徐燦

（貴州高速黔通建設(shè)工程有限公司，貴州 貴陽 550001）

0 引言

傳統(tǒng)修復(fù)公路路面病害的技術(shù)存在諸多不足，不僅耗費(fèi)成本高、花費(fèi)時(shí)間長(zhǎng)、質(zhì)量效果也存在一定不足，且對(duì)道路交通的正常通行造成不利影響。非開挖式注漿技術(shù)在工程建設(shè)地基加固中已經(jīng)有多年的應(yīng)用歷史，是一種較成熟、有效的施工工藝。早強(qiáng)型聚合物注漿加固技術(shù)的應(yīng)用，無需開挖公路路面，不會(huì)對(duì)原結(jié)構(gòu)體造成大面積破壞，有利于環(huán)保減排，符合綠色施工理念的相關(guān)要求，維修后可以實(shí)現(xiàn)快速通行。在高速公路、路橋過渡銜接地帶等病害處理中，注漿加固補(bǔ)強(qiáng)技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，并取得了良好效果。注漿材料是注漿技術(shù)中不可或缺的關(guān)鍵組成部分，注漿材料的性能和品種的優(yōu)劣，直接影響工程的質(zhì)量和成本。本文主要通過試驗(yàn)研究注漿材料制備、添加堿激發(fā)劑的模數(shù)、堿摻量等變量，影響聚合物注漿料性能的情況，以期提升注漿材料性能。

1 聚合物初擬配合比設(shè)計(jì)

制作聚合物注漿材料的原材料主要為SiO2-Al2O3單體，為凝膠結(jié)構(gòu)，另一原材料為堿激發(fā)劑，可以實(shí)現(xiàn)聚合物力學(xué)性能的提升。

1.1 聚合物原材料

原材料質(zhì)量是工程建設(shè)整體質(zhì)量的核心，務(wù)必使原材料質(zhì)量完全滿足設(shè)計(jì)文件及施工技術(shù)規(guī)范的要求。做好項(xiàng)目建設(shè)前期原材料的質(zhì)量控制，是項(xiàng)目施工階段十分重要的管理環(huán)節(jié)。基于此，本文研究制作聚合物注漿料不同原材料對(duì)其性能的影響情況，選擇的主要原材料為礦渣、粉煤灰、偏高嶺土。

（1）注漿料原材料化學(xué)組分見表1。

表1 注漿料原材料化學(xué)組分

（2）本試驗(yàn)選用的礦渣，顆粒直徑范圍為8～32μm；粉煤灰對(duì)聚合物的力學(xué)強(qiáng)度、密度等產(chǎn)生著極為顯著的影響，本試驗(yàn)中粉煤灰的顆粒直徑均在10μm 以下；偏高嶺土具有顯著的火山灰活性，可以有效提升聚合物的抗折強(qiáng)度，本研究選擇細(xì)度為1 250 目的偏高嶺土；

（3）聚合物中粉煤灰、礦渣、偏高嶺土的質(zhì)量比為5∶3∶2，可以滿足養(yǎng)護(hù)所需的灌漿性能；

（4）參考工業(yè)生產(chǎn)中的慣用做法，本試驗(yàn)選擇水玻璃為堿激發(fā)劑，SiO2、Na2O 的摩爾比為0.30，固液比為34%。

1.2 聚合物初擬配合比

于松散的路面結(jié)構(gòu)中注入聚合物注漿料，如聚合物強(qiáng)度低、黏連結(jié)構(gòu)層材料效果差，則將難以實(shí)現(xiàn)良好的維修效果，路面承載力難以提升。因此，如要提高注漿效果，聚合物注漿料的水灰比、模數(shù)非常重要。堿激發(fā)劑模數(shù)變量分別為1.4、1.6 和1.8，堿摻量變量分別為6%和8%，水灰比變量分別為0.28、0.30、0.32。

2 聚合物注漿料制備工藝

制備聚合物注漿料的過程中，需對(duì)其承載力、抗壓強(qiáng)度、流動(dòng)性、黏結(jié)性能等予以考慮。

（1）聚合物注漿料制備的過程見圖1；

圖1 聚合物注漿料制備的過程

（2）攪拌時(shí)長(zhǎng)對(duì)聚合物注漿料性能影響較大，試驗(yàn)過程中先慢攪2min，之后需分別快速攪拌3min、5min、l0min，探究攪拌時(shí)間對(duì)聚合物性能的具體影響。

3 聚合物注漿料性能試驗(yàn)方法

3.1 注漿料凝結(jié)時(shí)間試驗(yàn)

注漿料凝結(jié)時(shí)間試驗(yàn)的具體方法介紹如下：

（1）試驗(yàn)用主要儀器：維卡儀、攪拌機(jī)、標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱、天平；

