耿曉麗

（江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，江蘇　南京　210014）

用于路面維修和薄層鋪裝的粉煤灰樹脂聚合砼研究

耿曉麗

（江蘇省交通規(guī)劃設(shè)計(jì)院股份有限公司，江蘇南京210014）

論述了目前韓國用于路面、橋面維修和薄層鋪裝的粉煤灰樹脂聚合砼的基本性質(zhì)，通過流動(dòng)性、硬化時(shí)間、抗壓強(qiáng)度、抗撓強(qiáng)度、粘結(jié)強(qiáng)度、抗氯化物腐蝕性、干燥收縮、抗凍融性和耐藥品腐蝕性試驗(yàn)對該材料的物理化學(xué)特性進(jìn)行了研究，并與一般砼進(jìn)行對比，結(jié)果表明該材料適用于各種路面鋪裝、橋面修補(bǔ)和薄層鋪裝。

公路；聚合砼；粉煤灰；路面維修；薄層鋪裝

目前，工程建設(shè)中廣泛使用水泥砼，其硬化時(shí)間慢、干燥收縮大、耐藥品腐蝕性差。利用高分子聚合物材料制造的新型砼的特性和水泥砼明顯不同。聚合砼是在混合料中加入少量聚合物作為結(jié)合料，作為現(xiàn)有的不透水性材料，在路面、橋面和下水管等設(shè)施和產(chǎn)品制造上可起到很好的作用。另外，煤的副產(chǎn)物粉煤灰可作為砼的填充材料應(yīng)用于砼中，以改善砼的工學(xué)性質(zhì)及減少環(huán)境污染。該文通過試驗(yàn)，對用粉煤灰作為填充材料的樹脂聚合砼進(jìn)行研究，為路面鋪裝、橋面修補(bǔ)和薄層鋪裝提供技術(shù)參考。

1　試驗(yàn)方案

1.1試驗(yàn)材料

（1）主要材料和硬化劑。使用韓國C市生產(chǎn)的高分子復(fù)合體，其主要材料的比重為1.395 g/cm3，硬化劑比重為1.158 g/cm3。主要材料和硬化劑按照3∶1的固定混合比使用，這是生產(chǎn)者建議的最小使用量。

（2）骨料。骨料由按照KS L 5100規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)砂和13 mm碎石組成，標(biāo)準(zhǔn)砂比重為2.50 g/cm3，粗粒率為1.99，碎石比重為2.65 g/cm3。

（3）粉煤灰。采用韓國B市生產(chǎn)的粉煤灰，比重為2.21 g/cm3，粉末度為5 855 cm2/g。

1.2砼的組成設(shè)計(jì)（見表1）

表1　砼的組成設(shè)計(jì)

2　試驗(yàn)結(jié)果

2.1流動(dòng)性試驗(yàn)結(jié)果

一般砼和聚合物砼的塌落度測試結(jié)果見表2。試料P1和P4的流動(dòng)性大，不能成型，所以塌落度不能測試；試料P2、P3的塌落度和一般砼差不多。

表2　砼的流動(dòng)性試驗(yàn)結(jié)果mm

2.2硬化時(shí)間試驗(yàn)結(jié)果

一般水泥試料在110 min時(shí)達(dá)到初期硬化，230 min時(shí)最終硬化。一般砼和聚合物砼的硬化時(shí)間測試結(jié)果見表3。試料P1、P2和P3的初期硬化時(shí)間與一般砼試料差不多，但最終硬化時(shí)間較短。另外，試料A1和A2是沒有使用骨料的混合劑，其中A1混入了粉煤灰，這兩種試料的硬化時(shí)間比其他試料快很多。

表3　砼的硬化時(shí)間測試結(jié)果min

2.3抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

表4為試驗(yàn)齡期1、7、28 d時(shí)聚合物砼的抗壓強(qiáng)度。從表4可以看出：齡期28 d時(shí)，試料P2具有最大抗壓強(qiáng)度91.76 MPa；混入粉煤灰的試料P1初期抗壓強(qiáng)度比沒有混入粉煤灰的試料P4大，試料P1和P4雖然抗壓強(qiáng)度高，但流動(dòng)性大，現(xiàn)場施工時(shí)不好操作；試料P2和P3的抗壓強(qiáng)度和施工條件都比較理想。聚合物砼的極限變形率是一般砼的10倍以上，是彈性變形率大的材料。

表4　聚合物砼的抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果MPa

2.4抗撓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

齡期28 d、施工厚度3、5 mm的試料P1的抗撓強(qiáng)度分別為13.39、28.31 MPa；試料P3厚度為3、5 mm的抗撓強(qiáng)度分別為27.59、28.85 MPa，比試料P1有更安全的抗撓強(qiáng)度（見表5）。2種混合料的抗撓強(qiáng)度都在10 MPa以上，滿足修補(bǔ)所需抗撓強(qiáng)度要求。張力變形率約為2 000×10-6mm/mm，是一般砼的5倍以上。

表5　聚合物砼的抗撓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

2.5 粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

聚合物砼的粘結(jié)強(qiáng)度直接影響修補(bǔ)性能，其粘結(jié)強(qiáng)度不容忽視。聚合物砼的粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見表6。從中可見其粘結(jié)強(qiáng)度都在5 MPa以上，其中試料P1的粘結(jié)強(qiáng)度最大，在6 MPa以上。聚合物砼的粘性比一般水泥優(yōu)秀很多。

