橡胶粉水泥压浆材料路用性能试验研究

崔美莉　高远东

摘要：以橡胶粉水泥压浆材料为研究对象，对其典型配合比下的凝结时间、抗压强度、抗折强度、体积收缩率及抗冻性能等路用性能进行详细的研究，并拟合相关指标函数方程，分析其变化规律。结果表明：不同养护条件下的橡胶粉水泥压浆材料的凝结时间及早期强度均满足规范的要求；室外自然养护的橡胶粉水泥压浆材料具有较好的胀缩性能；室内标准养护的橡胶粉水泥压浆材料具有更好的抗冻性能。

关键词：橡胶粉；压浆材料；路用性能；养护条件

中图分类号：U418.6文献标志码：B

Abstract： The properties， including setting time， compressive strength， flexural strength， volume shrinkage and frost resistance of mudjacking material consisting of rubber powder and cement were studied， and the changes of such indicators were analyzed by fitting relevant function equation. The results show that the setting time and early strength of the mudjacking material under different curing conditions meet the requirements of specifications； better expansion and contraction performance is acquired under outdoor natural curing； indoor standard curing provides better frost resistance.

Key words： rubber powder； mudjacking material； pavement performance； curing condition

0引言

隨着中国经济飞速发展，公路交通量急剧增加，汽车轴载日益重型化，加之外界环境、不利气候的耦合作用，造成水泥混凝土路面出现错台、裂缝、唧泥、断板和破碎现象[18]，这些病害都与板底脱空有着直接关系。因此，必须对板底脱空处进行及时的修补，压浆处治就是较为常见的一种修补手段。

现阶段关于板底脱空压浆处治的研究比较多，但主要集中于压浆材料类型、配合比选取及压浆工艺的选择上，而对于最优配合比下的压浆材料性能没有作详尽的研究[914]。本文在归纳总结相关研究现状和发展动态的基础上，选取橡胶粉压浆材料作为研究对象，对其典型配合比下的路用性能进行详细研究，为工程应用实践提供技术支持。

1试验方案

1.1原材料

（1）水泥。为了提高硬化浆体的强度， 特别是早强强度，选用C42硅酸盐水泥。

（2）砂。砂的作用在于提高浆体强度， 减少浆体收缩，降低水泥用量，但大粒径的砂粒易产生离析泌水。为此试验选用特细砂， 细度模数为1.21， 最大粒径小于 06 mm ，含泥量小于 1%。

（3）橡胶粉。采用30目橡胶粉，目数过低则制作工艺复杂，目数过高压浆效果又不好。

（4）早强剂。为了提高压浆材料的早期强度，使得道路交通尽早开放，选用甲酸钙早强剂。

（5）减水剂。为了提高浆体的流动性与和易性，采用XPⅡ型高效减水剂 。

（6）膨胀剂。膨胀剂可以在浆体中产生微膨胀，减少并抵消浆体的收缩，以提高硬化浆体与水泥混凝土板和基层的黏结；采用UEA型膨胀剂。

1.2试验方案设计

水泥、砂、橡胶粉（30目）、早强剂、膨胀剂、减水剂和水的比例为1∶0.32∶0.015∶0.01∶0.12∶0.05∶0.45。针对这个配合比下的橡胶粉压浆材料，分别进行室内标准养护和室外自然条件养护，分析2种养护条件下的路用性能差异。主要对橡胶粉压浆材料的凝结时间、抗压强度、抗折强度、体积收缩率及抗冻性能进行研究，其中干缩试验测试龄期分为3、7、14、21、28、56、90 d，合计7个龄期；力学试验测试龄期分为12 h、24 h、3 d、7 d、28 d、56 d、90 d，合计7个龄期。对于标准养护试块，脱模后即放入温度为（20±5）℃、相对湿度为（50±5）%的养护箱中养护；对于室外养护试块，脱模后立即放到室外自然养护。

