蔣雅君，喻良敏，王萃娟，彭 濤，王虎群

(1.西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院，四川 成都 610031；2.西南交通大學(xué)生命科學(xué)與工程學(xué)院，四川 成都 610031；3.北京東方雨虹防水技術(shù)股份有限公司 特種功能防水材料國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 101309)

0 引言

隧道噴膜防水是一種新興的隧道防水技術(shù)，近些年來(lái)被廣泛應(yīng)用于公路隧道、鐵路隧道、地鐵區(qū)間隧道、LNG工藝隧道等工程中[1-4]。在實(shí)際工程中，初期支護(hù)基面往往凹凸不平，所以一般會(huì)在初期支護(hù)表面設(shè)置無(wú)紡布緩沖層來(lái)保證噴膜防水層的施作質(zhì)量，同時(shí)，無(wú)紡布緩沖層能夠?qū)⒊跗谥ёo(hù)基面的滲水及時(shí)排走，對(duì)水壓進(jìn)行及時(shí)卸載[5-6]。但是由于無(wú)紡布設(shè)置在初期支護(hù)和防水層之間，導(dǎo)致防水層與初期支護(hù)、二次襯砌無(wú)法緊密粘接，隧道噴膜防水襯砌結(jié)構(gòu)的協(xié)同受力能力無(wú)法正常發(fā)揮[7]。因此，國(guó)內(nèi)外也有一些工程采用在初期支護(hù)后噴射砂漿或細(xì)石混凝土找平層后，再施作噴膜防水層的方法，以提高隧道襯砌結(jié)構(gòu)的整體性[8-9]，并取得了良好的效果。這種做法取消了無(wú)紡布緩沖層，使得隧道二次襯砌后的排水空間也被削減，可能會(huì)導(dǎo)致襯砌結(jié)構(gòu)承受水壓增大。因此，需要針對(duì)砂漿找平層進(jìn)行改性，提高其透水性能，使得防水層與初期支護(hù)、二次襯砌密貼，同時(shí)又能在一定程度上消除噴膜防水后的局部滲水，減少水壓積聚。

想要達(dá)到以上目的，可行的方法之一就是對(duì)砂漿找平層進(jìn)行改性，提高其孔隙率，以達(dá)到透水的要求。目前，類似可行的建筑材料主要有透水混凝土[10-14]、多孔混凝土等。其中，透水混凝土透水性能良好、成本較低，得到了廣泛的研究，但是由于粗骨料顆粒過(guò)大且不適于噴射，其透水原理和方法不適合用于噴膜防水層的找平層。有學(xué)者研究了一種可降解的透水混凝土[15]，但是由于其所用的降解材料為高分子材料，成本較高，并不適用于大規(guī)模的工程應(yīng)用。近些年來(lái)，有學(xué)者研究植物纖維加入混凝土后對(duì)其性能的改善，如秸稈混凝土[16-20]。研究表明，秸稈纖維具有多孔結(jié)構(gòu)，能夠提高混凝土的吸水率和孔隙率[21]。實(shí)際上，秸稈纖維是一種植物纖維，由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素等構(gòu)成，在堿性條件下能夠發(fā)生降解[22-23]。目前，秸稈纖維在混凝土中的應(yīng)用大多集中于利用其纖維骨架提升混凝土強(qiáng)度，而對(duì)于其多孔結(jié)構(gòu)的研究以及提高混凝土吸水率的研究很少，其在混凝土內(nèi)的降解研究也很少有學(xué)者涉及。

為了研制具有透水能力的砂漿，本文借鑒秸稈混凝土的思路，選擇具有一定吸水和可降解能力的楊木木屑摻入到砂漿當(dāng)中，制成具有連通孔隙的透水砂漿，以達(dá)到砂漿找平的同時(shí)透水的目的。目前的研究工作主要集中于木屑的摻量和養(yǎng)護(hù)方式對(duì)砂漿性能指標(biāo)的影響，包括體積密度、吸水率以及抗壓強(qiáng)度等，以期為后續(xù)開(kāi)展深入的研究奠定基礎(chǔ)和提供指導(dǎo)。

