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    道路層間結(jié)合用CR砂漿的制備和粘結(jié)性能研究

    2016-03-11 14:46:09劉仁武李英燦
    珠江水運(yùn) 2016年2期
    關(guān)鍵詞:粘結(jié)性制備工藝

    劉仁武+李英燦

    摘 要:樹脂改性水泥砂漿的物理力學(xué)性能試驗(yàn)研究結(jié)果表明,CR砂漿不僅具有良好的流動(dòng)性、較小的干縮率,而且具有較高的抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度,其物理力學(xué)性能比改性前的普通水泥砂漿得到明顯提高,從而大大提高了道路層間結(jié)合性能。

    關(guān)鍵詞:層間結(jié)合 CR砂漿 制備工藝 粘結(jié)性

    近年來, 交通荷載的日益重型化、交通量的大幅度增長、超載車輛的日趨嚴(yán)重,加速了路面的損壞,混凝土修補(bǔ)已成了結(jié)構(gòu)工程的一個(gè)分支。人們從實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)在水泥凈漿、聚合物漿體、聚合物水泥漿、環(huán)氧水泥中,環(huán)氧水泥的修補(bǔ)效果最好。樹脂改性水泥砂漿不僅具有良好的流動(dòng)性、較小的干縮率,而且具有較高的抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度,其物理力學(xué)性能比改性前的普通水泥砂漿得到明顯提高,從而大大改善了半剛性面層的抗裂、抗車轍和抗水損害等路用性能。因此,研究環(huán)氧樹脂改性水泥砂漿在工程中的應(yīng)用有很可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

    1.實(shí)驗(yàn)部分

    1 . 1主要原材料

    復(fù)合硅酸鹽(P·C)32.5號(hào)水泥;天然河砂,0.3~0.6mm;水性環(huán)氧樹脂,固化劑。

    1 . 2實(shí)驗(yàn)方案

    基準(zhǔn)配合比為水泥∶水∶砂=1∶0.5∶2,其中環(huán)氧樹脂與固化劑為固定比10:1,環(huán)氧樹脂與水泥的比值分別為0.010、0.025、0.040、0.055、0.070、0.085,每組實(shí)驗(yàn)原料總重量2000g。根據(jù)環(huán)氧樹脂與水泥的不同比值分為六組實(shí)驗(yàn),編號(hào)分別為A、B、C、D、E、F,每組三個(gè)試件,其中,一個(gè)粘結(jié)試件,兩個(gè)CR砂漿試件。CR砂漿試件先用來測試抗折強(qiáng)度;折斷后有四個(gè)斷塊,用來測試抗壓強(qiáng)度;新老混凝土粘結(jié)試件用來測試抗拉強(qiáng)度。以流動(dòng)度、抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度等參數(shù)作為實(shí)驗(yàn)指標(biāo),分析環(huán)氧樹脂對(duì)CR砂漿性能的影響。

    2.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

    2 . 1水性環(huán)氧樹脂與流動(dòng)度的關(guān)系

    圖1通過三種算法對(duì)曲線進(jìn)行擬合,得出三個(gè)流動(dòng)度-樹脂含量圖。其中,小二乘法二次方擬合曲線和小二乘法三次方擬合曲線較準(zhǔn)確,離散性較小。在小二乘法二次方擬合曲線中,水性環(huán)氧樹脂含量為0.07時(shí),流動(dòng)度達(dá)到最大,樹脂含量為0.01~0.07,流動(dòng)度隨樹脂的含量增加而增大;樹脂含量為0.07~0.1,流動(dòng)度隨樹脂含量增加而減小。這是由于砂漿在拌和過程中,水泥顆粒某些邊棱角互相碰撞吸附,并在范德華力作用下形成絮凝狀結(jié)構(gòu),包裹了很多拌和水。當(dāng)水性環(huán)氧樹脂加入水泥砂漿后,水性環(huán)氧樹脂中所帶的極性陰離子活性基團(tuán)通過離子鍵、共價(jià)鍵、氫鍵及范德華力等相互作用,緊緊地吸附在強(qiáng)極性的水泥顆粒表面,從而使水泥顆粒帶電,根據(jù)同性電荷相互排斥原理,阻止了相鄰水泥顆粒的相互接近,增大了水泥與水的接觸面積,使水泥充分水化,并且在水泥顆粒擴(kuò)散的過程中,釋放凝聚體所包含的游離水,改善了和易性,減少了拌和水量。

    同時(shí)水性環(huán)氧樹脂結(jié)構(gòu)中具有親水性的側(cè)鏈,伸展于水中,從而在所吸附的水泥顆粒表面形成有一定厚度的親水性立體吸附層。當(dāng)水泥靠近時(shí),吸附層開始重疊,即在水泥顆粒間產(chǎn)生空間位阻作用,重疊越多,空間位阻斥力越大,對(duì)水泥顆粒間凝聚作用的阻礙也越大,使得砂漿有很好的流動(dòng)性。