（2）試驗(yàn)條件：確保溫度介于18～22℃之間，濕度低于50%；

（3）試驗(yàn)主要步驟：①標(biāo)定凝結(jié)時(shí)間測(cè)定儀，使儀器處于初始狀態(tài)；②配置漿液并入模，于養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)；③科學(xué)運(yùn)用凝結(jié)時(shí)間測(cè)定儀，檢測(cè)分析聚合物初凝時(shí)間；④合理使用凝結(jié)時(shí)間測(cè)定儀，測(cè)算聚合物終凝時(shí)間；

（4）試驗(yàn)記錄：接近初凝時(shí)，每5min測(cè)定一次并記錄；快終凝時(shí)，每15min測(cè)定一次并記錄。

3.2 注漿料流動(dòng)度試驗(yàn)

使用倒錐法進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)定聚合物流動(dòng)性，其試驗(yàn)所用到的儀器、主要試驗(yàn)步驟分析如下：

（1）試驗(yàn)儀器：①流動(dòng)度試驗(yàn)倒錐儀見圖2，設(shè)備為不銹鋼、鋁材質(zhì)，容量最低2 000mL；②支架由金屬制作；③水平尺；④秒表，分度值大于0.2s；

圖2 流動(dòng)度試驗(yàn)用倒錐儀

（2）主要試驗(yàn)步驟：①控制室溫介于18～22℃；②試驗(yàn)前1min，倒錐完全浸沒于純凈水中，保持器械濕潤(rùn)；③于倒錐中緩慢倒入聚合物漿液；④打開倒錐出口塞的同時(shí)用秒表記錄時(shí)間；⑤倒錐出口開始有漿液斷續(xù)流出時(shí)再次按下秒表；⑤試驗(yàn)中需進(jìn)行平行試驗(yàn)予以相互驗(yàn)證，同類漿體平行試驗(yàn)需超過2次。

3.3 注漿料泌水率和膨脹率試驗(yàn)

注漿料泌水率和膨脹率試驗(yàn)所用到的試驗(yàn)儀器及試驗(yàn)方法如下：

（1）試驗(yàn)儀器：本次試驗(yàn)使用密封杯作為測(cè)試儀，儀器由有機(jī)玻璃制作，高120mm；

（2）試驗(yàn)方法：將100mm漿液注入容器中，標(biāo)記高度后密封保存靜置，記錄3h、24h 后漿液膨脹面和離析水水面的高度，按照如公式（1）和（2）計(jì)算漿液的泌水率和膨脹率。

式（1）（2）中：a1為初始標(biāo)定的漿液高度（mm）；a2為初始標(biāo)定的泌水面高度（mm）；a3為膨脹面（mm）。

3.4 注漿料抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

注漿料抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的試驗(yàn)條件、所用到的試驗(yàn)設(shè)備、測(cè)定抗壓強(qiáng)度方法等要點(diǎn)分析如下：

（1）試驗(yàn)條件：上述實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)室溫度介于18～22℃之間，濕度設(shè)定超50%；所用設(shè)備如養(yǎng)護(hù)箱也處于實(shí)驗(yàn)室同等溫度，濕度設(shè)定超90%；設(shè)定試件養(yǎng)護(hù)池水溫介于19～21℃之間；

（2）試驗(yàn)設(shè)備：抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)，載荷精度需為±l%；

（3）試件的養(yǎng)護(hù)：①24h 齡期脫模時(shí)，需在試驗(yàn)前20min內(nèi)完成脫模；超24h時(shí)的，需在20～24h后進(jìn)行脫模；②置于水中養(yǎng)護(hù)，試件間隔超5mm，試件上表面水深控制應(yīng)達(dá)到5mm。

（4）測(cè)定抗壓強(qiáng)度：本次研究使用抗壓測(cè)試機(jī)，測(cè)定時(shí)保持勻速加載，速度介于2200～2600N/s之間。公式3為抗壓強(qiáng)度Rc求解式：

式（3）中：Fc為破壞時(shí)的最大荷載（N）；A為受壓部分面積（mm2）。

4 聚合物試驗(yàn)結(jié)果與分析

4.1 聚合物凝結(jié)時(shí)間

本次試驗(yàn)測(cè)試了多個(gè)堿含量、堿激發(fā)劑模數(shù)和水灰比參數(shù)組合，對(duì)應(yīng)的聚合物注漿材料初凝、終凝時(shí)間，具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。