1 木屑的降解特性分析

本文選用生活中常見(jiàn)的楊木木屑為原材料，分析和研究其在特定環(huán)境下的降解性能，為驗(yàn)證其在制備透水砂漿中的可行性提供依據(jù)。

1.1 木屑的降解原理

為了更好地研究楊木木屑在實(shí)際情況中的降解效果，現(xiàn)從其降解原理出發(fā)，分析其降解過(guò)程，研究其降解特性。

植物纖維來(lái)源于大自然，其分子結(jié)構(gòu)復(fù)雜，主要是由纖維素、半纖維素、木質(zhì)素和糖分以及一些雜質(zhì)所構(gòu)成。其中，纖維素為纖維的主要部分，而半纖維素和木質(zhì)素以及一些雜質(zhì)為纖維的其他成分。半纖維素和纖維素相互搭接，木質(zhì)素包裹在纖維素和半纖維素外層，起到保護(hù)的作用，相互結(jié)合緊密，其結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定。纖維分子結(jié)構(gòu)如圖1所示[23]。

圖1 植物纖維分子結(jié)構(gòu)

利用高效液相色譜儀對(duì)楊木木屑的成分進(jìn)行檢測(cè)，得到其主要化學(xué)成分如表1所示。

表1 木屑主要化學(xué)成分

纖維素和半纖維素的分子結(jié)構(gòu)類似，都是大分子。不同的是，纖維素是由葡萄糖基聚合而成，而半纖維素是由多種糖基復(fù)合而成，二者都具有大量的還原性末端基，在不同的環(huán)境中會(huì)發(fā)生不同的反應(yīng)，所以性質(zhì)也大致相似。纖維素與半纖維素的分子結(jié)構(gòu)如圖2所示[23]。

(a)纖維素分子結(jié)構(gòu)

目前，纖維素和半纖維素的降解方法主要有酸解、堿解以及生物降解等。其中，酸解和堿解操作方式相對(duì)簡(jiǎn)單，效果較好，且成本較低，往往被研究采用。考慮到砂漿環(huán)境呈堿性，所以選擇在堿性條件下進(jìn)行降解，并分析其降解效果。

纖維素的降解原理如下：在堿性環(huán)境下，由于纖維素還原性末端基性質(zhì)不穩(wěn)定，在堿的作用下，還原性末端基逐漸斷裂并脫落，導(dǎo)致其配糖鍵也發(fā)生斷裂，葡萄糖基逐漸掉落，大分子逐漸分解成為小分子，掉下來(lái)的葡萄糖基轉(zhuǎn)變?yōu)楫愖兲撬?，并以鈉鹽的形式存在[23]。也有研究表明，在該化學(xué)反應(yīng)的基礎(chǔ)上，加入強(qiáng)氧化劑或者采用超聲處理等措施可以加強(qiáng)降解效果，所以有時(shí)也會(huì)用來(lái)配合纖維素降解[24]。

半纖維素結(jié)構(gòu)和性質(zhì)與纖維素相似，降解原理大致相同，只是其反應(yīng)產(chǎn)物不再是單一的葡萄糖，而是相互聚集的多糖。木質(zhì)素由于性質(zhì)并不穩(wěn)定，本身能溶于強(qiáng)堿，所以并不需要對(duì)其做特殊處理，只需要依靠堿環(huán)境對(duì)其降解即可。

1.2 木屑的降解試驗(yàn)

稱取一定質(zhì)量的楊木木屑，配置不同濃度的氫氧化鈉溶液，將木屑分批次緩慢加入氫氧化鈉溶液中，在80 ℃下恒溫?cái)嚢?0 min，超聲加熱處理20 min，反復(fù)幾次后在80 ℃恒溫反應(yīng)24 h。反應(yīng)至指定時(shí)間后，拿出木屑靜置冷卻至室溫后過(guò)濾、洗滌、干燥，稱取反應(yīng)后的木屑質(zhì)量。設(shè)置2個(gè)變量、4個(gè)對(duì)照組，其中，木屑質(zhì)量為12、24、36、48 g，氫氧化鈉濃度為1、3、5、7 mol/L。

1.3 木屑的降解效果

通過(guò)觀察試驗(yàn)現(xiàn)象可知，在堿的作用下，楊木木屑(見(jiàn)圖3(a))逐漸降解，溶液由澄清逐漸變成棕黃色(見(jiàn)圖3(b))，反應(yīng)后的木屑顏色更深，呈黃黑色(見(jiàn)圖3(c))。

(a)反應(yīng)前木屑 (b)反應(yīng)時(shí)溶液 (c)反應(yīng)后木屑

記錄試驗(yàn)過(guò)程中的數(shù)據(jù)，結(jié)果如圖4和圖5所示，用于分析楊木木屑在堿溶液中的降解效果。

圖4 木屑降解曲線(氫氧化鈉濃度1 mol/L)

