道路灌注式半柔性路面用聚合物改性水泥基灌漿料制備

楊光亞，張昆山，侯 洋，曹朋輝

（1.河南安羅高速公路有限公司，河南 駐馬店 463000；2.河南省欒盧高速公路建設有限公司，河南 三門峽 472299；3.交通運輸部公路科學研究院，北京 100088）

0 引言

灌注式半柔性路面是通過在開級配瀝青混合料中灌入以水泥為基礎的聚合物而形成的一種路面。道路灌注式半柔性路面具有優良的抗車轍、抗剪切能力及耐久性，特別適用于在長大縱坡、平交道口、公交港灣等抗車轍性能要求高的路段。灌漿料是其重要組成部分，其性能對灌注式半柔性路面有重要影響[1]。

1 灌漿料及其原材料技術要求

1.1 灌漿料技術要求

目前國內外通常使用水泥膠漿、砂、礦粉、水和外加劑混合而成瀝青混合料中的灌漿料，其應滿足以下基本條件：①良好的流動性、灌入性等，以保證充分灌入。②充分的抗彎拉強度，保證路面材料的強度。③體積收縮率小于0.5%，保證路面材料的體積穩定性。④可以與原瀝青混合料充分黏合，保證路面材料不分層、不離析。

考慮水泥膠漿應具有的性能，參照日本鋪面要綱，并結合中國工程建設標準《道路灌注式半柔性路面技術規程》（T/CECS G：D51-01—2019）的要求提出灌漿料技術指標如表1所示[2]。

表1 灌漿料技術指標

1.2 原材料技術要求

灌漿料通常由膠結料、細集料和水組成，通過在灌漿料中摻加一定量的聚合物乳液可以提高灌漿料的性能，改善混凝土的品質或滿足特殊工程的需要。本試驗以水泥、細砂、礦粉以及外加劑作為原材料制備灌漿料，各原材料的性能如下。

（1）水泥。采用河南某廠生產的P.O 42.5水泥，其技術指標測定結果如表2所示。

表2 P.O 42.5性能指標

由表2可知，該水泥材料滿足相關規范（JTJE30—2005）中對水泥灌漿瀝青混合料中水泥膠漿的要求。

（2）細砂。砂料粒徑對灌漿料的性能影響較大，若砂徑太大會導致灌漿過程中出現堵孔，導致漿料無法灌進；若粒徑太小，會因砂料比表面積大，需水量大，影響路面材料的和易性、體積穩定性及抗彎拉強度。綜上考慮，本試驗選用特細砂，具體級配如表3所示。同時砂料還應堅硬、耐磨、干凈無其他雜質。

表3 砂篩分結果

（3）礦粉。礦粉選用普通石灰石礦粉，主要技術指標如表4和表5所示。

表4 礦粉質量技術指標

表5 篩分試驗

（4）外加劑。①本試驗采用羧基丁苯乳液。羥基丁苯聚合物乳液具有良好的減水、保水作用，能減小砂漿的體積和密度，增大砂漿的孔隙率，改善孔結構，延長新拌砂漿的凝結時間，但不會影響現場施工。②膨脹劑。本試驗灌漿料水灰比較大，為防止灌漿后路面材料產生較大的干縮，在灌漿料中添加了適量的膨脹劑，以抵消灌漿料可能產生的收縮。本試驗采用的為新鄉市某化工有限公司生產的膨脹劑。③減水劑。減水劑是灌漿料中常用的外加劑之一，主要用于配制高效混凝土、液態混凝土和高性能混凝土。在水泥分散體系中，具有強的分散減水作用和無緩作用，使水泥漿體的流動性大大提高。本試驗減水劑采用山西某化工有限公司HT-HPC型減水劑。④早強劑。早強劑為山西某化工有限公司生產的JD-68型早強劑（JD-68型早強高效減水劑）。該產品對水泥有廣泛的適應性，能全面提高混凝土的力學性能，明顯提高混凝土抗滲性能，對混凝土干縮無影響。早強劑性能指標如表6所示。

