養護方式對自流平修補砂漿早期體積變形影響的研究

陳耀輝

(河北雄安京翼質量檢測服務有限公司 保定 071700)

混凝土路面在服役過程中易受到環境的侵蝕而逐漸裂化，出現不同程度的病害，如裂紋、麻面、坑槽、斷板、錯臺等，造成路面使用功能下降，形成安全隱患[1]。而已有的快速修補材料，如硫鋁酸鹽水泥等，應用中存在與基底黏結強度不足，后期強度易倒縮的缺點，修復后狀態難以持久[2]。通過在常規修補砂漿中引入聚合物等材料制備具有自流平效果的修補砂漿成為目前的研究熱點，該砂漿具有與舊水泥路面黏結強度高、抗剝蝕性能好、施工便捷等優點，尤其適用于發生表面剝落路面的修復[3]。

自流平砂漿由于早期水化迅速，會產生明顯的自收縮。同時修補砂漿可縮短養護時間，投入使用后還面臨干燥收縮的問題。現有研究顯示[4]，修復砂漿在應用時往往出現早期開裂現象，因此如何根據自流平砂漿的材料特點及應用環境，找出合理的養護方式以減少其收縮開裂成為應用的關鍵。

本文嘗試研究不同養護制度下，自流平砂漿的變形行為，以期探討出適宜的養護方式。

1 原材料與試驗方法

1.1 原材料

試驗所用水泥為P·O 52.5水泥，28 d抗折強度8.2 MPa，抗壓強度55.2 MPa；硅灰為92級，平均粒徑13μm；膨脹劑為UEA型膨脹劑。可再分散乳膠粉為德國瓦克乳膠粉；減水劑為粉體聚羧酸減水劑。河砂細度模數為2.4，含泥量為1.1%。拌和水為普通自來水，養護劑為有機-無機復合型。

通過前期試驗摸索，摻入10%膨脹劑以補償收縮，摻入5%硅灰以提高強度與耐磨性，摻入2%的可再分散乳膠粉以提高與原界面的黏結強度。具體試驗配合比設計見表1。

表1 自流平修補砂漿配合比 kg/m3

1.2 試驗方法

砂漿制備及強度測試過程參照GB/T 17671-1999 《水泥膠砂強度檢測方法》進行；成型及測試參照JGJ/T 70-2009《建筑砂漿基本性能測試方法標準》進行，試件尺寸為40 mm×40 mm×160 mm。每種養護方式成型4組試件，1組進行體積變形測試，2組進行同條件強度測試，1組進行失水率測試。

試件成型后置于(20±2) ℃，相對濕度≥90%的環境中帶模養護，1 d后脫模。第一種養護方式為脫模后置于養護箱中繼續養護(標準養護)；第二種試件脫模后，不做處理直接養護；第三組在養護前先在表面刷涂養護劑，刷涂量控制為0.10 kg/m2；第四組脫模后進行表面覆膜，第五組脫模后刷涂養護劑，刷涂量控制為0.10 kg/m2，待成膜后進行覆膜，將采用第二至第五種養護方式的試件均置于(20±2) ℃，相對濕度為(60±5)%的室內養護[5]。失水率測試為試件散失的水分質量與該試件中水分的質量比[6]。分別在1～7，14，28 d進行失水率及體積變形測試，3 d及28 d時進行抗折和抗壓強度測試。

2 結果與討論

2.1 失水率

自流平修補砂漿的失水率測試結果見圖1。因采用標準養護時，養護箱內實際相對濕度在試驗期內始終大于95%(規范要求≥90%)，所以默認該組試件干燥失水率為0，故未在圖中顯示。

圖1 失水率測試結果

由圖1可見，采用直接養護的試件的失水率較高，在前3 d水分散失速率較快，后逐漸減慢，14 d后趨于穩定。刷涂養護劑可以在一定程度上降低水分的散失，其失水率變化規律與直接養護比較接近，分析認為刷涂養護劑可以適度改善失水率的原因為，一方面養護劑中有機高分子可在試件表面形成一層致密的薄膜結構，另一方面其中的無機鹽可促進水泥水化，且與混凝土中Ca(OH)2發生反應生成的反應物填充了混凝土表面的毛細孔，從而減少了水分散失。

