路用修補(bǔ)材料耐凍融性能研究

王 超，崔東霞

（山西省交通科技研發(fā)有限公司，山西 太原 030032）

隨著我國經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，大規(guī)模的基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)也迎來了快速發(fā)展。截至2018年末，全國收費(fèi)公路里程16.81萬km，占公路總里程484.65萬km的3.5%。其中，高速公路13.79萬km，一級公路1.96萬km，二級公路0.97萬km，獨(dú)立橋梁及隧道951 km，占比分別為82.0%、11.7%、5.7%和0.6%[1]。由于材料和施工、設(shè)計(jì)載重、雨雪天氣等問題，使得道路出現(xiàn)了病害，需要進(jìn)行維修保養(yǎng)[2]。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，路用修補(bǔ)材料已由普通的水泥砂漿，經(jīng)歷聚合物修補(bǔ)材料，逐漸發(fā)展到現(xiàn)在的高強(qiáng)高性能聚合物修補(bǔ)材料[3]。相較于聚合物，水泥基仍存在耐凍融性能和防腐性能差等問題，制約其在道路工程中的應(yīng)用。本文選擇了普通水泥砂漿、聚合物高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿、聚合物高強(qiáng)加固砂漿、環(huán)氧樹脂砂漿[4]、水性環(huán)氧砂漿進(jìn)行冬季戶外實(shí)地凍融試驗(yàn)，考察上述各種材料的凍融性能差異。通過大量的文獻(xiàn)調(diào)研[5-6]，設(shè)定凍融環(huán)境的鹽溶液濃度為2.0%、3.5%、6.0%。

1 試驗(yàn)部分

1.1 修補(bǔ)材料種類及原材料

1.1.1 普通水泥砂漿KB

水泥C：42.5普通硅酸鹽水泥，密度3 150 kg/m3；細(xì)骨料S：河砂，密度2 620 kg/m3。

1.1.2 聚合物高強(qiáng)修補(bǔ)砂漿WG-1

市售，山西石博士建筑材料有限公司產(chǎn)。

1.1.3 YJ聚合物高強(qiáng)加固砂漿WG-2

市售，山西石博士建筑材料有限公司產(chǎn)。

1.1.4 環(huán)氧樹脂砂漿EM

環(huán)氧樹脂E-51，環(huán)氧值：0.49～0.51/0.43～0.44，無錫藍(lán)星石油化工有限責(zé)任公司生產(chǎn)。固化劑CP-970:大連凱華新技術(shù)工程有限公司生產(chǎn)。稀釋劑501、692：安徽黃山新遠(yuǎn)化工有限公司產(chǎn)。水泥、細(xì)砂來源同1.1.1。

1.1.6 水性環(huán)氧砂漿WEM

水性固化劑6605：實(shí)驗(yàn)室自制。環(huán)氧樹脂、水泥、細(xì)砂來源同1.1.1。

1.2 配合比設(shè)計(jì)

配合比設(shè)計(jì)見表1。

表1 配合比設(shè)計(jì)

1.3 試樣制備與性能測試

預(yù)先將液料與粉料分別混合均勻，將液料加入粉料中進(jìn)行攪拌，裝入膠砂試模中。將制備完畢的5組膠砂試件進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)結(jié)束后放置于2.0%、3.5%、6.0% NaCl溶液中，放置于戶外，進(jìn)行實(shí)地凍融試驗(yàn)。凍融齡期為30 d（2020.01.08—2020.02.08）和60 d（2020.01.08—2020.03.08）。

