道路灌注式半柔性路面用聚合物改性水泥基灌浆料制备

杨光亚，张昆山，侯 洋，曹朋辉

（1.河南安罗高速公路有限公司，河南 驻马店 463000；2.河南省栾卢高速公路建设有限公司，河南 三门峡 472299；3.交通运输部公路科学研究院，北京 100088）

0 引言

灌注式半柔性路面是通过在开级配沥青混合料中灌入以水泥为基础的聚合物而形成的一种路面。道路灌注式半柔性路面具有优良的抗车辙、抗剪切能力及耐久性，特别适用于在长大纵坡、平交道口、公交港湾等抗车辙性能要求高的路段。灌浆料是其重要组成部分，其性能对灌注式半柔性路面有重要影响[1]。

1 灌浆料及其原材料技术要求

1.1 灌浆料技术要求

目前国内外通常使用水泥胶浆、砂、矿粉、水和外加剂混合而成沥青混合料中的灌浆料，其应满足以下基本条件：①良好的流动性、灌入性等，以保证充分灌入。②充分的抗弯拉强度，保证路面材料的强度。③体积收缩率小于0.5%，保证路面材料的体积稳定性。④可以与原沥青混合料充分黏合，保证路面材料不分层、不离析。

考虑水泥胶浆应具有的性能，参照日本铺面要纲，并结合中国工程建设标准《道路灌注式半柔性路面技术规程》（T/CECS G：D51-01—2019）的要求提出灌浆料技术指标如表1所示[2]。

表1 灌浆料技术指标

1.2 原材料技术要求

灌浆料通常由胶结料、细集料和水组成，通过在灌浆料中掺加一定量的聚合物乳液可以提高灌浆料的性能，改善混凝土的品质或满足特殊工程的需要。本试验以水泥、细砂、矿粉以及外加剂作为原材料制备灌浆料，各原材料的性能如下。

（1）水泥。采用河南某厂生产的P.O 42.5水泥，其技术指标测定结果如表2所示。

表2 P.O 42.5性能指标

由表2可知，该水泥材料满足相关规范（JTJE30—2005）中对水泥灌浆沥青混合料中水泥胶浆的要求。

（2）细砂。砂料粒径对灌浆料的性能影响较大，若砂径太大会导致灌浆过程中出现堵孔，导致浆料无法灌进；若粒径太小，会因砂料比表面积大，需水量大，影响路面材料的和易性、体积稳定性及抗弯拉强度。综上考虑，本试验选用特细砂，具体级配如表3所示。同时砂料还应坚硬、耐磨、干净无其他杂质。

表3 砂筛分结果

（3）矿粉。矿粉选用普通石灰石矿粉，主要技术指标如表4和表5所示。

表4 矿粉质量技术指标

表5 筛分试验

（4）外加剂。①本试验采用羧基丁苯乳液。羟基丁苯聚合物乳液具有良好的减水、保水作用，能减小砂浆的体积和密度，增大砂浆的孔隙率，改善孔结构，延长新拌砂浆的凝结时间，但不会影响现场施工。②膨胀剂。本试验灌浆料水灰比较大，为防止灌浆后路面材料产生较大的干缩，在灌浆料中添加了适量的膨胀剂，以抵消灌浆料可能产生的收缩。本试验采用的为新乡市某化工有限公司生产的膨胀剂。③减水剂。减水剂是灌浆料中常用的外加剂之一，主要用于配制高效混凝土、液态混凝土和高性能混凝土。在水泥分散体系中，具有强的分散减水作用和无缓作用，使水泥浆体的流动性大大提高。本试验减水剂采用山西某化工有限公司HT-HPC型减水剂。④早强剂。早强剂为山西某化工有限公司生产的JD-68型早强剂（JD-68型早强高效减水剂）。该产品对水泥有广泛的适应性，能全面提高混凝土的力学性能，明显提高混凝土抗渗性能，对混凝土干缩无影响。早强剂性能指标如表6所示。