而采用覆膜處理時，可以明顯抑制水分的散失，試件前14 d失水率隨時間延長緩慢下降，至14 d后趨于穩定。可以看出，相對于刷涂養護劑，覆膜是更有效的保濕方式。當覆膜和刷養護劑配合使用時，失水率進一步下降。

2.2 強度

不同養護方式下試件的強度測試結果見圖2。由圖2可見，相同齡期下，試件的抗壓強度大小表現為標養試件>刷養護劑+覆膜>覆膜>刷養護劑>不做處理。這說明顯示養護方式的選擇對修補砂漿的強度發展有直接影響。其中經覆膜處理的試件，3 d強度和28 d強度與標養試塊均比較接近，并明顯好于不做處理的試件。顯示覆膜養護具有較好的養護效果。刷涂養護劑后，試件的強度均有小幅提升，可作為一種輔助養護手段。

圖2 不同養護制度下自流平修補砂漿強度

結合2.1部分的失水率結果分析認為，由于自然養護、刷養護劑2組試件的失水率較高，失水收縮引起表面生成微裂紋，同時水分的散失亦導致試塊表層水泥水化受到抑制，在這2個因素的共同作用下，試塊的強度出現明顯的下降。

2.3 體積變形

試件的體積變形測試結果見圖3。

圖3 體積變化測試結果

由圖3可見，各組試件的體積變化規律比較相似，均為經短期膨脹后，開始出現回落，至第14 d時基本穩定。不同的是，不做處理的試件經1 d膨脹后，體積迅速回落，至第6 d時，體積變化即表現為收縮。刷涂養護劑后，試件前2 d體積變化軌跡與不做處理試件接近，之后回落速率較不做處理試件有所趨緩，至28 d時體積變現為小幅收縮。采用覆膜養護時，脫模后第2 d膨脹還有小幅增長，至28 d時，體積變化依然保持膨脹。而采用刷養護劑+覆膜養護時，脫模后第2 d膨脹還有明顯增長，前3 d體積變化軌跡幾乎與標養試件相同，后回落增大才逐步與標養試件區分開來。即在覆膜情況下，進一步采用刷涂養護劑手段，可以增大早期膨脹量，并可以降低后期回落。

試件早期體積變化受三方面作用：①在膨脹劑作用下，產生明顯膨脹；②水分散失引起干燥收縮；③膠凝材料水化產生自收縮。早期膨脹劑水化產生的膨脹占主導作用，試件體積表現為膨脹。而隨著膨脹劑水化完畢，膨脹驅動力趨于0，而由于水分的散失產生的收縮應力與膠凝材料水化產生的自收縮應力持續存在并隨著水分散失增多、水化程度提高逐漸增大，試件開始出現回落[7]。不經覆膜處理的試件，早期失水明顯，產生的收縮應力大，同時由于水分的散失影響了膨脹劑的水化，使得膨脹量減小，最終表現為脫模后第2 d體積即開始出現回落。

從測試結果可見，刷涂養護劑后試件的體積回落明顯減少。分析造成這種現象的原因除減少了水分散失外，可能還跟表面孔隙結構的改善有關。今后可進一步研究更合理的養護方式，即在考慮通車的情況下，何時撤去覆膜較合理，以及更適宜的養護劑刷涂量等。

3 結論

1) 與刷涂養護劑相比，覆膜可以明顯地減少自流平砂漿早期的水分散失。

2) 養護制度對自流平修補砂漿的強度發展有直接影響。即標養試件>刷養護劑+覆膜>覆膜>刷養護劑>不做處理。經刷養護劑+覆膜處理的試件， 3 d強度和28 d強度與標養試塊均比較接近，顯示覆膜養護具有較好的養護效果。刷涂養護劑可以小幅提高自流平砂漿的抗壓強度。

3) 養護制度的選擇對自流平砂漿的體積變化影響明顯。采用覆膜處理時，可以明顯減小自流平砂漿的干燥收縮，28 d時體積變化表現為膨脹。刷涂養護劑可以增大早期膨脹量，減少后期的體積回落。當覆膜與養護劑共同使用時，改善收縮效果更為明顯。