高吸水樹脂對道路水泥混凝土工作特性的影響研究

屈允永，張曉馳，田 波

(1.廣西交通科學(xué)研究院有限公司，廣西 南寧 530007；2.交通運輸部公路科學(xué)研究院，北京 100088)

0 引言

高吸水樹脂是一種新型水泥混凝土添加劑，具有吸水量大、保水效果好的特點。目前，對于高吸水樹脂的研究多集中于水泥混凝土的內(nèi)養(yǎng)護(hù)方面[1-3]。然而，不容忽視的是高吸水樹脂吸水后具有彈性凝膠的特性，能夠長時間保持一種高膨潤狀態(tài)[4]，這對混凝土工作特性必然存在一定的影響。但是，關(guān)于高吸水樹脂對混凝土工作特性，特別是對道路混凝土工作特性的影響研究卻少之又少。基于此，本文重點研究高吸水樹脂對道路混凝土工作特性的影響。

1 高吸水樹脂簡介

高吸水樹脂有著極強的吸水和保水特性。目前市場上用于水泥混凝土添加劑的高吸水樹脂的主要成分多為聚丙烯醇。其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，交鏈、直鏈以及支鏈相互交織，形成三圍網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)[5]。正因為這種三圍網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和離子特點的存在，使得高吸水樹脂可以吸附大量的水分子，并且能夠在高溫及振搗棒的高壓振激力作用下依然具有良好的保水性，并保持彈性凝膠的特性和高膨潤狀態(tài)[6-7]。直至水泥混凝土內(nèi)部酸堿度或離子濃度增大時，高吸水樹脂才會慢慢釋放出剩余的吸附水分，這也是高吸水樹脂的工作原理。

2 道路水泥混凝土工作特性要求

道路水泥混凝土路面施工是一個系統(tǒng)工程。施工中每一階段都對水泥混凝土工作有著不同的要求。目前，我國水泥混凝土路面施工方式主要有滑模攤鋪和三輥軸攤鋪兩種形式。這兩種形式的施工方式雖然機械化程度不同，但主要施工工序基本一致，即振搗、抹面、撤模。這三道施工工序?qū)?yīng)的水泥混凝土工作特性分別是：出漿特性、抹面特性、立模特性。

良好的水泥混凝土工作特性是鋪筑出高質(zhì)量水泥混凝土路面的前提條件之一。出漿特性好，混凝土出漿快；抹面特性好，混凝土易抹面，路面平整度高；立模特性好，混凝土不塌邊。

3 高吸水樹脂對道路水泥混凝土工作特性的影響

為探究高吸水樹脂對不同施工階段的道路水泥混凝土工作特性的影響，本文分別設(shè)計等坍落度不等高吸水樹脂摻量的道路水泥混凝土配合比。在諸配合比中，高吸水樹脂摻量分別為水泥質(zhì)量的0‰、1‰、2‰、3‰、4‰，其他參數(shù)不變，通過增減減水劑確保坍落度一致(需要說明的是混凝土只在具有符合規(guī)范要求的等坍落度情況下，對比才有意義，若坍落度超出了規(guī)范要求，則失去了實際應(yīng)用的可能，更沒有對比價值)。同時，為減少高吸水樹脂吸水對水泥混凝土水灰比的影響，每添加一份質(zhì)量的高吸水樹脂，需增加高吸水樹脂10倍質(zhì)量的水。

3.1 高吸水樹脂對道路水泥混凝土出漿特性的影響

對于道路水泥混凝土而言，良好的出漿特性，意味著更高的施工效率和產(chǎn)品質(zhì)量。為驗證高吸水樹脂對道路水泥混凝土出漿特性的影響。試驗對維勃儀進(jìn)行改造，在維勃儀圓盤上增設(shè)孔柱，將混凝土振動過程中圓盤孔柱冒漿的時間，記為混凝土的出漿用時，多次測量，求平均值，用以表征混凝土的出漿特性。出漿用時越少，出漿特性越好，反之則出漿特性越差。具體試驗結(jié)果見表1。

