注漿材料在路面病害治理中的試驗分析

李宗怡

（遵義公路建設養護有限公司,貴州 遵義 563000）

0 引言

現階段，由于重載交通及冰雪凍融等因素的共同作用，越來越多的公路工程出現了基層脫空等質量病害，嚴重影響交通通行安全[1]。采用傳統的開挖加固技術進行加固處理，需大規模開挖現狀道路，不僅施工速度較慢、成本較高，而且對現狀交通和環境影響較大，不利于社會可持續發展[2]。而早強型聚合物注漿加固技術作為一種新型路面病害處治技術，通過在路面基層中注入聚合物漿液，使基層破碎、松散結構形成整體，以提高其強度和整體性，延長道路運營年限。采用注漿加固技術可實現道路非開挖加固處理，可最大限度降低對現狀交通的影響。但由于目前常用的注漿材料早期強度不足，且收縮性較大，嚴重影響加固效果[3]。為此，該文通過具體試驗對注漿材料相關性能展開綜合研究，以期能有效確保注漿材料配合比設計的合理性，提高加固效果。

1 原材料

該試驗中聚合物注漿料主要原材料包括礦渣、粉煤灰、偏高嶺土等，膠凝材料為SiO2-Al2O3單體，堿激發劑為水玻璃，可顯著增強注漿料力學性能。

（1）礦渣宜選用粒徑為8～32 μm 優質礦渣，潔凈、干燥、無雜質。

（2）粉煤灰對聚合物注漿料力學性能和密度具有重要影響，因此須嚴格控制其質量，粒徑不得超過10 μm。

（3）偏高嶺土火山灰具有較高活性，能顯著提升聚合物抗折性能，因此該試驗選用細度為1 250 目的偏高嶺土。

（4）為確保聚合物注漿料各種性能得到充分發揮，礦渣、粉煤灰、偏高嶺土質量比為3 ∶5 ∶2。

（5）該研究借鑒以往施工經驗，采用水玻璃作堿激發劑，其Na2O、SiO2的摩爾比為3.3，固液質量比為34%。

2 聚合物注漿料初擬配合比

通過高壓注漿，將聚合物注漿料注入破碎道路結構層后，注漿料通過固結作用使破碎結構層形成整體，提高其強度和整體性，若注漿料強度、黏結性能不足，勢必影響固結效果[4]。因此，必須嚴格控制注漿料模數及水灰比，以有效增強其力學性能。

該試驗分別選用堿激發劑模數為1.4、1.6 和1.8，堿摻量為6%、8%，水灰比為0.28、0.30、0.32 的聚合物注漿料進行研究，分析模數、堿摻量和水灰比對聚合物注漿料力學性能的影響。

3 聚合物注漿料制備工藝

聚合物注漿料制備時應全面考慮其抗壓強度、流動性、凝結時間及泌水性能等各項指標[5]。

（1）聚合物注漿料制備工藝流程如圖1 所示。

圖1 聚合物注漿料制備工藝流程圖

（2）結合調查研究及以往經驗可知，攪拌時間對聚合物注漿料性能具有重要影響。為此，該文采用先勻速緩慢攪拌2 min，后高速攪拌3 min、5 min、10 min 的試驗方案，探究攪拌時間對聚合物注漿料相關性能的影響。

4 材料性能試驗方法

4.1 凝結時間試驗方法

（1）儀器設備：天平、水泥稠度檢測儀、水泥凈漿攪拌機、標養箱。

（2）試驗條件：標準溫度環境下進行，以溫度（20±2）℃、濕度低于50%為宜。

（3）基本流程：①調節水泥稠度檢測儀，使其處于初始狀態；②制備聚合物注漿料，并將其置于標養箱內；③通過水泥稠度檢測儀分別測試注漿料初、終凝時間[6]。

（4）數據記錄：①初凝過程中，以5 min/次的頻率進行檢測記錄；②終凝過程中，則以15 min/次的頻率檢測記錄。

4.2 流動度試驗方法

采用倒錐法測定聚合物注漿料的流動性，其具體內容如下：

（1）試驗器具：①流動度檢測倒錐儀（見圖2），通常采用不銹鋼制成，其容量不得低于2 000 mL；②金屬支架；③水平尺；④分度值不低于0.2 s 的計時器。

圖2 倒錐儀

（2）試驗條件：溫度控制在（20±2）℃范圍內。

（3）基本流程：①試驗檢測前，先用純凈水濕潤倒錐儀；②將注漿料倒入倒錐儀中；③拔出倒錐儀封口塞時，打開計時器開始計時；④當漿液出現斷流時，再次記錄時間；⑤同種材料試驗次數不得低于兩次[7]。