表2 不同堿含量、模數(shù)和水灰比對(duì)應(yīng)的聚合物注漿料凝結(jié)時(shí)間

根據(jù)表2 可以看出；①水灰比、堿含量不變的情況下，聚合物注漿料初凝、終凝時(shí)間與模數(shù)成正比；②水灰比、模數(shù)不變的情況下，聚合物注漿料初凝、終凝時(shí)間與堿含量成反比；③堿含量、模數(shù)不變的情況下，聚合物注漿料初凝、終凝時(shí)間與水灰比成正比；④堿激發(fā)劑模數(shù)為1.40，水灰比0.29、堿含量6%、8%對(duì)應(yīng)的聚合物注漿料初凝時(shí)間略低于標(biāo)準(zhǔn)初凝時(shí)間，其余各試驗(yàn)組均達(dá)到技術(shù)要求。

4.2 聚合物流動(dòng)度

本次試驗(yàn)測(cè)試多個(gè)堿含量、堿激發(fā)劑模數(shù)和水灰比參數(shù)組合，對(duì)應(yīng)的聚合物注漿料流動(dòng)度具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表3。

表3 不同堿含量、模數(shù)和水灰比對(duì)應(yīng)的聚合物注漿料流動(dòng)度

根據(jù)表3數(shù)據(jù)可以看出，流動(dòng)度與模數(shù)、堿含量、水灰比成反比，且聚合物注漿料的流動(dòng)度在水灰比為0.33時(shí)達(dá)到最佳。

4.3 聚合物膨脹率、泌水率

基于前兩個(gè)試驗(yàn)結(jié)果確定的最佳模數(shù)、堿含量、水灰比測(cè)試聚合物注漿材料的泌水率、膨脹率，具體試驗(yàn)結(jié)果如表4、圖3所示。

表4 不同堿激發(fā)劑模數(shù)-堿含量對(duì)應(yīng)的聚合物注漿料泌水率

圖3 不同堿激發(fā)劑模數(shù)-堿含量對(duì)應(yīng)的聚合物注漿料膨脹率

根據(jù)表4 數(shù)據(jù)可知，模數(shù)為1.4 或1.6 時(shí)，漿料未泌水，模數(shù)1.8 時(shí)，漿料有輕微泌水。從圖3 可以看出，聚合物注漿料膨脹作用較為明顯，模數(shù)越大，聚合物注漿料膨脹率越大。模數(shù)1.6，堿含量8%時(shí)，聚合物注漿料膨脹率最大，當(dāng)模數(shù)超過1.6 時(shí)，聚合物注漿料膨脹率便開始下降。

4.4 聚合物抗壓強(qiáng)度

通過試驗(yàn)測(cè)試滿足性能要求的聚合物注漿料的抗壓強(qiáng)度，具體試驗(yàn)結(jié)果見圖4。

通過圖4 數(shù)據(jù)可知：抗壓強(qiáng)度與漿料的養(yǎng)護(hù)齡期成正比；抗壓強(qiáng)度與漿料的堿激活劑模數(shù)成反比。

圖4 聚合物注漿料的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

4.5 聚合物漿料攪拌時(shí)間的影響

選擇堿含量8%、水灰比0.33、堿激活劑模數(shù)1.6的聚合物注漿料作為試驗(yàn)對(duì)象，研究漿料的攪拌時(shí)間與漿料性能之間的關(guān)系，具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表5。

根據(jù)表5 數(shù)據(jù)可知：漿料攪拌時(shí)間越長(zhǎng)，其凝結(jié)速度越快，流動(dòng)度越大；對(duì)比現(xiàn)行規(guī)范，攪拌時(shí)間為3min時(shí)，漿料的各項(xiàng)特性滿足規(guī)范要求。

表5 漿料攪拌時(shí)間與漿料性能之間的關(guān)系

結(jié)合上述試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到聚合物注漿料的最佳配合比∶礦渣∶粉煤灰∶偏高嶺土=3∶5∶2；水灰比0.33；堿激發(fā)劑模數(shù)1.6，摻量為8%；攪拌時(shí)長(zhǎng)為3 分鐘。

5 結(jié)語

瀝青路面病害治理采用早強(qiáng)型聚合物注漿技術(shù)與傳統(tǒng)開挖處治方案對(duì)比，具有良好的病害治理效果，不僅減少工程造價(jià)，且施工進(jìn)展快，對(duì)交通影響小，社會(huì)效益顯著。文章首先初步確定聚合物注漿料的配合比，對(duì)不同堿激活劑模數(shù)、堿含量、水灰比下聚合物注漿料的凝結(jié)時(shí)間、流動(dòng)度、膨脹率、泌水率、抗壓強(qiáng)度、攪拌時(shí)間等性能指標(biāo)進(jìn)行試驗(yàn)分析，以確定最佳配合比，并明確漿料攪拌時(shí)間與漿料性能之間的關(guān)系。試驗(yàn)結(jié)果表明，聚合物注漿料的最佳配合比為：堿激活劑模數(shù)1.6，堿含量8%，水灰比0.33，攪拌時(shí)間3min，此參數(shù)作為推薦值滿足工程要求。