道路快速搶修用超早強修補砂漿的研制

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

當前基礎設施建設高速發(fā)展，公路、鐵路、橋梁、機場等交通基建設施在其中占據了重要地位[1]。當這些基建設施由于自然災害或者老化破損造成開裂塌陷時，需要對其快速搶修以盡快恢復交通秩序并降低生命財產損失。因此，研制道路快速搶修用超早強修補砂漿是十分必要的。

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、減水劑和早強劑等外加劑，研制出一種2 h抗壓強度高于40 MPa、1 d抗壓強度高于70 MPa、1 d拉伸粘結強度高于1.5 MPa的高性能超早強快速修補砂漿。該修補砂漿各項性能均比較良好，適用于各種交通基建道面的快速搶修，應用前景廣闊。

1 試驗

1.1 原材料與儀器設備

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，長度9～12 mm；其它原材料均為市售。

表1 石英砂的級配

主要儀器設備：NRJ-411A型水泥膠砂攪拌機，無錫市建筑材料儀器機械廠；ZT-96型膠砂試體成型振實臺，無錫市中科建材儀器有限公司；HC-6000C智能粘結強度測定儀，北京海創(chuàng)高科科技有限公司；AEC型壓力試驗機，無錫建儀儀器機械有限公司。

1.2 基本配比

對于超早強修補砂漿而言，快硬體系的搭配比較關鍵。本文選取P·O52.5水泥、R·SAC42.5水泥、緩凝劑與早強劑為快硬體系，水料比為0.12～0.13，將初凝時間控制在20 min左右，使得可操作時間在15 min左右。

除了緩凝劑和早強劑這2種外加劑之外，本文研制的超早強修補砂漿還摻入聚羧酸減水劑、消泡劑和絡合劑。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，初始流動度（平板玻璃自流測定法）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微氣泡，從而增加修補砂漿的密實度。加入適量的絡合劑，可以絡合體系中的金屬離子（主要為鈣離子）形成絡合物填充孔隙，大大降低修補砂漿的孔隙率，從而提高砂漿的力學性能。

道路快速搶修用超早強修補砂漿的基本配比見表2。

表2 超早強修補砂漿的基本配比

1.3 試驗方法

超早強修補砂漿的凝結時間、拉伸粘結強度與收縮率參照JGJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》進行測試；抗折和抗壓強度參照GB/T 17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》進行測試。

2 結果與分析

2.1 2種水泥配比對體系性能的影響

P·O52.5水泥用量為 10%～20%，R·SAC42.5水泥用量為35%～45%，在此范圍內設計了5組搭配，探究了不同搭配方式對體系早期抗壓強度的影響，結果見表3。

表3 2種水泥配比對體系性能的影響

從表3可以看出，水泥總用量為55%的3組搭配（1＃、2＃、4＃）對應的早期抗壓強度要高于總用量為50%的2組搭配（3＃和 5＃）。其中，1＃與 2＃試樣的 1 d抗壓強度高于 70 MPa。3＃與5＃試樣對比發(fā)現，在其它配比相同時，早期的抗壓強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，水化反應速率越快，早期強度也會有一定程度的提升。對比1＃、2＃、4＃試樣可以發(fā)現相似的規(guī)律。但快硬硫鋁水泥并非越多越好，當R·SAC42.5水泥過多時，一方面凝結時間縮短，降低了可操作時間；另一方面，不利于后期強度的緩慢穩(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%，此時修補砂漿的2h抗壓強度≥40 MPa，4 h抗壓強度≥55 MPa，1 d抗壓強度≥70 MPa，3 d抗壓強度接近80 MPa。以下試驗均采用該最佳配比進行研究。

2.2 酒石酸摻量對體系性能的影響

緩凝劑的作用是降低水泥的水化速度，延長凝結時間[2]。合理的摻量既可以保證適宜的可操作時間和凝結時間，又可以保證超早強修補砂漿的力學強度。本研究使用的緩凝劑為酒石酸，摻量為0.04%、0.06%、0.08%、0.10%時對體系凝結時間與早期抗壓強度的影響見表4。