4.3 泌水率和膨脹率

（1）試驗器具：密封杯，其主要材質為有機玻璃，高度120 mm。

（2）試驗方法：在密封杯中加入100 mm 注漿料，記錄初始液面高度，并進行密封處理；間隔3 h、24 h 后分別記錄注漿料膨脹面及離析水水面高度，然后依次求出注漿料泌水率和膨脹率，計算公式見式（1）、（2）:

式中，a1——液面最初高度（mm）；a2——泌水面高度（mm）；a3——膨脹面高度（mm）。

4.4 抗壓強度

（1）試驗設備：抗壓強度試驗機，精度≤l%。

（2）試驗條件：室溫、標養箱溫度保持（20±2）℃，濕度分別保持在50%和90%左右；標養池水溫以（20±1）℃為宜。

（3）試件養護：①養護時間達到24 h 的試件，應提前20 min 完成脫模；而養護時間超過24 h 的試件，應在終凝后24 h 內完成脫模；②采用水池養護時，試件間距及覆水深度不得低于5 mm。

（4）試驗檢測：該試驗采用抗壓試驗機，試驗過程中應始終保持（2 400±200）N/s 勻速加載。抗壓強度Rc計算式如式（3）所示。

式中，Fc——極限荷載值（N）；A——受壓面積（mm2）。

5 試驗結果與分析

5.1 凝結時間

試驗針對不同模數、堿含量、水灰比條件下聚合物注漿料凝結時間實施測定。具體檢測結果如下：

（1）當聚合物注漿料中堿含量、水灰比不變時，激發劑模數越大，凝結時間越長[8]。

（2）當聚合物注漿料中激發劑模數、水灰比不變時，堿含量越大，凝結時間越短。

（3）當聚合物注漿料中激發劑模數、堿含量不變時，水灰比越大，凝結時間越長。

（4）按照相關規范規定，所有試驗組中除激發劑模數為1.4，水灰比為0.28，堿含量為6%和8%的檢測組初凝時間達不到標準要求外，其他全部符合要求。

5.2 流動度

試驗針對不同模數、堿含量、水灰比條件下聚合物注漿料流動度進行檢測。結果表明，聚合物注漿料流動性與激發劑模數、堿含量、水灰比呈正相關關系，激發劑模數、堿含量、水灰比越大，其流動性越高。結合檢測結果分析可知，水灰比為0.32 時，注漿料流動性達到最佳狀態[9]。

5.3 泌水率和膨脹率

結合聚合物注漿料凝結時間、流動度試驗結果，對滿足要求的試驗組實施泌水率及膨脹率試驗，具體檢測結果如表1、圖3 所示。

通過表1 能夠看出，激發劑模數為1.4、1.6 條件下，聚合物注漿料未產生泌水現象，而模數為1.8 時，產生了較小的泌水現象。

表1 聚合物注漿料泌水率

通過圖3 能夠看出，聚合物注漿料均存在不同程度的膨脹性，當模數為1.6，堿含量為8%時，其膨脹性能最優。

圖3 聚合物注漿料膨脹率

5.4 抗壓強度

對滿足要求的聚合物注漿料實施抗壓強度檢測，檢測結果如圖4 所示。

圖4 聚合物注漿料抗壓強度

通過圖4 能夠看出：①聚合物試件堿含量越大、養護時間越長，其抗壓強度越高；②激發劑模數越大，聚合物試件抗壓強度越低。

5.5 攪拌時間對注漿料性能的影響

為進一步研究拌和時間對注漿料力學性能的影響，選擇激發劑模數為1.6、堿含量為8%、水灰比為0.32 配比的注漿料實施檢測[10]，具體數據如表2 所示。

通過表2 能夠看出：①攪拌時間越長，聚合物注漿料凝結速度越快，流動性越低，其他性能基本無變化；②根據相關規范標準，攪拌時間為3 min 時，聚合物注漿料各項性能指標完全符合標準要求。

表2 攪拌時間對聚合物注漿料性能的影響

綜上所述，聚合物注漿材料最佳配合比及工藝參數如下：礦渣∶粉煤灰∶偏高嶺土=3 ∶5 ∶2；水灰比0.32；堿激發劑模數1.6，摻量為8%；攪拌時間為3 min。

6 結論

該文對聚合物注漿料初擬配合比設計、制備工藝及性能試驗方法等展開綜合分析，通過具體試驗確定了聚合物注漿材料最佳配合比，并依據配合比探究了攪拌時間對注漿料性能的影響，具體結論如下：

（1）攪拌時間越長，聚合物注漿料凝結速度越快，流動性越低，根據相關規范標準，確定最佳攪拌時間為3 min。

（2）通過對聚合物注漿料凝結時間、流動度、泌水率、膨脹率及抗壓強度等相關指標的試驗分析，確定了其最佳配合比和工藝參數。即：礦渣∶粉煤灰∶偏高嶺土=3 ∶5 ∶2；水灰比0.32；堿激發劑模數1.6，摻量為8%。該條件下聚合物注漿材料性能最佳，加固效果顯著，符合施工標準要求。