混凝土路面裂縫修補聚合物改性灌漿料制備研究

摘要 混凝土質量不確定性及地基不均勻會導致混凝土路面使用初期產生裂縫，文章為研究適合路面應用裂縫修補的聚合物改性水泥基灌漿料，做了配合比優化試驗研究。試驗結果表明：（1）石英砂取代率提高，初始和30 min流動度均逐漸減小，三個齡期抗壓強度先增大后減小，確定試驗取代率100%。（2）PVA纖維摻量增加，初始和30 min流動度均逐漸減小，各齡期抗壓強度先增大后減小，摻量0.015%時28 d抗壓強度達到最大值68.91 MPa；拉伸黏結強度先增大后減小，確定最佳摻量0.015%。（3）乳膠粉摻量由0.6%增加到1.4%，初始和30 min流動度均逐漸減小，拉伸黏結強度先增大后減小，摻量1.4%達到最大5.0 MPa，增大1.36 MPa，確定最佳摻量1.2%。（4）最佳配合比復配灌漿料初始流動度達到320 mm，拉伸黏結確定達到5.0 MPa。

關鍵詞 混凝土路面；裂縫修補；水泥基灌漿料；流動度；抗壓強度；拉伸黏結強度

中圖分類號 U414 文獻標識碼 A 文章編號 2096-8949（2023）06-0074-04

0 引言

隨著建設施工的發展，道路建設中混凝土路面占比逐漸增大。相比瀝青路面，混凝土路面由于整體性較高，存在易開裂的特性。在實際混凝土路面施工中，路基的夯實不夠、混凝土質量等級把控不嚴格等均是造成混凝土路面開裂的重要因素。在出現混凝土路面開裂后多采用聚合物修補砂漿和細石混凝土兩種方式進行修繕，但是會存在聚合物修補砂漿成本過高、細石混凝土流動性低、拌和物粒徑粗等缺陷，已經不太符合高施工效率和綠色施工等趨勢。因此該文針對混凝土路面修補，研究一種應用于混凝土路面裂縫修補的聚合物改性灌漿料。

近年來，路面修補工程已經成為一項重要的施工工程，路面修補材料的研究也取得了相關成果。王娜[1]做了水泥基路面修補材料的試驗研究，以快硬鋁酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥為基礎，加入適量膨脹劑和減水劑，配制出凝結時間為187 min、24 h抗折強度7.0 MPa和抗壓強度24 MPa的路面水泥基修補材料。孫長江[2]研究了超細水泥灌漿料在混凝土路面裂縫修補中的應用，研究得出超細灌漿料在路面裂縫修補中的應用優勢。劉蘭[3]對水泥混凝土路面修補材料做了綜述研究。該文試驗研究以普通水泥基灌漿料為基礎，通過石英砂取代河砂試驗研究對灌漿料性能影響，通過PVA纖維單摻試驗研究對性能的影響，通過乳膠粉單摻試驗研究對灌漿料性能改善，通過纖維素單摻試驗研究對性能的影響。試驗研究為灌漿料在混凝土路面裂縫修補中的應用提供了理論參考。

1 試驗部分

1.1 試驗原材料

（1）膠凝材料：水泥——P.Ⅰ52.5硅酸鹽水泥；粉煤灰——Ⅰ級灰；硅灰——活性二氧化硅；石膏——天然無水石膏。

（2）骨料：石英砂Ⅰ——20～40目；石英砂Ⅱ——40～70目；石英砂Ⅲ——70～120目；人工砂——連續粒級石灰巖破碎人工砂。

（3）減水劑——聚羧酸減水劑粉末；乳膠粉——可再分散乳膠粉粉末；消泡劑——聚醚消泡劑粉末；膨脹劑——塑性膨脹劑。

（4）纖維：聚乙烯醇纖維（簡稱PVA），長度15 mm。

（5）水：自來水。

1.2 試驗設備

該試驗所用設備：行星式水泥膠砂攪拌機、數顯萬能試驗機、數顯電子抗折試驗機、紅外雙通道豎向膨脹率測試儀、數顯電子天平、流動度測試截錐、500 mm×

500 mm光滑玻璃板和500 mm鋼尺。

1.3 試驗測定方法

混凝土路面裂縫修補聚合物改性灌漿料制備研究按照標準：《水泥基灌漿材料應用技術規范》（GB/T 50048—2015）、《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》（GB/T 17671—1999）。

