(dá)到瀝青路面降溫的效果[6-7]。

1 配合比設(shè)計

1.1 選用的配合比

在進(jìn)行相關(guān)力學(xué)及熱學(xué)性能測定試驗前，先要找出適宜的配合比，使得水泥基中的空心玻璃微珠能夠均勻分布，并且同時滿足一定的流動度要求。本試驗采用空心玻璃微珠作為水泥基材料中的低導(dǎo)熱填料，以快硬硫鋁酸鹽水泥為膠凝材料，選用0.5、0.48、0.45、0.42、0.40和0.38的水灰比，每組水灰比下以微珠質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0%、0.5%、1%、1.5%和2%制備各組試件，硅灰質(zhì)量分?jǐn)?shù)均為5%，減水劑摻量均為1.5%。

1.2 結(jié)果分析

通過對空心玻璃微珠水泥漿進(jìn)行的配合比設(shè)計及流動度測定試驗可知，當(dāng)水泥漿的流動性較大時，空心玻璃微珠會慢慢上浮至試塊的上表面，并在試塊上表面形成一層強度較弱的白色層，導(dǎo)致上下層的強度差異極大，不能滿足水泥基材料的要求；然而，當(dāng)降低水灰比時，水泥漿體的流動性也會下降，但空心玻璃微珠的上浮情況逐漸好轉(zhuǎn)，由之前的大部分微珠都分布在上表面慢慢變?yōu)檩^為均勻地分布在試塊的各個部分，試塊上表面的強度逐漸增大，強度分布更加合理，滿足一定的要求。因此，采用較低的水灰比來進(jìn)行制備空心玻璃微珠水泥基灌漿料才能滿足要求。

2 流動性研究

以日本提出的有關(guān)規(guī)范為參照，使用容量為1725mL的流動度測試儀。圖1為測定的各組水泥基復(fù)合材料的流動度大小。

圖1 不同水灰比下水泥基復(fù)合材料的流動度

通過分析折線圖可得出，試驗所選用的三種配合比的流動度大小均在20s左右，并且玻璃微珠的加入可減小水泥灌漿料的流動度，即提高水泥漿體的流動性。究其原因為試驗所用水灰比較小，導(dǎo)致了流動性的減弱，使得測定結(jié)果偏大。同時空心玻璃微珠本身為球狀空心結(jié)構(gòu)，具有光滑的表面，添加到漿體中能增強顆粒之間的滾動效應(yīng)[8]，進(jìn)而提高水泥漿體的流動性。得出了空心玻璃微珠的摻入可加強水泥基材料的流動性，主要原因為微珠加強了漿體顆粒的滾動效應(yīng)。但是試驗選用的水灰比較小，導(dǎo)致水泥漿體的流動性較低，其流動度保持在18～23s范圍內(nèi)，大致滿足試驗要求，可進(jìn)行下一步的研究。

3 力學(xué)性能實驗研究

3.1 試驗設(shè)備

本力學(xué)試驗選用水泥抗折試驗機(jī)測定水泥試塊的抗折強度，單杠桿及雙杠桿時的最大試驗力分別為1kN和6kN，加載速率為50N/s；抗壓強度選用電液伺服試驗機(jī)進(jìn)行測定，電腦驅(qū)動儀器進(jìn)行測定。

3.2 結(jié)果及分析

本實驗共選用三組水灰比，圖2為各組水灰比下的抗折強度測定結(jié)果，圖3為各組水灰比下的抗壓強度測定結(jié)果。

圖2 不同水灰比下水泥灌漿料試塊的抗折強度平均值

(1)抗折強度測定結(jié)果

通過三組折線圖，可發(fā)現(xiàn)在相同的微珠摻入質(zhì)量分?jǐn)?shù)下，三組水灰比的抗折強度變化不大，其原因可能為三組水灰比的大小相差不大；同時，增加玻璃微珠的摻入量，會導(dǎo)致水泥灌漿料試塊1d、3d和7d的抗折強度均呈現(xiàn)減小的趨勢，與現(xiàn)有的大量研究結(jié)果相同[9]，其中1d最小抗折強度為2.0MPa，滿足性能目標(biāo)值。