圖5 木屑質(zhì)量隨氫氧化鈉濃度的變化曲線(反應(yīng)24 h)

由圖4可知：隨著反應(yīng)時(shí)間的增加，楊木木屑的質(zhì)量不斷減少，反應(yīng)24 h后降解率均達(dá)到了55%左右；而隨著反應(yīng)的不斷進(jìn)行，楊木木屑降解速率越來(lái)越慢，在24 h后反應(yīng)速率緩慢。

由圖5可知，隨著氫氧化鈉濃度的增加，各試驗(yàn)組24 h內(nèi)楊木木屑降解率也在不斷增加，在氫氧化鈉濃度為7 mol/L時(shí)木屑降解率達(dá)到了60%左右。這說(shuō)明隨著氫氧化鈉濃度的增加，楊木木屑和堿的反應(yīng)速率和反應(yīng)程度也逐漸增加，氫氧化鈉的濃度在影響著反應(yīng)的進(jìn)行。

2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

通過(guò)上述分析可知，楊木木屑在砂漿試塊中具有一定的降解可行性。現(xiàn)將楊木木屑作為原材料加入到砂漿試塊中，代替部分細(xì)骨料，與砂漿在堿性環(huán)境下混合，用以改善砂漿透水性能。下面主要研究砂漿性能隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的變化，以及摻量和養(yǎng)護(hù)方式對(duì)砂漿性能的影響。

2.1 原材料

1)楊木木屑：密度0.5 kg/m3，含水率8%～10%，濕度10%。2)氫氧化鈉：產(chǎn)自Aladdin試劑(上海)有限公司，藥品呈粉狀，AR分析純，純度95%。3)水泥：P·O 42.5水泥，產(chǎn)自諸城市陽(yáng)春水泥有限公司，主要化學(xué)成分見(jiàn)表2，堆積密度1.4 kg/m3，比表面積358 m2/kg。4)砂子：河砂，堆積密度為1 450 kg/m3，含水率0.2%，細(xì)度模數(shù)2.31，中砂，粒徑0.35～0.5 mm。5)水：自來(lái)水。6)速凝劑：FSA無(wú)堿速凝劑，產(chǎn)自天津偉合發(fā)展有限公司，密度1.51 g/cm3，固體質(zhì)量分?jǐn)?shù)49.67%。

表2 水泥主要化學(xué)成分

2.2 砂漿的制備

砂漿的配合比按照J(rèn)GJ/T 98—2010《砌筑砂漿配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》設(shè)計(jì)，配制強(qiáng)度等級(jí)為M10的砂漿。

在砂漿制備過(guò)程中發(fā)現(xiàn)楊木木屑具有一定的吸水性，在設(shè)計(jì)用水時(shí)需要考慮其對(duì)砂漿的影響。經(jīng)過(guò)試配發(fā)現(xiàn)，每24 g楊木木屑多加20 g水，砂漿性能良好，脫模正常，故按照比例每6 g楊木木屑多加5 g水。按照楊木木屑摻量的遞增關(guān)系共設(shè)計(jì)了5個(gè)配比，其中1#組為空白組(楊木木屑摻量為0%)，各砂漿配合比見(jiàn)表3，速凝劑用量按照J(rèn)GJ/T 372—2016《噴射混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》選取。

表3 各砂漿配合比

砂漿的制備參照J(rèn)GJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》。將水泥和砂子按照設(shè)計(jì)用量攪拌2 min，隨后加入相應(yīng)質(zhì)量的楊木木屑繼續(xù)攪拌1 min。將設(shè)計(jì)用水配制成1 mol/L的氫氧化鈉溶液，待水泥、砂子和楊木木屑攪拌完成后分2次加入其混合物中，手動(dòng)攪拌2 min，隨后加入速凝劑繼續(xù)攪拌1 min。將砂漿混合物倒入尺寸為70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm的塑料模具中，振動(dòng)5～10 s，24 h后脫模，放入1 mol/L的氫氧化鈉溶液中養(yǎng)護(hù)。同時(shí)，以5#為試驗(yàn)組，改變其養(yǎng)護(hù)方式，設(shè)置2個(gè)對(duì)照組(分別命名為5-1組、5-2組)。5-1組為制作砂漿時(shí)不加入氫氧化鈉，用水為自來(lái)水，同樣放入1 mol/L的氫氧化鈉溶液中養(yǎng)護(hù)；5-2組為制作砂漿時(shí)用自來(lái)水，同時(shí)放入清水中養(yǎng)護(hù)。