膠砂試件抗折性能測試：水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）。

2 結(jié)果與討論

2.1 溶液濃度對修補(bǔ)材料凍融性能的影響

圖1 溶液濃度對普通水泥砂漿KB凍融性能的影響

由圖1可以看出，普通水泥砂漿在鹽溶液中進(jìn)行凍融循環(huán)，凍融30 d后，抗折強(qiáng)度有所提高，再繼續(xù)凍融30 d后，強(qiáng)度下降，并低于凍融前初始強(qiáng)度。砂漿試件在溶液中有水環(huán)境下，繼續(xù)養(yǎng)護(hù)，發(fā)生水化作用，強(qiáng)度有所提高。凍融進(jìn)行到一定程度時(shí)，鹽凍破壞作用大于其本身強(qiáng)度發(fā)展，砂漿內(nèi)部發(fā)生了損傷，強(qiáng)度急速下降。2.0%、3.5%的鹽溶液中，抗折強(qiáng)度損失遠(yuǎn)大于6.0%。分析原因有可能為：隨著NaCl濃度的增加，溶液結(jié)冰膨脹率和結(jié)冰壓顯著降低,這是最有利于降低混凝土鹽凍破壞的因素。

圖2 溶液濃度對修補(bǔ)砂漿WG-1凍融性能的影響

圖3 溶液濃度對加固砂漿WG-2凍融性能的影響

由圖2、圖3可以看出，2.0%低鹽濃度溶液對修補(bǔ)砂漿與加固砂漿凍融性能的影響是一致的，分析原因?yàn)椋簾o論是修補(bǔ)砂漿，還是加固砂漿，其主要膠凝材料仍然為水泥，其經(jīng)受凍融循環(huán)后，破壞機(jī)理也是一致的。6.0%的高鹽溶液對水泥砂漿的強(qiáng)度有所提高。綜合圖1～圖3，可以得出，中低濃度鹽溶液引起的混凝土鹽凍破壞最嚴(yán)重，這一點(diǎn)與文獻(xiàn)[7]是一致的。

圖4 溶液濃度對環(huán)氧樹脂砂漿EM凍融性能的影響

圖5 溶液濃度對水性環(huán)氧砂漿WEM凍融性能的影響

由圖4可以看出，環(huán)氧樹脂砂漿在經(jīng)歷凍融過程后，強(qiáng)度發(fā)生不同程度的提高，60 d凍融循環(huán)后，2.0%、3.5%鹽溶液下，強(qiáng)度都有所下降，但仍遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于初始強(qiáng)度。6.0%溶液濃度下，強(qiáng)度不下降。環(huán)氧樹脂砂漿體系中不含水，水泥不與環(huán)氧樹脂發(fā)生反應(yīng)，抵抗鹽凍破壞的能力較強(qiáng)。其次，環(huán)氧樹脂砂漿本身密實(shí)度與強(qiáng)度較高，抵御鹽凍破壞的凍脹作用較強(qiáng)。

由圖5可以看出，水性環(huán)氧砂漿在鹽凍環(huán)境下抗折強(qiáng)度的變化與普通水泥砂漿的變化是一致的，先增長后降低。不同的是水性環(huán)氧砂漿在經(jīng)歷凍融循環(huán)后，仍然保持初始的抗折強(qiáng)度，大約9 MPa。

2.2 不同修補(bǔ)材料耐凍融性能的差異對比

將不同種類的修補(bǔ)材料在不同鹽溶液環(huán)境下的凍融性能進(jìn)行對比，以溶液濃度2.0%為例進(jìn)行說明，試驗(yàn)結(jié)果見圖6。

由圖6可以看出，修補(bǔ)材料種類不同，但隨凍融齡期性能變化的趨勢是一致的。不同修補(bǔ)材料對鹽凍的抵抗能力不同，差異較大，其中環(huán)氧樹脂砂漿與水性環(huán)氧砂漿的耐鹽凍性能較好。

圖6 2.0%溶液濃度下，修補(bǔ)材料凍融性能的差異

3 結(jié)語

a）較低鹽溶液濃度對修補(bǔ)材料的耐凍融性能影響較大。

b）同樣2.0%鹽溶液濃度下，不同種類修補(bǔ)材料的抗折強(qiáng)度隨凍融齡期的變化是一致的，先增長后降低。

c）與水泥基膠凝材料相比，環(huán)氧樹脂類聚合物基膠黏劑耐凍融性能優(yōu)異。