    在小二乘法三次方擬合曲線中,環(huán)氧樹脂含量小于0.04,砂漿流動(dòng)度隨樹脂含量增加而增加,環(huán)氧樹脂從0.04~0.07,砂漿流動(dòng)度基本保持不變,在一個(gè)水平范圍內(nèi)變動(dòng)。流動(dòng)度增加原理與上面分析一樣,曲線出現(xiàn)平臺(tái)說明樹脂加入量有個(gè)最佳區(qū)間,即0.04~0.07。在此區(qū)間內(nèi),CR砂漿流動(dòng)度達(dá)到147mm,流動(dòng)性能已經(jīng)很好了,能夠滿足施工要求。

    2 . 2樹脂含量與抗折強(qiáng)度的關(guān)系

    采用小二乘法四次方模擬抗折強(qiáng)度,摻加0.01的水性環(huán)氧樹脂抗折強(qiáng)度有較大的增幅,摻量為0.01和0.025強(qiáng)度都較大;摻量0.04開始下降,繼續(xù)添加水性環(huán)氧樹脂,抗折強(qiáng)度有小量回升,之后急劇下降。與水泥砂漿(3.5MPa)比較,A組(6.2MPa)和B組(6.0MPa)增強(qiáng)效果較明顯。

    2.3樹脂含量與抗壓強(qiáng)度的關(guān)系

    A組四個(gè)抗壓試件配方一樣,因此可以在A到F組中進(jìn)行組內(nèi)對(duì)比,結(jié)果如下:

    圖2為origin軟件處理后的圖形,圖中顯示抗壓強(qiáng)度曲線重復(fù)性較好,說明實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有一定的真實(shí)性。

    對(duì)平均抗壓強(qiáng)度進(jìn)行小二乘法三次方擬合,環(huán)氧樹脂摻量為0.00時(shí),抗壓強(qiáng)度最大,隨著樹脂含量的增大,抗壓強(qiáng)度急劇減小,摻量為0.04時(shí)最低,之后強(qiáng)度基本不變,超過0.09,抗壓強(qiáng)度繼續(xù)減小。結(jié)合本實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)摻加水性環(huán)氧樹脂會(huì)影響抗壓強(qiáng)度,但是對(duì)抗折強(qiáng)度的改善很明顯,均衡抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度,摻量為0.01較好。

    2 . 4樹脂含量與粘結(jié)抗拉強(qiáng)度的關(guān)系

    關(guān)于新老混凝土粘結(jié)機(jī)理已有大量研究,新老混凝土粘結(jié)試件的拉伸斷裂面為粘結(jié)面,粘結(jié)面為薄弱環(huán)節(jié)大連理工大學(xué)的田穩(wěn)苓等已研究證實(shí)。新老混凝土粘結(jié)破壞曲面不是唯一的(即不一定在原來的結(jié)合曲面處破壞),在原結(jié)合曲面附近有無數(shù)個(gè)可能的破壞曲面,這些曲面構(gòu)成一個(gè)“新老混凝土粘結(jié)破壞區(qū)”。因此粘結(jié)試件的制作重點(diǎn)就在結(jié)合區(qū)。

    對(duì)粘結(jié)試件抗拉強(qiáng)度進(jìn)行小二乘法三次方擬合,環(huán)氧樹脂摻量為0.01時(shí),抗拉強(qiáng)度最大,隨著樹脂含量的增大,抗壓強(qiáng)度急劇減小,摻量為0.04時(shí)最低,之后強(qiáng)度基本不變,超過0.09,抗拉強(qiáng)度繼續(xù)減小。實(shí)驗(yàn)說明A組抗拉強(qiáng)度最好,水性環(huán)氧樹脂摻量為0.01。

    3.結(jié)語

    水性環(huán)氧樹脂摻量為0.01時(shí),流動(dòng)度為132mm;摻量增加到0.04時(shí),流動(dòng)度為146mm,繼續(xù)增加水性環(huán)氧樹脂的量,流動(dòng)度增加較小,基本維持在148mm左右??紤]到施工成本,最佳水性環(huán)氧樹脂的摻量為0.04。

    A組和B組抗折強(qiáng)度最大,分別為6.2MPa和6.0MPa。繼續(xù)增加水性環(huán)氧樹脂對(duì)強(qiáng)度有較大的影響,C組強(qiáng)度減小1.5MPa。從圖2可以看出,水性環(huán)氧樹脂的摻量大于0.025,強(qiáng)度都較小。

    A組抗壓強(qiáng)度為37.4MPa,水性環(huán)氧樹脂從A組的0.01增加到B組的0.025,抗壓強(qiáng)度減小到26.5MPa,減小了10.9MPa。A組抗拉強(qiáng)度為9.85MPa,為六組中最大值,比B組大4.85MPa,且隨著水性環(huán)氧樹脂的增加,抗折強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)。

    綜合分析,A組配方水泥∶樹脂∶水∶砂=1∶0.01∶0.5∶2為最佳實(shí)驗(yàn)配方。它的28天抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度最大。水性環(huán)氧樹脂的摻加,減小了抗壓強(qiáng)度,提高了抗折強(qiáng)度,平衡點(diǎn)就是0.01。

    參考文獻(xiàn):

    [1]李強(qiáng),劉其誠,徐協(xié)文,等.灌注式路面層用水性環(huán)氧樹脂改性的研究[J].交通科學(xué)與工程,2009(03):6-10.

    [2]李家康.高強(qiáng)混凝土在壓剪復(fù)合受力下性能的試驗(yàn)研究[J].土木工程學(xué)報(bào),1997(03):74-80.

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