2.3 試驗(yàn)指標(biāo)及測(cè)試方法

選取各砂漿試塊的體積密度、孔隙率、吸水率(總孔隙率與開(kāi)口孔隙率)、抗壓強(qiáng)度4個(gè)指標(biāo)，測(cè)試隨著不同摻量和養(yǎng)護(hù)方式的改變4個(gè)指標(biāo)的變化情況?？紫堵屎臀士梢栽谝欢ǔ潭壬献鳛楸碚魃皾{透水能力的指標(biāo)。同時(shí)，對(duì)楊木木屑和砂漿試塊進(jìn)行掃描電鏡測(cè)試，研究其微觀結(jié)構(gòu)，從而對(duì)以上指標(biāo)的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行輔助分析，相互印證。

2.3.1 體積密度的測(cè)定

體積密度的測(cè)定中，參考JGJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行烘干溫度及時(shí)間的條件要求，并采用理論公式進(jìn)行體積密度的計(jì)算。砂漿試塊養(yǎng)護(hù)完成后在75 ℃下烘干24 h，取出并冷卻至室溫后稱量其干質(zhì)量m0。隨后測(cè)量其尺寸V，如實(shí)測(cè)尺寸與公稱尺寸之差不超過(guò)1 mm，則按公稱尺寸計(jì)算。砂漿試塊體積密度

(1)

每種砂漿計(jì)算3個(gè)試樣的體積密度，求平均值。

2.3.2 孔隙率的測(cè)定

孔隙率包括總孔隙率和開(kāi)口孔隙率。其中，開(kāi)口孔隙率表示連通孔占砂漿的體積大小，是表征透水能力的直接因素。本試驗(yàn)針對(duì)砂漿試塊總孔隙率和開(kāi)口孔隙率展開(kāi)測(cè)試。

總孔隙率采用CABR—457型硬化混凝土氣孔結(jié)構(gòu)分析儀測(cè)試。分辨率小于2 μm，采用線性追蹤遍歷法(導(dǎo)線法)。試驗(yàn)參數(shù)為：總導(dǎo)線長(zhǎng)3 000 mm，每幀導(dǎo)線數(shù)量為5 mm，分析區(qū)域?yàn)樵噳K長(zhǎng)寬值，均為70.7 mm。試驗(yàn)開(kāi)始前對(duì)儀器校準(zhǔn)。

開(kāi)口孔隙率測(cè)試方法目前規(guī)范沒(méi)有規(guī)定，參考目前國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)成果可分為質(zhì)量法和體積法，本試驗(yàn)選用體積法[15, 25]。首先，將試塊在75 ℃下烘干24 h，待其冷卻至室溫稱取m0；隨后放入常溫水中浸泡24 h至飽和，稱取質(zhì)量m1；最后將飽和試塊放入盛滿水的燒杯中，收集溢出的水，稱取質(zhì)量m2。開(kāi)口孔隙率

(2)

每種砂漿測(cè)量3個(gè)試樣的吸水率，求平均值。

2.3.3 吸水率的測(cè)定

吸水率的測(cè)定參考JGJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》和文獻(xiàn)[25]，砂漿試塊養(yǎng)護(hù)完成后在烘箱中75 ℃下烘干24 h，待其冷卻至室溫后稱重，記錄其干質(zhì)量m0。隨后將試塊放入常溫水中浸泡24 h，試塊浸入水中的深度為35 mm。浸泡完成后將試塊取出，用吸水紗布吸干試塊表面的水，稱取其吸水后質(zhì)量m1。吸水率

(3)

每種砂漿測(cè)量3個(gè)試樣的吸水率，求平均值。

2.3.4 抗壓強(qiáng)度的測(cè)試

抗壓強(qiáng)度參照J(rèn)GJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，采用壓力試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試前將試塊成型面垂直壓板放置，試塊中心對(duì)準(zhǔn)壓板正中心。加荷速度為1.5 kN/s，連續(xù)而均勻地加荷，當(dāng)試塊接近破壞發(fā)生迅速變形時(shí)，停止調(diào)整試驗(yàn)機(jī)油門(mén)，直至試塊破壞，導(dǎo)出破壞曲線，記錄破壞荷載，觀察試塊破壞情況。

2.3.5 微觀性能的表征

采用掃描電鏡(SEM，inspect F，美國(guó)FEI公司，分辨率3.0 nmat 30 kV，10 nmat 3 kV)觀察楊木木屑反應(yīng)前后的微觀變化和砂漿試塊養(yǎng)護(hù)28 d后的水化情況，以及楊木木屑在砂漿中的分布情況。