1.4 試件制備與養護

（1）灌漿料攪拌：在標準試驗室中將膠凝材料、骨料和外加劑混合均勻，投入水泥膠砂攪拌機，加入拌和用水開啟自動攪拌制得灌漿料拌合物。

（2）抗壓強度試件制備：將拌合灌漿料均勻倒入尺寸40 mm×40 mm×160 mm三聯鋼試模中制得試件。

（3）拉伸黏結強度試件制備：試驗成型水泥砂漿試塊表面澆注厚度為10 mm的灌漿料，24 h脫模，置于標準試驗條件下養護，之后將拉拔夾具頭通過環氧樹脂黏結到灌漿料表面，得到測定試件。

（4）試件養護：試模經過24 h拆模，將拆模后的試件放置到標準養護室中水箱內養護至試驗測定齡期。

2 結果與討論

結合混凝土路面裂縫用灌漿料特性，需要求修補灌漿料具有黏結力強、流動度高、光滑度高等特點。根據修補特性，應保證修補的灌漿料的抗壓強度等級不低于混凝土路面的抗壓強度等級。該研究針對C40～C60混凝土路面裂縫修補，研究C60型聚合物改性灌漿料。

探索性試驗得出一普通型修補加固抗壓強度等級為C60的水泥基灌漿料基礎配合比[4]，配合比見表1。

該文試驗研究以C60普通水泥基灌漿料基礎配合比為基礎，做相關配合比及應用試驗研究。結合修補用灌漿料對細度的要求，通過石英砂取代河砂試驗，單摻復摻纖維素、乳膠粉和纖維等研究適應混凝土路面裂縫修補的高細度和高流動度聚合物改性灌漿料。

2.1 石英砂取代河砂試驗研究

該文研究的灌漿料為混凝土路面修補用灌漿料。普通的灌漿料由于含有河砂、機制砂等，拌和物較粗，對于細微裂縫的灌漿能力較差。因此該文考慮采用石英砂替代部分或全部河砂，以改善灌漿料拌和物細度，使其更有利于裂縫修補灌漿料。石英砂取代河砂試驗配合比見表2，相關性能測定試驗圖見圖1，試驗結果見圖2。

根據圖2可得：隨著石英砂取代率提高，灌漿料初始流動度、30 min流動度均逐漸減小。取代率100%時，灌漿料初始及30 min流動度分別為310 mm、282 mm，較0%取代率分別降低20 mm、18 mm。說明石英砂取代率增加，灌漿料流動度降低，是由于石英砂含水率為0%，河砂含水，石英砂取代河砂會使體系中水分減少，降低了體系的流動度。同時，隨著石英砂取代率提高，灌漿料三個齡期的抗壓強度大致呈現先增大后減小的趨勢，當取代率75%時，各強度達到最高值，同時取代率100%時，灌漿料1 d、3 d和28 d抗壓強度均較0%取代率分別提高1.6 MPa、1.2 MPa和2.8 MPa。這說明，石英砂取代河砂會使灌漿料的強度提高，分析原因可能是石英砂粒徑均勻，密實填充效果好，加上河砂為天然水沖洗得到，質量級別無法保證，在體系中其硬度較低[5]。

結合石英砂取代率試驗研究，得出石英砂取代率100%時，灌漿料流動度有所降低，但是抗壓強度有提高。因此考慮采用100%石英砂取代率作為試驗用取代率，同時在100%取代率基礎上提高減水劑摻量至0.11%做后續試驗。

2.2 PVA纖維對混凝土路面裂縫修補聚合物改性灌漿料性能影響

2.1研究了石英砂取代河砂對灌漿料流動度及抗壓強度的影響，并確定出取代比例。上述研究基礎上，該部分研究修補灌漿料復配的另一種材料PVA纖維摻加到灌漿料體系中對灌漿料性能的影響。PVA纖維摻量試驗配合比見表3，試驗結果見圖3。

根據圖3可得：PVA纖維對灌漿料性能產生較大影響。隨著PVA纖維摻量增加，灌漿料初始流動度、30 min流動度均逐漸減小。這是由于纖維摻加到灌漿料中會增強水泥漿體與骨料（石英砂）的結合程度，提高黏結力，降低灌漿料流動度。隨著PVA纖維摻量增加，灌漿料各齡期抗壓強度呈現先增大后減小的趨勢，在摻量0.015%時28 d抗壓強度達到最大值68.91 MPa。隨著PVA纖維摻量增加，灌漿料拉伸黏結強度先增大后減小，但是增加幅度很小，摻量0.015%時達到最大值3.64 MPa，提高幅度0.14 MPa。

PVA纖維摻加到體系中會使漿體與骨料的聯結更加致密，形成致密的網狀結構，促進灌漿料強度提高[6]。同時，摻加PVA纖維會使灌漿料的整體性更好，拉伸黏結強度會有小幅度提高。考慮到PVA纖維對灌漿料流動度、抗壓強度、拉伸黏結強度的影響，確定最佳摻量為0.015%。