由表1可以看出，隨著高吸水樹脂摻量的不斷增加，水泥混凝土出漿用時，先增多后減少。相應(yīng)的出漿特性先降低后提高。添加高吸水樹脂后水泥混凝土的出漿特性整體降低。當(dāng)高吸水樹脂摻量為3‰時，對混凝土出漿影響最大，是不添加高吸水樹脂水泥混凝土出漿用時的1.181倍，當(dāng)高吸水樹脂摻量為4‰時，對混凝土出漿影響最小，是不添加高吸水樹脂的混凝土出漿用時的1.013倍。

3.2 高吸水樹脂對混凝土抹面特性的影響

抹面特性是水泥混凝土路面確保平整度的必備特性。為檢驗高吸水樹脂對水泥混凝土抹面特性的影響。本文選擇表面粗糙度儀來檢測水泥混凝土抹面特性，以水泥混凝土硬化后的表面粗糙度這一指標(biāo)來表征水泥混凝土抹面特性的優(yōu)劣。表面粗糙度越高，抹面特性越差；表面粗糙度越低，抹面特性越好。抹面特性與高吸水樹脂摻量之間的關(guān)系詳見下頁表2。

由表2數(shù)據(jù)可知，隨著高吸水樹脂摻量的不斷增加，水泥混凝土抹面后的表面粗糙度先降低后升高，相應(yīng)的抹面特性先提高后降低。添加高吸水樹脂后水泥混凝土的抹面特性整體提高。其中當(dāng)高吸水樹脂摻量為2.0‰時，混凝土表面粗糙度最小，是未添加高吸水樹脂混凝土的0.838倍，此時抹面特性最好。

3.3 高吸水樹脂對混凝土立模特性的影響

保持良好的立模特性可以確保道路水泥混凝土在施工中隨著側(cè)模板的移除能保持原有的形態(tài)，不塌邊，不變形。為驗證高吸水樹脂對水泥混凝土立模特性的影響。試驗選擇水泥混凝土立模特性試驗槽對不同高吸水樹脂摻量的水泥混凝土進(jìn)行檢測。水泥混凝土立模特性試驗槽為方形鋼槽，兩側(cè)鋼板可以打開。試驗時，將水泥混凝土倒入槽中，充分振搗后，將兩側(cè)鋼板打開，以模擬水泥混凝土路面脫模過程，待兩側(cè)水泥混凝土穩(wěn)定后，測量水泥混凝土邊緣中部塌落高度。以塌落高度來表征混凝土的立模特性，塌落高度越小立模特性越好。具體試驗結(jié)果見表3。

由表3可以看出隨著高吸水樹脂摻量的增加水泥混凝土塌邊高度先增大后減小。相應(yīng)的立模特性先降低后提高。其中，當(dāng)高吸水樹脂摻量為水泥質(zhì)量的2‰時，水泥混凝土塌邊高度最大，是不添加高吸水樹脂的水泥混凝土塌邊高度的1.073倍，此時水泥混凝土立模特性最差；當(dāng)高吸水樹脂摻量為水泥質(zhì)量的4‰時，水泥混凝土塌邊高度最小，是不添加高吸水樹脂的水泥混凝土塌邊高度的0.911倍，此時水泥混凝土立模特性最好。

4 結(jié)語

本文設(shè)計等坍落度不等高吸水樹脂摻量的道路混凝土配合比。分別以出漿用時、表面粗糙度、塌邊高度為指標(biāo)，通過出漿特性試驗、抹面特性試驗和立模特性試驗，得出了高吸水樹脂摻量對道路混凝土不同施工階段工作特性的影響。

可以看出在不同施工階段，高吸水樹脂對道路水泥混凝土的工作性起到了正負(fù)不同的作用。當(dāng)高吸水樹脂摻量為4‰時，不僅有利于提高道路水泥混凝土的抹面特性和立模特性；此時，其對道路混凝土出漿特性的負(fù)影響也最小，可忽略不計。4‰是有利于提高道路混凝土工作性的最佳高吸水樹脂摻量。

同時，值得一提的是雖然高吸水樹脂在道路水泥混凝土中的應(yīng)用尚處于起步階段，但高吸水樹脂吸水后的高膨潤狀態(tài)對道路混凝土工作特性的影響卻不能忽視。未來研制出能起到良好的內(nèi)養(yǎng)護(hù)作用，對混凝土工作特性更有積極效應(yīng)的高品質(zhì)高吸水樹脂值得研究人員努力和期待。