采用ADSM302電子顯微鏡(深圳安東星科技有限公司，圖片分辨率1 200萬(wàn)像素，對(duì)焦距離5～22 cm，幀頻30 f/s(600 Lx亮度下)，包裝數(shù)據(jù)31 cm×24.5 cm×18 cm/2.2 kg)觀察砂漿試塊木屑顆粒分布情況。VHX-6000超景深三維立體顯微鏡(日本基恩士公司，冷光源，色溫5 700 K)觀察砂漿試塊養(yǎng)護(hù)后內(nèi)部孔隙分布情況。

3 試驗(yàn)結(jié)果及討論

3.1 試驗(yàn)現(xiàn)象

在砂漿制備的過(guò)程中發(fā)現(xiàn)楊木木屑與砂漿混合較為均勻，在養(yǎng)護(hù)完成后，試塊表面有部分水泥剝落，試塊表面分布有斑點(diǎn)狀的楊木木屑，木屑分布清晰。試塊表面呈現(xiàn)不同的顏色，其中，在堿溶液內(nèi)養(yǎng)護(hù)后試塊表面呈淺黃色(見(jiàn)圖6(a))，木屑附近顏色更深；而在清水里面養(yǎng)護(hù)的試塊表面呈灰白色(見(jiàn)圖6(b))。

(a) (b)

將砂漿試塊沿平面平整切割開(kāi)來(lái)，木屑在砂漿試塊內(nèi)部的分布情況如圖7所示。從圖中可以看出，木屑顆粒在砂漿試塊內(nèi)部分布較為均勻。對(duì)比圖7(a)和圖7(b)可以看出，普通砂漿試塊內(nèi)部孔隙較少，平面較為平整。而木屑摻入砂漿試塊中后，木屑與膠凝材料結(jié)合較松散，分布較散。同時(shí)，由于木屑顆粒本身帶入的氣體以及木屑顆粒的多孔結(jié)構(gòu)，砂漿試塊內(nèi)部有一定量的氣孔，內(nèi)部呈稍不平整狀態(tài)，且隨著摻量的增加現(xiàn)象越來(lái)越明顯。

(a)普通砂漿試塊 (b)木屑砂漿試塊(5#)

砂漿試塊養(yǎng)護(hù)完成后，將試塊沿平面平整切割開(kāi)來(lái)，木屑降解情況及砂漿氣孔結(jié)構(gòu)如圖8所示。從圖8(a)可以看出，養(yǎng)護(hù)28 d后，木屑發(fā)生降解，砂漿試塊呈蜂窩狀，存在密密麻麻的小孔和殘留的部分木屑。而從圖8(b)可以看出，其氣孔較大。同時(shí)，大氣孔與砂漿本身小氣孔相互連接，形成砂漿試塊吸排水通道，而且隨著木屑摻量的增加，其通道越來(lái)越多，吸排水能力由此得到提高。

(a)養(yǎng)護(hù)后砂漿試塊(5#)

在養(yǎng)護(hù)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，砂漿試塊養(yǎng)護(hù)溶液逐漸變成不同程度的黃色，如圖9所示。其中，5-2組在清水中養(yǎng)護(hù)的砂漿試塊養(yǎng)護(hù)溶液呈淺黃色(見(jiàn)圖9(c))，表面有少量漂浮物。這說(shuō)明在砂漿試塊中的楊木木屑發(fā)生了降解，降解產(chǎn)物從砂漿試塊內(nèi)部逐漸析出到溶液當(dāng)中，而且隨著養(yǎng)護(hù)方式的不同，其反應(yīng)的程度都不同。

(a)養(yǎng)護(hù)溶液 (b)養(yǎng)護(hù)溶液變黃(堿溶液)(c)養(yǎng)護(hù)溶液變黃(清水)

