道路層間結(jié)合用CR砂漿的制備和粘結(jié)性能研究

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。考慮到施工成本，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。

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。

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