高性能自流平低收縮水泥基灌漿料試驗(yàn)探究

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，顯著提高路面抵抗荷載的能力[3]。水泥灌漿料約占半柔性路面材料的20%～26%，顯著影響半柔性路面結(jié)構(gòu)的力學(xué)強(qiáng)度和路用性能，是灌漿料性能研究的關(guān)鍵。俞增煌[4]通過正交試驗(yàn)研究了水泥膠漿的配合比。莫秋旭[5]為了降低成本，采用水泥、硅灰、礦粉、粉煤灰等原材料，通過正交試驗(yàn)確定出水泥基灌漿料配合比。

灌漿料在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。本文以強(qiáng)度、干縮率、泌水率和流動(dòng)度為研究指標(biāo)，確定高性能自流平低收縮水泥基灌漿料最佳配合比。

二、試驗(yàn)概況

（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、砂灰比和礦粉摻量開展3因素3水平素水泥漿最佳配合比正交試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)如表1所示。

表1 素水泥漿正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

粉煤灰可有效提高水泥漿體流動(dòng)性能；膨脹劑可補(bǔ)償水泥漿體收縮；減水劑顯著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膨脹劑和聚羧酸減水劑開展3因素3水平正交試驗(yàn)，試驗(yàn)設(shè)計(jì)如表2所示。

表2 高性能水泥基灌漿料正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

（三）性能要求與測(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》，水泥基灌漿料技術(shù)要求如表3所示。

表3 水泥基灌漿料技術(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)

根據(jù)表1開展正交試驗(yàn)，包括流動(dòng)度、強(qiáng)度、干縮率和泌水率試驗(yàn)，提取各指標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果開展極差分析。結(jié)果表明：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，礦粉摻量顯著影響強(qiáng)度指標(biāo)。

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)均僅滿足規(guī)范要求，未能達(dá)到自流平和低收縮的要求。根據(jù)表2開展正交試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表4、表5所示。

表4 高性能水泥基灌漿料正交試驗(yàn)結(jié)果

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)果開展極差分析，結(jié)果表明：粉煤灰顯著影響灌漿料的流動(dòng)度、泌水率和強(qiáng)度；UEA膨脹劑顯著影響灌漿料的收縮率。

圖1至圖4反映了粉煤灰摻量與各指標(biāo)之間的關(guān)系。由圖1可知，粉煤灰摻量在3%～10%符合流動(dòng)性能、符合規(guī)范要求；由圖2可知，隨粉煤灰摻量增加，泌水率先下降后上升，但均滿足指標(biāo)要求；由圖3可知，粉煤灰摻量增加顯著影響抗壓強(qiáng)度，根據(jù)曲線拐點(diǎn)確定粉煤灰摻量為6%時(shí)灌漿料強(qiáng)度最高；由圖4可知，隨粉煤灰摻量增加，灌漿料收縮率先上升后下降，灌漿料收縮率均滿足規(guī)范要求。

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)摻入粉煤灰能增強(qiáng)灌漿料流動(dòng)度、降低工程造價(jià)。綜合考慮各指標(biāo)，建議粉煤灰摻量范圍為4%～8%，最佳摻量為6%。

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。由圖5可知，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)；由圖6可知，在試驗(yàn)選取的UEA膨脹劑摻量范圍內(nèi)，灌漿料泌水率均滿足要求，且隨摻量增加先上升后下降，在8%時(shí)達(dá)到峰值；由圖7可知，在試驗(yàn)選取的UEA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)度先下降后上升，總體呈下降趨勢(shì)；由圖8可知，在試驗(yàn)選取的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)，灌漿料體積穩(wěn)定性能更好。

圖5 膨脹劑摻量與流動(dòng)度

圖6 膨脹劑摻量與泌水率

圖7 膨脹劑摻量與強(qiáng)度

圖8 膨脹劑摻量與收縮率

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，對(duì)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%。

圖9至圖12反映了聚羧酸減水劑摻量與灌漿料各性能指標(biāo)之間的關(guān)系。由圖9可知，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%；由圖10可知，隨聚羧酸減水劑摻量增加，灌漿料泌水率先上升后下降，峰值為1.6%，摻量在0.8%～0.88%時(shí)泌水率較低；由圖11可知，隨聚羧酸減水劑摻量增加，灌漿料強(qiáng)度先上升后下降，總體呈上升趨勢(shì)，當(dāng)摻量為0.9%時(shí)，可認(rèn)為灌漿料強(qiáng)度達(dá)到最佳值；由圖12可知，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 減水劑摻量與流動(dòng)度

圖10 減水劑摻量與泌水率

圖11 減水劑摻量與強(qiáng)度

圖12 減水劑摻量與收縮率

在試驗(yàn)選取的聚羧酸減水劑摻量范圍內(nèi)，灌漿料各性能指標(biāo)均達(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為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為0.8%～0.88%。綜合考慮各指標(biāo)，建議聚羧酸減水劑摻量為0.85%～0.95%，最佳摻量為0.9%。

綜上所述，建議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

（1）確定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%。

（2）粉煤灰顯著提高灌漿料流動(dòng)性能，一定程度上提高灌漿料強(qiáng)度，確定其最佳摻量范圍為4%～8%；UEA膨脹劑顯著降低灌漿料收縮率，提高其體積穩(wěn)定性，確定最佳摻量范圍為7%～9%。

（3）確定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%。