常帥帥 汲治鵬 高穎 郭慶林

（1.中建路橋集團(tuán)有限公司，河北 石家莊 050000；2.河北工程大學(xué)，河北 邯鄲 056000）

一、引言

中國(guó)公路建設(shè)突飛猛進(jìn)，重載交通的迅速增加給路面結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性帶來極大考驗(yàn)[1～2]。半柔性路面是在大空隙（20%～30%）瀝青混合料基體中灌入水泥漿形成的，它大大提高了路面抵抗荷載的能力[3]。水泥灌漿材料約占半柔性路面材料的20%～26%，對(duì)半柔性路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)強(qiáng)度和路用性能影響較大，因此灌漿材料的性能研究極為關(guān)鍵。

目前的灌漿料使用過程中，容易出現(xiàn)流動(dòng)度不達(dá)標(biāo)、強(qiáng)度不足、干縮開裂等問題。本研究將以強(qiáng)度、干縮率、泌水率、流動(dòng)度等為指標(biāo)，確定高性能自流平低收縮水泥基灌漿材料的最佳配合比。

二、試驗(yàn)

（一）試驗(yàn)原材料

水泥采用河北省武安市生產(chǎn)的紫峰牌P.O42.5水泥；砂選擇級(jí)配良好的機(jī)制砂，為防止粒徑過大影響灌注效果，機(jī)制砂最大粒徑不超過0.6mm；礦粉采用石灰?guī)r磨細(xì)生產(chǎn)，主要作填料；粉煤灰采用邯鄲市熱電廠生產(chǎn)的II級(jí)粉煤灰；膨脹劑采用河北省武安市生產(chǎn)的UEA膨脹劑；減水劑采用湖南中巖建材科技有限公司生產(chǎn)的聚羧酸母液稀釋5.0（±0.1）倍配制。

（二）試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以P.O42.5水泥為基材，選取水灰比、砂灰比、礦粉摻量進(jìn)行3因素3水平素水泥漿最佳配合比正交試驗(yàn)，各因素水平如表1所示。

表1 素水泥漿正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表

在水泥漿體中加入粉煤灰，可有效提高水泥漿體的流動(dòng)性能。膨脹劑的加入可有效補(bǔ)償水泥漿體收縮。減水劑的加入可提高水泥漿體的和易性和強(qiáng)度。以素水泥漿最佳配合比為基礎(chǔ)，選取粉煤灰、UEA膨脹劑、聚羧酸減水劑進(jìn)行3因素3水平素正交試驗(yàn)，各因素水平如表2所示。

表2 高性能水泥基灌漿材料正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)表

（三）性能要求及測(cè)試方法

參照現(xiàn)行《公路工程水泥與水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》，水泥基灌漿材料應(yīng)滿足的要求如表3所示。

表3 水泥基灌漿材料技術(shù)要求

三、試驗(yàn)結(jié)果與分析

（一）素水泥漿最佳配合比設(shè)計(jì)

采用表1進(jìn)行正交試驗(yàn)，包括流動(dòng)度、強(qiáng)度、干縮率、泌水率試驗(yàn)。提取各指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析，結(jié)果顯示，對(duì)于素水泥漿體，水灰比是影響流動(dòng)度和泌水率的最主要因素，礦粉摻量對(duì)強(qiáng)度指標(biāo)影響最為顯著。

綜合試驗(yàn)分析，素水泥漿體最佳配合比為：水灰比范圍0.58～0.63，礦粉用量6%，砂灰比19%。

（二）高性能水泥基灌漿料最佳配合比設(shè)計(jì)

素水泥漿體試驗(yàn)結(jié)果顯示，各項(xiàng)指標(biāo)均僅滿足各項(xiàng)規(guī)范要求，未能達(dá)到自流平低收縮等性能要求。采用表2進(jìn)行正交試驗(yàn)。結(jié)果如表4、表5所示。

表4 高性能水泥基灌漿材料正交試驗(yàn)結(jié)果

表5 高性能水泥基灌漿材料干縮試驗(yàn)結(jié)果（單位：0.001mm）

由表4和表5可知，高性能灌漿料較素水泥漿體在各指標(biāo)上均有提高。提取各指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析，結(jié)果顯示粉煤灰是流動(dòng)度和泌水率的顯著影響因素；粉煤灰是強(qiáng)度的顯著影響因素；UEA膨脹劑是收縮率的顯著影響因素。

由圖1至圖4可知，粉煤灰摻量與各指標(biāo)之間的關(guān)系。如圖1所示，根據(jù)規(guī)范,粉煤灰摻量在3%～ 10%符合流動(dòng)性能要求;如圖2所示，隨粉煤灰摻量增加，泌水率先降后增,但均滿足指標(biāo)要求;如圖3所示，粉煤灰摻量增加對(duì)抗壓強(qiáng)度影響較大,根據(jù)曲線拐點(diǎn)確定粉煤灰摻量為6%時(shí)灌漿材料強(qiáng)度最佳;如圖4所示，隨粉煤灰摻量增加，灌漿材料收縮率先升高后降低,根據(jù)規(guī)范，灌漿材料收縮率均滿足要求。