表6　聚合物砼的28 d粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果MPa

2.6抗氯離子滲透試驗(yàn)結(jié)果

依照ASTM C1202-91規(guī)范對聚合物砼進(jìn)行抗氯離子滲透試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表7。從表7可以看出：聚合物砼所有試料的氯化物腐蝕值都在可以忽略的范圍內(nèi)，比一般水泥砼小很多。聚合物砼通過的平均電荷量為7.7 C。可見，相比一般砼，聚合物砼的組成結(jié)構(gòu)非常細(xì)致，從耐久性方面來看，也是十分良好的材料。

表7　砼對氯化物通過電荷量試驗(yàn)結(jié)果

2.7干燥收縮試驗(yàn)結(jié)果

一般砼的距離變化率為0.02％～0.14％。試料P1和P2的干燥收縮變化很小，試料P3和P4發(fā)生膨脹現(xiàn)象（見表8）。從試驗(yàn)結(jié)果來看，聚合物砼用于修補(bǔ)時(shí)均不易產(chǎn)生裂縫和脫落。

表8　聚合物砼干燥收縮變化率

2.8不同溫度對材料抗壓強(qiáng)度的影響

將聚合物砼試樣分別在50、100、200和500℃的試驗(yàn)機(jī)器內(nèi)放置24 h后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果見圖1～3。從中可見：聚合物砼經(jīng)過200℃高溫后，抗壓強(qiáng)度有所增加。280℃后試料發(fā)生氧化，變成黑色，并產(chǎn)生橡膠燒焦的氣味；經(jīng)過24 h、500℃高溫后，聚合物的碳素成分全部氧化，試料變成黃土色并一碰即碎，失去抗壓強(qiáng)度。

圖1　50、100、200℃高溫后聚合物砼試樣的顏色

圖2　300℃高溫后聚合物砼試樣的顏色

2.9抗凍融性試驗(yàn)結(jié)果

凍融循環(huán)試驗(yàn)后，聚合物砼經(jīng)過150個(gè)周期后重量基本上沒有減少，而一般砼從10個(gè)周期開始重量有明顯減少。

2.10耐藥品腐蝕試驗(yàn)結(jié)果

各類砼經(jīng)過10％氯化鈉溶液、30％硫酸溶液、40％硝酸溶液和40％氫氧化鈉溶液4種溶液3、7、14、28 d腐蝕后的重量變化見表9。

3　結(jié)語

為了掌握不同材料組成的砼的力學(xué)特性，該文對聚合物砼和一般砼進(jìn)行抗壓強(qiáng)度、抗撓強(qiáng)度和粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)，結(jié)果表明聚合物砼的強(qiáng)度比一般砼優(yōu)秀很多，混入粉煤灰時(shí)抗壓強(qiáng)度更優(yōu)秀；加入粉煤灰與沒有加入粉煤灰的砼的抗撓強(qiáng)度和粘結(jié)強(qiáng)度差異較小。為了判斷聚合物砼的長期耐久性，進(jìn)行不同溫度對材料抗壓強(qiáng)度影響試驗(yàn)及抗氯化物腐蝕性、抗凍融性和耐藥品腐蝕性試驗(yàn)，結(jié)果表明所有聚合物砼的強(qiáng)度特性和耐久特性都比一般砼好。

綜合以上結(jié)果，樹脂聚合物砼的抗壓強(qiáng)度、抗撓強(qiáng)度和粘結(jié)強(qiáng)度比一般砼好很多，其粘結(jié)性能好，且能在短時(shí)間進(jìn)行維修，適合用于道路、橋梁的快速修補(bǔ)。特別是加入粉煤灰時(shí)，其耐久性相當(dāng)好。現(xiàn)場作業(yè)時(shí)性能好，且能確保高耐久性，可極大地延長修補(bǔ)效果和長期性。可應(yīng)用于現(xiàn)場灌注構(gòu)筑物、快速路面及橋面修補(bǔ)、砼儲罐的耐蝕面層、新老砼的粘結(jié)及其他特殊用途的預(yù)制品，具有較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益，在工程上尤其是在工程安全與防護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用前景良好。

［1］ACI548.IR-86，Guide for the use of polymers in concrete［S].

［2］ASTM C 1202-10，Standard test method for electrical indication of concrete's ability to resist chloride ion penetration［S].

［3］Sevket Ozden，Erkan Akpinar.Effect of confining FRP overlays on bond strength enhancement［J].Construction and Building Materials，2007，21（7）.

［4］H Beushausen，M G Alexander.Failure mechanisms and tensile relaxation of bonded concrete overlays subject to differential shrinkage［J].Cement and Concrete Research，2006，36（10）.

［5］D W Fowler.Polymers in concrete：a vision for the 21st century［J].Cement and Concrete Composites，1999，21 （5-6）.

［6］GB/T 50080-2002，普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)［S].

［7］GB/T 50081-2002，普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)［S].

［8］侯云芬，王棟民，李俏，等.粉煤灰基礦物聚合物混凝土的耐久性研究［A].第七屆全國混凝土耐久性學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集［C].2008.

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2015-07-12