(2)抗壓強度測定結(jié)果

圖3 不同水灰比下水泥灌漿料試塊的抗壓強度平均值

通過折線圖可得，三種水灰比的水泥灌漿料的抗壓強度均可滿足性能目標(biāo)值。玻璃微珠摻入量對增大水泥灌漿料的抗壓強度表現(xiàn)出消極作用，可以看出，微珠摻量的增大會使材料的抗壓強度大致呈線性降低，符合試驗預(yù)期結(jié)果。

4 熱學(xué)性能試驗

本試驗采用DRE-2C導(dǎo)熱系數(shù)測試儀對不同配合比的水泥塊試件進(jìn)行熱力學(xué)實驗，測定各組試件的導(dǎo)熱系數(shù)，對研制出的低導(dǎo)熱灌注式水泥基材料的導(dǎo)熱性能進(jìn)行綜合評價。圖4展示了不同水灰比條件下，灌漿料試件的導(dǎo)熱系數(shù)與空心玻璃微珠質(zhì)量分?jǐn)?shù)的關(guān)系。

圖4 不同水灰比下水泥灌漿料試件的導(dǎo)熱系數(shù)

從三個折線圖中的曲線可以看出，正如試驗預(yù)測的一樣，在同一水灰比條件下，水泥基灌漿料的導(dǎo)熱系數(shù)隨著摻入玻璃微珠質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大而逐漸降低，并且呈現(xiàn)出一種非線性的降低，與已有的研究基本符合[10]。以水灰比0.40為例，空心玻璃微珠質(zhì)量分?jǐn)?shù)以間隔為0.5%的增量方式遞增，而水泥基灌漿料的導(dǎo)熱系數(shù)相對于微珠質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0%的水泥基灌漿料導(dǎo)熱系數(shù)0.6549W/(m·K)而言，對應(yīng)的各個質(zhì)量分?jǐn)?shù)的下降比例分別為4.8%、11.2%、18.7%和27.3%?？傮w來說，空心玻璃微珠因其自身特性，加入到水泥基灌漿料后，能夠起到降低灌漿材料導(dǎo)熱性能的效果，逐步體現(xiàn)出隔熱性能，并且微珠摻入量越多，灌漿料的導(dǎo)熱系數(shù)越低。通過對空心玻璃微珠水泥基灌漿料的熱學(xué)性能試驗可知，采用加入空心玻璃微珠來降低水泥基灌漿料的導(dǎo)熱性是可行的，能夠初步達(dá)到在半柔性瀝青路面上層形成隔熱層的最初目的。

5 結(jié)論

(1)本試驗采用0.42、0.40和0.38三組較低的水灰比制備的空心玻璃微珠水泥基材料，較好地改善了微珠上浮現(xiàn)象，并且水泥基材料的流動度保持在18～23s范圍內(nèi)，能夠滿足形成路面上層隔熱層的流動度要求。

(2)隨著玻璃微珠摻入質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加，水泥基復(fù)合材料的兩項強度特性：抗折及抗壓強度均出現(xiàn)減小的趨勢。由于本試驗最大微珠摻入質(zhì)量分?jǐn)?shù)僅為2%，故制備出的低導(dǎo)熱灌注式水泥基材料強度均可滿足甚至遠(yuǎn)大于設(shè)定要求。其中1d的最小抗折強度為2.0MPa，最小抗壓強度為16MPa，因此選用此灌漿料灌筑的半柔性瀝青路面有望在1d內(nèi)實現(xiàn)通車。

(3)本試驗研制出的灌注式水泥基材料的導(dǎo)熱系數(shù)相比于普通灌漿料得到了降低，初步體現(xiàn)了較好的隔熱性能。同樣即使在試驗所選用的玻璃微珠質(zhì)量分?jǐn)?shù)較小的條件下，水泥基材料的導(dǎo)熱系數(shù)下降的最大幅度仍有27.3%，能夠達(dá)到在半柔性瀝青路面上層形成隔熱層的試驗?zāi)康摹?/p>