選取試驗(yàn)用的楊木木屑原樣、在砂漿試塊養(yǎng)護(hù)28 d后取出摻入的楊木木屑以及養(yǎng)護(hù)28 d后的砂漿試塊進(jìn)行掃描電鏡試驗(yàn)，結(jié)果如圖10所示。從圖10(a)可以看出，原楊木木屑因?yàn)槠涠鄬咏Y(jié)構(gòu)，提供了較多的空隙。從圖10(b)可以看出，在試塊中反應(yīng)28 d后，楊木木屑多層結(jié)構(gòu)遭到侵蝕，少量木屑發(fā)生碎裂，結(jié)構(gòu)間的空隙也有所增加；同時(shí)，其表面附著有少量的C-S-H凝膠體和其他水化產(chǎn)物。圖10(c)則反映了楊木木屑在砂漿試塊內(nèi)的分布情況及砂漿試塊水化情況。從圖10(c)可以看出，楊木木屑與砂漿相互結(jié)合，砂漿主要分布在楊木木屑外部，木屑內(nèi)存在著大量空隙；同時(shí)，砂漿試塊內(nèi)部充滿了大量的C-S-H凝膠體及少量的六角板狀Ca(OH)2晶體，這說(shuō)明楊木木屑的摻入對(duì)水泥的水化并沒(méi)有造成很大的影響，水泥水化情況良好。

(a)原楊木木屑 (b)反應(yīng)后的楊木木屑 (c)砂漿試塊

3.2 砂漿性能指標(biāo)隨木屑摻量的變化規(guī)律

3.2.1 體積密度

將各砂漿體積密度測(cè)試結(jié)果繪制成曲線，如圖11所示。由圖11可以看出，隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加，各砂漿體積密度均逐漸增大。這是因?yàn)樗嗨某潭仍絹?lái)越高，水化產(chǎn)物逐漸增多，砂漿試塊的體積密度也就不斷增大。其中，普通砂漿試塊的體積密度在7、14、28 d時(shí)分別達(dá)到了1 750、1 800、1 833 kg/m3，由于加入了速凝劑，在7 d時(shí)砂漿試塊的體積密度就達(dá)到了較高的水平。

圖11 體積密度隨木屑摻量的變化曲線

而隨著楊木木屑的摻入，由于其代替了砂漿試塊中部分細(xì)骨料的體積，木屑密度較低，導(dǎo)致砂漿試塊的體積密度不斷降低，在摻量為24 g時(shí)砂漿試塊7、14、28 d的體積密度只有1#普通砂漿試塊的80%左右。

3.2.2 孔隙率

各砂漿試塊總孔隙率和開(kāi)口孔隙率隨楊木木屑摻量的變化曲線如圖12和圖13所示。從圖12和圖13可以看出，隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加，孔隙率的變化趨勢(shì)和體積密度完全相反。隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加，水化產(chǎn)物逐漸增多，充填砂漿內(nèi)部孔隙，總孔隙率和開(kāi)口孔隙率逐漸降低。從圖中還可以看出，摻入了楊木木屑的砂漿試塊總孔隙率和開(kāi)口孔隙率降低速率均要慢于普通砂漿試塊，這是因?yàn)樗嗟乃蜅钅灸拘嫉慕到鈱?duì)孔隙率的作用是相反的，隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加，楊木木屑的降解在一定程度上可以使砂漿試塊的整體孔隙率增大。

圖12 總孔隙率隨木屑摻量的變化曲線

圖13 開(kāi)口孔隙率隨木屑摻量的變化曲線

隨著木屑摻量的增加，砂漿試塊的總孔隙率和開(kāi)口孔隙率均不斷增加，在摻量為24 g時(shí)砂漿試塊養(yǎng)護(hù)28 d后總孔隙率達(dá)到了31.7%，開(kāi)口孔隙率達(dá)到了25.6%，為1#普通砂漿試塊的2～3倍。

3.2.3 吸水率

各砂漿試塊吸水率隨楊木木屑摻量的變化曲線如圖14所示。從圖14可以看出，吸水率和孔隙率變化趨勢(shì)相同。其中，普通砂漿試塊的7、14、28 d吸水率分別達(dá)到了11.2%、10.9%、9.0%。從圖14也可以看出，摻入了楊木木屑的砂漿試塊吸水率降低速率要慢于普通砂漿試塊，原因與孔隙率類似。

圖14 吸水率隨木屑摻量的變化

而隨著楊木木屑摻量的增加，砂漿試塊的吸水率逐漸增大，在摻量為24 g時(shí)砂漿試塊養(yǎng)護(hù)28 d吸水率達(dá)到了22%，同樣為1#組普通砂漿試塊的2～3倍。

3.2.4 抗壓強(qiáng)度

作為隧道襯砌結(jié)構(gòu)的一部分，砂漿找平層應(yīng)具有基本的力學(xué)性能，其中，抗壓強(qiáng)度應(yīng)是予以關(guān)注的性能指標(biāo)之一。因此，需要研究楊木木屑的摻入對(duì)砂漿試塊抗壓強(qiáng)度的影響。