2试验结果与分析

2.1早期强度试验结果与分析

早期强度试验结果见表1、图1。从表1可以看出：自然养护条件下橡胶粉水泥压浆试块的初凝、终凝时间较长，抗压、抗折强度较低。这是由于自然养护条件下，压浆试块受水分及温度变化影响，水泥水化反应速率较慢，不利于早期强度的形成。2种养护条件下初凝与终凝时间均满足《公路水泥混凝土路面养护技术规范》（JTJ 0731—2001）的要求——初凝时间不小于2 h，且终凝时间不大于35 h。2种养护条件下试块12 h抗压强度分别达到386 MPa和351 MPa，满足《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTG E30—2005）对板底压浆材料

12 h强度不小于35 MPa的要求；且其24 h抗压强度分别达到1855 MPa和1632 MPa，超过了28 d抗压强度（3447 MPa和3173 MPa）的50%，具有早强、高强效果，适用于需要早期开放交通的地区。相比于室外自然养护，室内养护条件下早期强度更好。

由图1可以看出：随着龄期的增长，2种养护条件下橡胶粉压浆试块的抗压及抗折强度都逐渐增大。与室内标准养护条件相比，同一龄期下，室外自然养护条件下试件的早期抗压及抗折强度较低，后期强度基本相同。这主要是因为标准养护条件下早期橡胶粉压浆试块的水化更充分，强度形成更快。但由于受外界温湿度、风、雨等影响，室外自然放置的橡胶粉压浆试块后期强度增长速率要比室内标准养护试块的大[1520]。为了表征橡胶粉水泥压浆试块在不同养护条件下抗压及抗折强度随龄期的发展规律，对其数值进行拟合，结果如图2所示。

2.2干缩试验结果与分析

干缩是板底脱空压浆材料的一个重要特性，压浆材料的干缩会直接导致水泥混凝土路面板出现裂缝、断板、破碎等病害，对其长期性能造成十分严重的影响。采用图3所示装置进行干缩试验，以体积收缩率为干缩指标，试验结果如图4所示。

由图4可以看出：橡胶粉水泥压浆试块初期，由于水分挥发体积出现明显收缩，且随着龄期的增长体积收缩率逐渐增大；之后由于膨胀剂的改善作用，体积收缩率开始减小，呈现出微膨胀效应；随着龄期的继续增长，压浆试块进一步水化，体积又呈现出减小的趋势，但后期压浆试块水化速率较慢，体积收缩率的变化也较为缓慢。相比于室內标准养护而言，室外自然养护条件下试块前期体积收缩较为缓慢，后期体积收缩较快。

2.3抗冻性能试验结果及分析

按试验配合比安排分别经过10、20、30、40次冻融循环，以冻融试件质量损失率和强度损失率为指标表征试块抗冻性能，试验结果如表2、图5所示。

根据以上试验结果，对其数值进行拟合，结果如图6所示，可以分别得出强度损失率、质量损失率与冻融次数的回归方程。

由图5、6可以看出，随着冻融次数的增加，2种养护条件下，橡胶粉压浆试块的强度损失率和质量损失率呈现出幂增长趋势。这是因为冻融损害会随着冻融次数的积累产生疲劳损害，每次冻融都会增加其孔隙率；孔隙率的增加不但会削弱试块的抗压强度，还会增大其吸水率，这就使得橡胶粉压浆试块在下一次冻融中的损害更大，孔隙率进一步增加。相比于室内标养条件，相同冻融次数下，室外自然养护条件下的橡胶粉压浆试块强度损失率和质量损失率都较大；这是由于室外自然养护条件下压浆试块水化不够充分，结构不够密实，受冻融破坏较为严重造成的。

3结语

（1）2种养护条件下，橡胶粉水泥压浆材料的凝结时间及早期强度均满足规范对板底压浆材料的要求，具有早强、高强的效果，有助于道路交通早期开放；室内标准养护下材料早强、高强的效果更好。