表4 酒石酸摻量對體系性能的影響

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

2.3 絡合劑種類和摻量對體系強度的影響

在本試驗中，絡合劑主要起到絡合鈣離子形成絡合物填充微小孔隙從而提升超早強修補砂漿的抗折、抗壓強度。選取了市場上常見的3種絡合劑，分別以L1、L2和L3表示，以1 d抗折、抗壓強度為指標，探究了不同種類與摻量的絡合劑對體系強度的影響，試驗結果如表5所示。

由表5可以看出：當體系中未添加絡合劑時，1 d抗折、抗壓強度分別為7.83、65.25 MPa。摻入0.05%～0.15%的絡合劑，1 d抗折、抗壓強度均有明顯提高，改善1d抗折強度的強弱順序為：L1＞L2＞L3，改善 1d抗壓強度的強弱順序為：L2＞L1＞L3。對于L1與L2來說，隨著其摻量的增大，強度呈先提高后降低的趨勢，且均在摻量為0.12%時呈現最大值。而對于L3，在試驗設計摻量范圍內（0.05%～0.15%），呈均勻提高趨勢，在摻量為0.15%時呈最大值。由于各試樣的抗折強度相差不大，因此主要考慮抗壓強度，最終確定摻加0.12%的L2作為絡合劑，此時體系的1d抗壓強度為77.80 MPa，較空白組提高了19.2%。

表5 絡合劑種類和摻量對體系強度的影響

2.4 膠粉摻量對體系性能的影響

快速搶修用修補砂漿需要具有良好的拉伸粘結強度，相關文獻[3-4]中早已驗證了適量添加膠粉可以提升修補砂漿的拉伸粘結強度，但會明顯降低砂漿的抗壓強度。本試驗在基本配比下，對比了VAE乳膠粉摻量（0、1%、2%）對體系拉伸粘結強度與抗壓強度的影響，試驗結果見表6。

表6 膠粉摻量對體系拉伸粘結強度和抗壓強度的影響

由表6可以看出：

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

（2）未摻膠粉時，體系早期的抗壓強度比較理想，后期抗壓強度也有緩慢且穩(wěn)定的提高。摻入膠粉后，早期抗壓強度明顯降低；摻入1%的膠粉，2h抗壓強度低于40 MPa，1 d抗壓強度為64.26MPa；摻入2%膠粉，1d抗壓強度為53.07MPa，后期增長速率也比未加時減緩。膠粉摻量為1%、2%時，28d抗壓強度分別為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體系中，不建議添加膠粉，未摻加膠粉時體系的抗壓強度和拉伸粘結強度均較理想。

2.5 砂子級配對體系性能的影響

合理搭配骨料可以提高砂漿的抗壓強度，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%，研究了砂子級配對體系性能的影響，結果見表7。

表7 砂子級配對體系抗壓強度和收縮率的影響

由表 7 可以看出，體系抗壓強度的大小順序：3＃＞1＃＞2＃，3＃試樣的28 d抗壓強度為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＃，說明3＃試樣的抗收縮性能較好。原因主要是3＃試樣對應的砂子級配比較合理，改善了砂漿的孔結構，提升了抗收縮性能。3＃試樣為18%的砂A+21%的砂B，經計算，在本體系中砂子的合理級配為：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

通過不斷的改進與優(yōu)化，最終研制出一種道路快速搶修用超早強修補砂漿，最優(yōu)配合比見表8。按照JGJ/T 70—2009與GB/T 17671—1999對其性能進行測試，結果表明，制備的修補砂漿早期強度非常理想，后期28d抗壓強度高于95 MPa，1 d粘結強度為1.5 MPa，28 d粘結強度為2.2 MPa，1 d收縮率小于0.02%，28 d收縮率小于0.04%。

表8 超早強修補砂漿的最優(yōu)配合比

3 結語

本文研制了一種道路快速搶修用超早強修補砂漿，探究了影響體系性能的諸多因素，得出以下結論：（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%的絡合劑L2，可以明顯提升修補砂漿的強度；（4）摻入膠粉在本體系中顯著降低抗壓強度，對拉伸粘結強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配；（6）制備的快速修補砂漿綜合性能優(yōu)異，適用于各種交通基建道面的快速搶修，具有廣闊的應用前景。