對(duì)砂漿試塊抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，其破壞形態(tài)如圖15所示。由圖15可以看出，普通砂漿試塊抗壓測(cè)試時(shí)，首先頂部出現(xiàn)一條大裂縫，隨后兩邊2條裂縫不斷發(fā)展，最后形成半月字形，試塊呈漏斗狀破壞。而摻入了楊木木屑的砂漿試塊裂縫發(fā)展迅速，最終破壞形態(tài)與普通砂漿試塊相似，裂縫呈半月字形，試塊破壞呈漏斗狀。這說(shuō)明楊木木屑摻入砂漿試塊后，在砂漿試塊內(nèi)分布均勻，沒(méi)有形成較大的缺陷，不存在明顯的薄弱處，試塊破壞時(shí)裂縫發(fā)展正常，破壞現(xiàn)象明顯。

(a)普通砂試塊 (b)摻入木屑的砂漿試塊

選取各砂漿試塊隨楊木木屑摻量變化的抗壓試驗(yàn)結(jié)果，繪制相應(yīng)的曲線如圖16所示。由圖16可以看出，隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加，砂漿試塊的抗壓強(qiáng)度均在不斷增加。這是因?yàn)殡S著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加，水泥水化程度加劇，導(dǎo)致水化產(chǎn)物逐漸增多，砂漿試塊越來(lái)越密實(shí)，其抗壓強(qiáng)度越來(lái)越高。其中，普通砂漿試塊7、14、28 d抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到了9.6、10.9、11.6 MPa。由于加入了速凝劑，在7 d時(shí)抗壓強(qiáng)度也達(dá)到了一個(gè)較高的水平。

圖16 抗壓強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間的變化曲線

隨著楊木木屑摻量的增加，砂漿試塊的抗壓強(qiáng)度逐漸降低，在摻量為24 g時(shí)，砂漿試塊養(yǎng)護(hù)28 d的抗壓強(qiáng)度只有6.3 MPa，為普通砂漿試塊的55%左右。這是因?yàn)闂钅灸拘純?nèi)部帶有大量孔隙，其與砂漿試塊的結(jié)合也不是完全緊密的；同時(shí)，楊木木屑摻入到砂漿試塊當(dāng)中代替了一部分細(xì)骨料，其所提供的抗壓強(qiáng)度有限，并不能承擔(dān)抗壓的作用，所以抗壓強(qiáng)度才會(huì)降低，并且隨著摻量的增加，該現(xiàn)象越來(lái)越明顯。

3.3 砂漿性能指標(biāo)隨養(yǎng)護(hù)方式的變化規(guī)律

3.3.1 體積密度

將5#、5-1、5-2組砂漿試塊體積密度測(cè)試結(jié)果繪制成曲線，如圖17所示。由圖可知，3組砂漿試塊體積密度同樣隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加在逐漸增大。3組體積密度從數(shù)值上看相差不大，其中，5#組最小，5-1組次之，5-2組最大。

圖17 體積密度隨養(yǎng)護(hù)方式的變化曲線

3.3.2 孔隙率

5#、5-1、5-2組砂漿試塊的孔隙率測(cè)試結(jié)果如圖18和圖19所示。從圖18和圖19可以看出，隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加，3組砂漿試塊總孔隙率和開(kāi)口孔隙率均逐漸降低，且5#最大，5-1次之，5-2最小，分別為31.7%和25.6%、30.8%和24.5%、30%和23.8%?？梢?jiàn)隨著養(yǎng)護(hù)方式的改變，砂漿所處的環(huán)境也發(fā)生了改變。其實(shí)養(yǎng)護(hù)方式影響的是砂漿的堿環(huán)境，5#組砂漿試塊內(nèi)外堿濃度都是1 mol/L，而5-1組砂漿內(nèi)部堿環(huán)境比外部環(huán)境弱，由于溶液的相互流通，導(dǎo)致楊木木屑所處的堿環(huán)境稍弱于5#組。5-2組由于所處的堿環(huán)境最弱，所以其楊木木屑降解程度比其他2組低，這與前述養(yǎng)護(hù)溶液的表現(xiàn)情況是一致的。