（2）橡胶粉水泥压浆材料在2种养护条件下，强度随龄期逐渐增长，前期增长较快，后期增长较慢。与室内标准养护条件相比，室外自然养护条件下试块早期强度较小，但后期强度增长较快，且后期强度基本相同。通过2种养护条件下橡胶粉水泥压浆材料强度数值拟合，建立了相应的强度龄期回归方程，具有较好的相关性，可以为推算其力学性能提供参考。

（3）在2种养护条件下，橡胶粉水泥压浆材料前期体积收缩较快，后期收缩较慢，中期出现微小的体积膨胀。与室内标准养护条件相比，室外自然养护具有较好的胀缩性能。

（4）随着冻融次数的增加，2种养护条件下橡胶粉水泥压浆试块的抗冻性能呈幂增长衰减趋势。与室外自然养护条件相比，室内标准养护条件下的橡胶粉水泥压浆材料具有更好的抗冻性能。

参考文献：

[1]周继辉，谢肖礼，李尚飞.广西公路路面早期裂缝的原因及其防治[J].广西大学学报：自然科学版，2006，31（S1）：235240.

[2]杨斌，欧晓夺.高等级公路水泥混凝土路面断裂破坏原因分析[J].广西大学学报：自然科学版，2001，26（1）：5962.

[3]楚艳惠.水泥混凝土路面板底脱空压浆处理的工程实际[J].公路交通技术，2006（2）：2325.

[4]李燕清，向阳开，熊潮波.水泥混凝土路面板底脱空灌浆材料研究[J].重庆交通大学学报：自然科学版，2012，31（5）：957961.

[5]王乾，刘锦涛，王选仓.路面板底脱空唧泥判定与自补偿压浆材料处治[J].长安大学学报：自然科学版，2013，33（1）：2832.

[6]尹树林，朱唐亮.压浆材料抗冲磨性能分析[J].交通科技与经济，2009，11（2）：1822.

[7]赵华，陈拴发.双层钢筋混凝土路面荷载应力分析[J].筑路机械与施工机械化，2010，27（7）：4750.

[8]张银超.橡胶粉水泥砂浆作为水泥混凝土路面板底脱空灌浆材料的研究[D].天津：河北工业大学，2013.

[9]冯永飞，石振武.旧水泥混凝土路面碎石化应力响应分析[J].筑路机械与施工机械化，2010，27（11）：5558.

[10]王芳.水泥混凝土路面板底脱空判别方法和处治技术研究[D].西安：长安大学，2009.

[11]张绍权.水泥压浆治理水泥路面病害的应用[J].内蒙古公路与运输，2005（2）：2728.

[12]苏文浩.压浆技术在水泥砼路面养护中的应用[J].盐城工学院学报：自然科学版，2005，18（1）：7577.

[13]李玉振.压浆技术在水泥混凝土路面养护中的应用[J].交通世界：建养机械，2005（5）：6263.

[14]薛忠军，王端宜，张肖宁，等.水泥混凝土路面板底压浆施工工艺及质量控制[J].筑路机械与施工机械化，2006，23（9）：2932.

[15]苏文浩，朱艳，孙九春.压浆技术在204国道水泥混凝土路面养护中的应用[J].中国市政工程，2005（2）：45.

[16]高立伟.高速公路水泥砼面板压浆技术的应用与推广[J].科技信息：科学教研，2008（23）：148149.

[17]彭辉，颜鲁涛，李波.压浆工艺在烟威高速公路水泥混凝土路面病害处理中的应用[J].公路交通科技：应用技术版，2006（4）：6364，67.

[18]文宏军，卜绿叶.压浆技术在水泥混凝土路面改造工程中的应用[J].市政设施管理，2008（2）：3334.

[19]贾军强.压浆技术在水泥混凝土路面改建工程中的应用[J].交通标准化，2006（1）：7274.

[20]汪国专.板下压浆工艺在水泥混凝土路面养护中的应用[J].江苏交通科技，2000（4）：1013.

[责任编辑：杜敏浩]