圖1 粉煤灰摻量與流動(dòng)度

圖2 粉煤灰摻量與泌水率

圖3 粉煤灰摻量與強(qiáng)度

圖4 粉煤灰摻量與收縮率

綜上所述，適當(dāng)摻量的粉煤灰可以增強(qiáng)流動(dòng)度,并且降低工程造價(jià),綜合考慮各指標(biāo)推薦粉煤灰摻量范圍為4%～8%,最佳摻量為6%。

由圖5至圖8反映了UEA膨脹劑摻量與各指標(biāo)之間的關(guān)系。如圖5所示，隨UEA膨脹劑摻量增加，灌漿料流動(dòng)度均滿足要求，且流動(dòng)性能不斷增強(qiáng);如圖6所示，試驗(yàn)選取U EA膨脹劑摻量范圍內(nèi)，灌漿料泌水率均滿足要求,且隨摻量增加先升后降,在8%時(shí)達(dá)到峰值;如圖7所示，試驗(yàn)選取U EA膨脹劑摻量范圍內(nèi),灌漿料強(qiáng)度均滿足要求，且其摻量對(duì)灌漿料抗折強(qiáng)度影響較小，對(duì)抗壓強(qiáng)度影響相對(duì)較大,UEA膨脹劑摻量增加時(shí),灌漿料7d抗壓強(qiáng)度接近線性降低,而28d抗壓強(qiáng)度先下降又升高，總體強(qiáng)度呈下降趨勢(shì);如圖8所示，試驗(yàn)選取UEA膨脹劑摻量范圍內(nèi)，灌漿料收縮率均滿足要求,摻量6%～ 8%時(shí)收縮率下降28.4%,摻量8%～ 10%時(shí)收縮率下降18.97%,因此UEA膨脹劑摻量在6%～8%時(shí),控制灌漿料體積穩(wěn)定性能更為顯著。

圖5 膨脹劑摻量和流動(dòng)度

圖6 膨脹劑摻量和泌水率

圖7 膨脹劑摻量和強(qiáng)度

圖8 膨脹劑摻量和收縮率

綜上所述，試驗(yàn)選取UEA膨脹劑摻量范圍內(nèi)，各指標(biāo)均能達(dá)到要求，但隨摻量增加，材料抗壓強(qiáng)度均有所降低且泌水率增加，這對(duì)于灌漿料工程應(yīng)用不利。綜合考慮各指標(biāo)，建議UEA膨脹劑最佳摻量范圍為7%～9%。

由圖9至圖12可知，聚羧酸減水劑摻量與灌漿料各性能指標(biāo)之間的關(guān)系。如圖9所示，聚羧酸減水劑摻量增加可有效增強(qiáng)灌漿料流動(dòng)性能，聚羧酸減水劑摻量從0.8%增加至1%時(shí)，灌漿料流動(dòng)性能提高了7.49%；如圖10所示，隨著聚羧酸減水劑摻量增加，灌漿料泌水率先增后降，峰值為1.6%，摻量在0.8%～0.88%時(shí)泌水率較低；如圖11所示，隨聚羧酸減水劑摻量增加，灌漿料強(qiáng)度呈先上升后下降趨勢(shì)，但總體呈上升趨勢(shì)，當(dāng)摻量在0.9%時(shí)，可認(rèn)為灌漿料強(qiáng)度達(dá)到最佳值；如圖12所示，隨聚羧酸減水劑摻量增加，灌漿料收縮率先上升后下降，峰值收縮率為0.068%，遠(yuǎn)小于規(guī)范要求的0.3%。

圖9 減水劑摻量和流動(dòng)度

圖10 減水劑摻量和泌水率

圖11 減水劑摻量和強(qiáng)度

圖12 減水劑摻量和收縮率

試驗(yàn)選取聚羧酸減水劑摻量范圍內(nèi)，灌漿料各性能指標(biāo)均能達(dá)到路用要求，僅考慮流動(dòng)度和強(qiáng)度指標(biāo)建議聚羧酸減水劑摻量在0.9%～1%，僅考慮泌水率和收縮率指標(biāo)，建議聚羧酸減水劑摻量在0.8%～0.88%。因此，綜合考慮各指標(biāo)及指標(biāo)要求，建議聚羧酸減水劑摻量在0.85%～0.95%，最佳摻量為0.9%。

綜上所述，半柔性路面用高性能自流平低收縮水泥基灌漿料最佳配合比為：水灰比0.62，砂灰比19%，礦粉摻量6%，粉煤灰6%，UEA膨脹劑7%～9%，聚羧酸減水劑0.9%。

四、結(jié)語

素水泥漿體最佳配合比為：水灰比0.58～0.63，礦粉摻量6%，砂灰比19%。

粉煤灰可顯著提高灌漿料流動(dòng)性能，一定程度上還可提高灌漿料強(qiáng)度，確定其最佳摻量范圍為4%～8%；UEA膨脹劑可明顯降低灌漿料收縮率提高其體積穩(wěn)定性，最佳摻量應(yīng)控制在7%～9%。

高性能水泥基灌漿料最佳配合比為：水灰比0.62，砂灰比19%，礦粉摻量6%，粉煤灰6%，UEA膨脹劑7%～9%，聚羧酸減水劑0.9%。