圖18 總孔隙率隨養(yǎng)護(hù)方式的變化曲線

圖19 開(kāi)口孔隙率隨養(yǎng)護(hù)方式的變化曲線

3.3.3 吸水率

5#、5-1、5-2組砂漿試塊的吸水率測(cè)試結(jié)果如圖20所示。由圖可知，隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加，3組砂漿試塊吸水率均逐漸降低，且5#最大，5-1次之，5-2最小，分別為22%、21%、20.4%。其原因同孔隙率一致，均是由于砂漿內(nèi)部的堿環(huán)境不同，導(dǎo)致其吸水率發(fā)生了變化。

圖20 吸水率隨養(yǎng)護(hù)方式的變化曲線

3.3.4 抗壓強(qiáng)度

5#、5-1、5-2組砂漿試塊的抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果如圖21所示。由圖可知，隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加，3組砂漿試塊的抗壓強(qiáng)度均逐漸增大。三者數(shù)值相差不大，其中，5#最小，5-1次之，5-2最大。隨著養(yǎng)護(hù)方式的改變，抗壓強(qiáng)度的發(fā)展趨勢(shì)與吸水率相反，楊木木屑的降解導(dǎo)致砂漿試塊吸水率越高，表示其內(nèi)部孔隙越多，楊木木屑所提供的抗壓能力就越小，砂漿試塊抗壓強(qiáng)度也就越低。

圖21 抗壓強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)方式的變化曲線

為了更進(jìn)一步地了解砂漿試塊抗壓強(qiáng)度與吸水率的關(guān)系，通過(guò)吸水率和抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果，對(duì)其進(jìn)行線性擬合，擬合結(jié)果如圖22所示。其中，R2=0.987，斜率誤差0.015 3，截距誤差0.273。

圖22 吸水率-抗壓強(qiáng)度擬合曲線

從圖22可以看出，吸水率與抗壓強(qiáng)度呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。隨著吸水率的增長(zhǎng)，砂漿試塊的抗壓強(qiáng)度在逐漸降低，且下降比較明顯。因此，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)根據(jù)隧道工程的透水指標(biāo)和強(qiáng)度要求來(lái)合理選擇楊木木屑的摻量。

4 結(jié)論與討論

將楊木木屑摻入到砂漿試塊當(dāng)中，通過(guò)改變楊木木屑的摻量和砂漿試塊的養(yǎng)護(hù)方式，測(cè)試和分析了其對(duì)砂漿試塊體積密度、孔隙率、吸水率、抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律，驗(yàn)證了楊木木屑摻入砂漿中后，可以提高砂漿的孔隙率，在一定程度上達(dá)到提升其透水能力的目的。通過(guò)本文的研究工作，可以得出以下結(jié)論：

1)加入楊木木屑后的砂漿試塊總孔隙率、開(kāi)口孔隙率和吸水率相較于普通砂漿試塊有明顯提高。摻量為24 g時(shí)28 d砂漿試塊分別達(dá)到了31.7%、25.6%、22%，為普通砂漿試塊的2～3倍。

2)加入了楊木木屑的砂漿試塊體積密度和抗壓強(qiáng)度相較于普通砂漿試塊有明顯降低。在摻量為24 g時(shí)體積密度只有普通砂漿試塊的79%左右，抗壓強(qiáng)度只有普通砂漿試塊的54%左右。

3)隨著養(yǎng)護(hù)方式的改變，砂漿試塊的性能指標(biāo)發(fā)生了相應(yīng)的變化。其中，內(nèi)摻堿并加堿溶液養(yǎng)護(hù)后砂漿試塊體積密度最小，孔隙率和吸水率最大，抗壓強(qiáng)度最小。空白組(清水養(yǎng)護(hù))體積密度最大，吸水率最低，抗壓強(qiáng)度最高。

4)通過(guò)對(duì)砂漿試塊吸水率-抗壓強(qiáng)度進(jìn)行線性擬合后發(fā)現(xiàn)，兩者呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，隨著砂漿試塊吸水率的增大，砂漿試塊的抗壓強(qiáng)度逐漸降低，且下降明顯。

本文針對(duì)楊木木屑摻入砂漿試塊后對(duì)砂漿試塊孔隙率和吸水率的影響展開(kāi)了測(cè)試，并且分析了一些基本性能指標(biāo)；同時(shí)，針對(duì)摻入木屑后對(duì)砂漿各指標(biāo)的影響機(jī)制展開(kāi)了探討，并且對(duì)木屑在砂漿試塊中的降解過(guò)程展開(kāi)了討論。后續(xù)研究工作中，將針對(duì)其在動(dòng)水沖刷條件下的應(yīng)用情況及作用規(guī)律做進(jìn)一步的探討。