表6 早強劑性能指標

2 灌漿料制備試驗設計

灌漿料由普通硅酸鹽水泥、砂、礦粉、水以及聚合物外加劑等組成，其配比可以通過大量不同水平和影響因素的試驗確定，也可借鑒以往的經驗，縮小范圍，經少量試驗確定這種方法稱為經驗法。本研究借鑒以往經驗初步選定水泥膠漿配比，確定灌漿料的初試配合比為水:水泥:礦粉:膨脹劑:聚合物:河砂=1:1.9:0.2:0.2:0.2:1.25，減水劑為水泥質量的0.25%，進行流動度及7 d強度試驗，結果如表7所示。根據初試配合比的檢測結果，后續進行了7個不同配比的流動度及7 d強度試驗，如表8所示。

表7 初試灌漿料配比設計

表8 不同比例灌漿料的性能試驗

上述灌漿料的制備工藝如下。

第一步，將水和丁苯乳液倒入燒杯中，用玻璃棒朝同一方向連續攪拌1.5 min，約180次。

第二步，將水泥、礦粉、河砂倒入灌漿料攪拌鍋中，開動攪拌機，拌和5 s。

第三步，在灌漿料攪拌鍋中內均勻加入水、丁苯乳液的混合液，攪拌240 s。灌漿料拌和工藝流程如圖1所示。

圖1 灌漿料拌和工藝流程

3 試驗結果分析

（1）流動度。水泥基材料的流動性主要由水泥漿體提供，因此可根據水泥漿體的流動性變化與損失情況對整個水泥基材料的流動性做出一定程度的判斷。

在其他條件不變的情況下，水灰比與流動度的關系如表9、圖2所示。由表9可以看出，隨著減水劑摻量的增加和水灰比的增大，水泥漿體流動性變大，整體上水泥漿體的流動度主要分布在11～21 s。當其他條件不變，減水劑的摻量從水泥質量的0.25%增加到1%時，流動度從12.1 s降到了11.5 s，提高了約5%。可以看出，隨著水灰比的增大，流動時間減少，流動性變好[3-4]。

表9 水灰比與流動度的關系

圖2 水灰比與流動度的關系

（2）力學性能。由表8可知，水灰比變化對水泥膠漿材料強度有較大影響。隨著水灰比的增大，水泥膠漿材料7 d抗折和抗壓強度減小，當水灰比小于0.52時，漿體7 d抗折和抗壓強度呈線性減小，斜率較小，強度下降緩慢；當水灰比大于0.52時，漿體7 d抗折和抗壓強度、斜率變大，強度下降較快。當水灰比等于0.52時漿體7 d抗折和抗壓強度分別為5.5 MPa和26.2 MPa，滿足表1所示的技術要求[5]。水灰比與強度的關系（減水劑為水泥質量的0.25%）如圖3所示。

圖3 水灰比與強度的關系（減水劑為水泥質量的0.25%）

由表8可知，試驗序號3配比的流動度為12.1 s，且強度較高，滿足半柔性路面對灌漿料的技術要求。所以，確定的最佳配比如表10所示。

表10 最佳配比

4 結語

本文通過設計多組不同配合比試驗研究了不同水膠比和減水劑摻量對水泥膠漿工作和力學性能的影響。研究發現：當其他條件不變，隨著水灰比的增大，流動時間減少，流動性變好；減水劑的摻量從水泥質量的0.25%增加到1%時，流動度從12.1 s降到了11.5 s，提高了約5%。隨著水灰比增大，水泥膠漿材料7 d抗折和抗壓強度減小，當水灰比小于0.52時，漿體7 d抗折和抗壓強度呈線性減小，斜率較小，強度下降緩慢；當水灰比大于0.52時，漿體7 d抗折和抗壓強度斜率變大，強度下降較快。基于上述試驗研究成果，本文設計了道路灌注式半柔性路面用聚合物改性水泥基灌漿料的最佳配比（表9）。