2.3 乳膠粉對混凝土路面裂縫修補聚合物改性灌漿料性能影響

上述研究了PVA纖維對灌漿料性能影響。在上述研究基礎上，該部分研究應用于灌漿料中改善黏結性的外加劑乳膠粉摻加對灌漿料性能影響。乳膠粉摻量試驗配合比見表4，試驗結果見圖4。

根據圖4可得：乳膠粉摻加到灌漿料體系中，對灌漿料流動度、拉伸黏結強度產生重要影響。摻量由0.6%增加到1.4%，初始、30 min流動度均逐漸減小，且根據拌合物狀態得到灌漿料黏度逐漸增大。摻量由0.6%增加至1.4%，拉伸黏結強度先增大后減小，摻量1.4%時拉伸黏結強度值達到最大5.0 MPa，增大1.36 MPa。分析原因：乳膠粉是一種水溶性粉體黏合劑，遇水能夠再分散成懸濁乳液，能夠提高灌漿料柔性，極大改善灌漿料的黏合性，提高黏接強度、抗折強度和密實膠結度[7]。裂縫修補要求灌漿料黏結力較高，結合流動度和拉伸黏結強度確定最佳乳膠粉最佳摻量為1.2%。

綜合以上所有試驗研究得到混凝土路面裂縫修補聚合物改性灌漿料最佳配合比見表5。經性能測定得出該灌漿料初始流動度達到320 mm，30 min流動度達到300 mm，28 d抗壓強度超過68.5 MPa，拉伸黏結強度達到5 MPa。

3 結論

該文針對混凝土路面裂縫的工況，研究混凝土路面裂縫修補聚合物改性灌漿料，通過試驗研究得出結論：

（1）石英砂取代率提高，灌漿料初始流動度、30 min流動度均逐漸減小。灌漿料三個齡期的抗壓強度大致呈現先增大后減小的趨勢，當取代率75%時，各強度達到最高值，同時取代率100%時，灌漿料1 d、3 d、28 d抗壓強度均較0%取代率分別提高1.6 MPa、1.2 MPa、2.8 MPa。試驗確定100%石英砂取代率作為試驗用取代率，同時在100%取代率基礎上提高減水劑摻量至0.11%。

（2）PVA纖維摻量增加，灌漿料初始流動度和30 min流動度均逐漸減小；灌漿料各齡期抗壓強度呈現先增大后減小的趨勢，在摻量0.015%時28 d抗壓強度達到最大值68.91 MPa；灌漿料拉伸黏結強度先增大后減小，但是增加幅度很小，摻量0.015%時達到最大值3.64 MPa，提高幅度0.14 MPa。試驗確定最佳摻量為0.015%。

（3）乳膠粉摻量由0.6%增加到1.4%，初始、30 min流動度均逐漸減小；摻量由0.6%增加至1.4%，拉伸黏結強度先增大后減小，摻量1.4%時拉伸黏結強度值達到最大5.0 MPa，增大1.36 MPa。試驗確定最佳乳膠粉摻量為1.2%。

（4）混凝土路面裂縫修補聚合物改性灌漿料最佳配合比性能測定，灌漿料初始流動度達到320 mm，30 min流動度達到300 mm，28 d抗壓強度超過68.5 MPa，拉伸黏結強度達到5 MPa。

參考文獻

[1]王娜. 水泥基路面修補材料的試驗研究[J]. 鐵道建筑技術， 2022（6）： 82-86.

[2]孫長江. 超細水泥灌漿料在混凝土路面裂縫修補中的應用[J]. 石河子科技， 2009（3）： 41-42.

[3]劉蘭. 水泥混凝土路面修補材料研究綜述[J]. 江西建材， 2019（8）： 4-5.

[4]蔣濤， 廖開星， 潘從玲， 等. 高性能水泥基灌漿料的制備及研究[J]. 混凝土與水泥制品， 2021（12）： 6-11.

[5]孫小巍， 何苗， 禮航， 等. "鋼渣砂、石英砂混合骨料級配對水泥灌漿料性能影響的研究[J]. 混凝土， 2019（3）： 82-85.

[6]朱方之， 施云， 高立. 聚乙烯醇纖維對水泥基灌漿料性能的影響[J]. 江蘇建筑， 2020（1）： 106-109.

[7]楊輝， 吳文選， 葉顯， 等. 高流態超早強聚合物修補砂漿的性能研究[J]. 新型建筑材料， 2020（5）： 42-45.