道路层间结合用CR砂浆的制备和粘结性能研究

刘仁武+李英灿

摘 要：树脂改性水泥砂浆的物理力学性能试验研究结果表明，CR砂浆不仅具有良好的流动性、较小的干缩率，而且具有较高的抗折强度、抗压强度和劈裂强度，其物理力学性能比改性前的普通水泥砂浆得到明显提高，从而大大提高了道路层间结合性能。

关键词：层间结合 CR砂浆 制备工艺 粘结性

近年来， 交通荷载的日益重型化、交通量的大幅度增长、超载车辆的日趋严重，加速了路面的损坏，混凝土修补已成了结构工程的一个分支。人们从实践中发现在水泥净浆、聚合物浆体、聚合物水泥浆、环氧水泥中，环氧水泥的修补效果最好。树脂改性水泥砂浆不仅具有良好的流动性、较小的干缩率，而且具有较高的抗折强度、抗压强度和劈裂强度，其物理力学性能比改性前的普通水泥砂浆得到明显提高，从而大大改善了半刚性面层的抗裂、抗车辙和抗水损害等路用性能。因此，研究环氧树脂改性水泥砂浆在工程中的应用有很可观的经济效益。

1.实验部分

1 . 1主要原材料

复合硅酸盐（P·C）32.5号水泥；天然河砂，0.3～0.6mm；水性环氧树脂，固化剂。

1 . 2实验方案

基准配合比为水泥∶水∶砂=1∶0.5∶2，其中环氧树脂与固化剂为固定比10：1，环氧树脂与水泥的比值分别为0.010、0.025、0.040、0.055、0.070、0.085，每组实验原料总重量2000g。根据环氧树脂与水泥的不同比值分为六组实验，编号分别为A、B、C、D、E、F，每组三个试件，其中，一个粘结试件，两个CR砂浆试件。CR砂浆试件先用来测试抗折强度；折断后有四个断块，用来测试抗压强度；新老混凝土粘结试件用来测试抗拉强度。以流动度、抗折强度、抗压强度、抗拉强度等参数作为实验指标，分析环氧树脂对CR砂浆性能的影响。

2.实验结果与讨论

2 . 1水性环氧树脂与流动度的关系

图1通过三种算法对曲线进行拟合，得出三个流动度-树脂含量图。其中，小二乘法二次方拟合曲线和小二乘法三次方拟合曲线较准确，离散性较小。在小二乘法二次方拟合曲线中，水性环氧树脂含量为0.07时，流动度达到最大，树脂含量为0.01～0.07，流动度随树脂的含量增加而增大；树脂含量为0.07～0.1，流动度随树脂含量增加而减小。这是由于砂浆在拌和过程中，水泥颗粒某些边棱角互相碰撞吸附，并在范德华力作用下形成絮凝状结构，包裹了很多拌和水。当水性环氧树脂加入水泥砂浆后，水性环氧树脂中所带的极性阴离子活性基团通过离子键、共价键、氢键及范德华力等相互作用，紧紧地吸附在强极性的水泥颗粒表面，从而使水泥颗粒带电，根据同性电荷相互排斥原理，阻止了相邻水泥颗粒的相互接近，增大了水泥与水的接触面积，使水泥充分水化，并且在水泥颗粒扩散的过程中，释放凝聚体所包含的游离水，改善了和易性，减少了拌和水量。

同时水性环氧树脂结构中具有亲水性的侧链，伸展于水中，从而在所吸附的水泥颗粒表面形成有一定厚度的亲水性立体吸附层。当水泥靠近时，吸附层开始重叠，即在水泥颗粒间产生空间位阻作用，重叠越多，空间位阻斥力越大，对水泥颗粒间凝聚作用的阻碍也越大，使得砂浆有很好的流动性。

在小二乘法三次方拟合曲线中，环氧树脂含量小于0.04，砂浆流动度随树脂含量增加而增加，环氧树脂从0.04～0.07，砂浆流动度基本保持不变，在一个水平范围内变动。流动度增加原理与上面分析一样，曲线出现平台说明树脂加入量有个最佳区间，即0.04～0.07。在此区间内，CR砂浆流动度达到147mm，流动性能已经很好了，能够满足施工要求。

2 . 2树脂含量与抗折强度的关系

采用小二乘法四次方模拟抗折强度，掺加0.01的水性环氧树脂抗折强度有较大的增幅，掺量为0.01和0.025强度都较大；掺量0.04开始下降，继续添加水性环氧树脂，抗折强度有小量回升，之后急剧下降。与水泥砂浆（3.5MPa）比较，A组（6.2MPa）和B组（6.0MPa）增强效果较明显。

2.3树脂含量与抗压强度的关系

A组四个抗压试件配方一样，因此可以在A到F组中进行组内对比，结果如下：

图2为origin软件处理后的图形，图中显示抗压强度曲线重复性较好，说明实验数据有一定的真实性。

对平均抗压强度进行小二乘法三次方拟合，环氧树脂掺量为0.00时，抗压强度最大，随着树脂含量的增大，抗压强度急剧减小，掺量为0.04时最低，之后强度基本不变，超过0.09，抗压强度继续减小。结合本实验数据可以发现掺加水性环氧树脂会影响抗压强度，但是对抗折强度的改善很明显，均衡抗折强度和抗压强度，掺量为0.01较好。

2 . 4树脂含量与粘结抗拉强度的关系

关于新老混凝土粘结机理已有大量研究，新老混凝土粘结试件的拉伸断裂面为粘结面，粘结面为薄弱环节大连理工大学的田稳苓等已研究证实。新老混凝土粘结破坏曲面不是唯一的（即不一定在原来的结合曲面处破坏），在原结合曲面附近有无数个可能的破坏曲面，这些曲面构成一个“新老混凝土粘结破坏区”。因此粘结试件的制作重点就在结合区。

对粘结试件抗拉强度进行小二乘法三次方拟合，环氧树脂掺量为0.01时，抗拉强度最大，随着树脂含量的增大，抗压强度急剧减小，掺量为0.04时最低，之后强度基本不变，超过0.09，抗拉强度继续减小。实验说明A组抗拉强度最好，水性环氧树脂掺量为0.01。

3.结语

水性环氧树脂掺量为0.01时，流动度为132mm；掺量增加到0.04时，流动度为146mm，继续增加水性环氧树脂的量，流动度增加较小，基本维持在148mm左右。考虑到施工成本，最佳水性环氧树脂的掺量为0.04。

A组和B组抗折强度最大，分别为6.2MPa和6.0MPa。继续增加水性环氧树脂对强度有较大的影响，C组强度减小1.5MPa。从图2可以看出，水性环氧树脂的掺量大于0.025，强度都较小。

A组抗压强度为37.4MPa，水性环氧树脂从A组的0.01增加到B组的0.025，抗压强度减小到26.5MPa，减小了10.9MPa。A组抗拉强度为9.85MPa，为六组中最大值，比B组大4.85MPa，且随着水性环氧树脂的增加，抗折强度呈下降趋势。

综合分析，A组配方水泥∶树脂∶水∶砂=1∶0.01∶0.5∶2为最佳实验配方。它的28天抗折强度、抗压强度、抗拉强度最大。水性环氧树脂的掺加，减小了抗压强度，提高了抗折强度，平衡点就是0.01。

参考文献：

[1]李强，刘其诚，徐协文，等.灌注式路面层用水性环氧树脂改性的研究[J].交通科学与工程，2009（03）：6-10.

[2]李家康.高强混凝土在压剪复合受力下性能的试验研究[J].土木工程学报，1997（03）：74-80.