表6 早强剂性能指标

2 灌浆料制备试验设计

灌浆料由普通硅酸盐水泥、砂、矿粉、水以及聚合物外加剂等组成，其配比可以通过大量不同水平和影响因素的试验确定，也可借鉴以往的经验，缩小范围，经少量试验确定这种方法称为经验法。本研究借鉴以往经验初步选定水泥胶浆配比，确定灌浆料的初试配合比为水:水泥:矿粉:膨胀剂:聚合物:河砂=1:1.9:0.2:0.2:0.2:1.25，减水剂为水泥质量的0.25%，进行流动度及7 d强度试验，结果如表7所示。根据初试配合比的检测结果，后续进行了7个不同配比的流动度及7 d强度试验，如表8所示。

表7 初试灌浆料配比设计

表8 不同比例灌浆料的性能试验

上述灌浆料的制备工艺如下。

第一步，将水和丁苯乳液倒入烧杯中，用玻璃棒朝同一方向连续搅拌1.5 min，约180次。

第二步，将水泥、矿粉、河砂倒入灌浆料搅拌锅中，开动搅拌机，拌和5 s。

第三步，在灌浆料搅拌锅中内均匀加入水、丁苯乳液的混合液，搅拌240 s。灌浆料拌和工艺流程如图1所示。

图1 灌浆料拌和工艺流程

3 试验结果分析

（1）流动度。水泥基材料的流动性主要由水泥浆体提供，因此可根据水泥浆体的流动性变化与损失情况对整个水泥基材料的流动性做出一定程度的判断。

在其他条件不变的情况下，水灰比与流动度的关系如表9、图2所示。由表9可以看出，随着减水剂掺量的增加和水灰比的增大，水泥浆体流动性变大，整体上水泥浆体的流动度主要分布在11～21 s。当其他条件不变，减水剂的掺量从水泥质量的0.25%增加到1%时，流动度从12.1 s降到了11.5 s，提高了约5%。可以看出，随着水灰比的增大，流动时间减少，流动性变好[3-4]。

表9 水灰比与流动度的关系

图2 水灰比与流动度的关系

（2）力学性能。由表8可知，水灰比变化对水泥胶浆材料强度有较大影响。随着水灰比的增大，水泥胶浆材料7 d抗折和抗压强度减小，当水灰比小于0.52时，浆体7 d抗折和抗压强度呈线性减小，斜率较小，强度下降缓慢；当水灰比大于0.52时，浆体7 d抗折和抗压强度、斜率变大，强度下降较快。当水灰比等于0.52时浆体7 d抗折和抗压强度分别为5.5 MPa和26.2 MPa，满足表1所示的技术要求[5]。水灰比与强度的关系（减水剂为水泥质量的0.25%）如图3所示。

图3 水灰比与强度的关系（减水剂为水泥质量的0.25%）

由表8可知，试验序号3配比的流动度为12.1 s，且强度较高，满足半柔性路面对灌浆料的技术要求。所以，确定的最佳配比如表10所示。

表10 最佳配比

4 结语

本文通过设计多组不同配合比试验研究了不同水胶比和减水剂掺量对水泥胶浆工作和力学性能的影响。研究发现：当其他条件不变，随着水灰比的增大，流动时间减少，流动性变好；减水剂的掺量从水泥质量的0.25%增加到1%时，流动度从12.1 s降到了11.5 s，提高了约5%。随着水灰比增大，水泥胶浆材料7 d抗折和抗压强度减小，当水灰比小于0.52时，浆体7 d抗折和抗压强度呈线性减小，斜率较小，强度下降缓慢；当水灰比大于0.52时，浆体7 d抗折和抗压强度斜率变大，强度下降较快。基于上述试验研究成果，本文设计了道路灌注式半柔性路面用聚合物改性水泥基灌浆料的最佳配比（表9）。