高吸水树脂对道路水泥混凝土工作特性的影响研究

屈允永，张晓驰，田 波

(1.广西交通科学研究院有限公司，广西 南宁 530007；2.交通运输部公路科学研究院，北京 100088)

0 引言

高吸水树脂是一种新型水泥混凝土添加剂，具有吸水量大、保水效果好的特点。目前，对于高吸水树脂的研究多集中于水泥混凝土的内养护方面[1-3]。然而，不容忽视的是高吸水树脂吸水后具有弹性凝胶的特性，能够长时间保持一种高膨润状态[4]，这对混凝土工作特性必然存在一定的影响。但是，关于高吸水树脂对混凝土工作特性，特别是对道路混凝土工作特性的影响研究却少之又少。基于此，本文重点研究高吸水树脂对道路混凝土工作特性的影响。

1 高吸水树脂简介

高吸水树脂有着极强的吸水和保水特性。目前市场上用于水泥混凝土添加剂的高吸水树脂的主要成分多为聚丙烯醇。其结构复杂，交链、直链以及支链相互交织，形成三围网状结构[5]。正因为这种三围网状结构和离子特点的存在，使得高吸水树脂可以吸附大量的水分子，并且能够在高温及振捣棒的高压振激力作用下依然具有良好的保水性，并保持弹性凝胶的特性和高膨润状态[6-7]。直至水泥混凝土内部酸碱度或离子浓度增大时，高吸水树脂才会慢慢释放出剩余的吸附水分，这也是高吸水树脂的工作原理。

2 道路水泥混凝土工作特性要求

道路水泥混凝土路面施工是一个系统工程。施工中每一阶段都对水泥混凝土工作有着不同的要求。目前，我国水泥混凝土路面施工方式主要有滑模摊铺和三辊轴摊铺两种形式。这两种形式的施工方式虽然机械化程度不同，但主要施工工序基本一致，即振捣、抹面、撤模。这三道施工工序对应的水泥混凝土工作特性分别是：出浆特性、抹面特性、立模特性。

良好的水泥混凝土工作特性是铺筑出高质量水泥混凝土路面的前提条件之一。出浆特性好，混凝土出浆快；抹面特性好，混凝土易抹面，路面平整度高；立模特性好，混凝土不塌边。

3 高吸水树脂对道路水泥混凝土工作特性的影响

为探究高吸水树脂对不同施工阶段的道路水泥混凝土工作特性的影响，本文分别设计等坍落度不等高吸水树脂掺量的道路水泥混凝土配合比。在诸配合比中，高吸水树脂掺量分别为水泥质量的0‰、1‰、2‰、3‰、4‰，其他参数不变，通过增减减水剂确保坍落度一致(需要说明的是混凝土只在具有符合规范要求的等坍落度情况下，对比才有意义，若坍落度超出了规范要求，则失去了实际应用的可能，更没有对比价值)。同时，为减少高吸水树脂吸水对水泥混凝土水灰比的影响，每添加一份质量的高吸水树脂，需增加高吸水树脂10倍质量的水。

3.1 高吸水树脂对道路水泥混凝土出浆特性的影响

对于道路水泥混凝土而言，良好的出浆特性，意味着更高的施工效率和产品质量。为验证高吸水树脂对道路水泥混凝土出浆特性的影响。试验对维勃仪进行改造，在维勃仪圆盘上增设孔柱，将混凝土振动过程中圆盘孔柱冒浆的时间，记为混凝土的出浆用时，多次测量，求平均值，用以表征混凝土的出浆特性。出浆用时越少，出浆特性越好，反之则出浆特性越差。具体试验结果见表1。

由表1可以看出，随着高吸水树脂掺量的不断增加，水泥混凝土出浆用时，先增多后减少。相应的出浆特性先降低后提高。添加高吸水树脂后水泥混凝土的出浆特性整体降低。当高吸水树脂掺量为3‰时，对混凝土出浆影响最大，是不添加高吸水树脂水泥混凝土出浆用时的1.181倍，当高吸水树脂掺量为4‰时，对混凝土出浆影响最小，是不添加高吸水树脂的混凝土出浆用时的1.013倍。

3.2 高吸水树脂对混凝土抹面特性的影响

抹面特性是水泥混凝土路面确保平整度的必备特性。为检验高吸水树脂对水泥混凝土抹面特性的影响。本文选择表面粗糙度仪来检测水泥混凝土抹面特性，以水泥混凝土硬化后的表面粗糙度这一指标来表征水泥混凝土抹面特性的优劣。表面粗糙度越高，抹面特性越差；表面粗糙度越低，抹面特性越好。抹面特性与高吸水树脂掺量之间的关系详见下页表2。

由表2数据可知，随着高吸水树脂掺量的不断增加，水泥混凝土抹面后的表面粗糙度先降低后升高，相应的抹面特性先提高后降低。添加高吸水树脂后水泥混凝土的抹面特性整体提高。其中当高吸水树脂掺量为2.0‰时，混凝土表面粗糙度最小，是未添加高吸水树脂混凝土的0.838倍，此时抹面特性最好。

3.3 高吸水树脂对混凝土立模特性的影响

保持良好的立模特性可以确保道路水泥混凝土在施工中随着侧模板的移除能保持原有的形态，不塌边，不变形。为验证高吸水树脂对水泥混凝土立模特性的影响。试验选择水泥混凝土立模特性试验槽对不同高吸水树脂掺量的水泥混凝土进行检测。水泥混凝土立模特性试验槽为方形钢槽，两侧钢板可以打开。试验时，将水泥混凝土倒入槽中，充分振捣后，将两侧钢板打开，以模拟水泥混凝土路面脱模过程，待两侧水泥混凝土稳定后，测量水泥混凝土边缘中部塌落高度。以塌落高度来表征混凝土的立模特性，塌落高度越小立模特性越好。具体试验结果见表3。

由表3可以看出随着高吸水树脂掺量的增加水泥混凝土塌边高度先增大后减小。相应的立模特性先降低后提高。其中，当高吸水树脂掺量为水泥质量的2‰时，水泥混凝土塌边高度最大，是不添加高吸水树脂的水泥混凝土塌边高度的1.073倍，此时水泥混凝土立模特性最差；当高吸水树脂掺量为水泥质量的4‰时，水泥混凝土塌边高度最小，是不添加高吸水树脂的水泥混凝土塌边高度的0.911倍，此时水泥混凝土立模特性最好。

4 结语

本文设计等坍落度不等高吸水树脂掺量的道路混凝土配合比。分别以出浆用时、表面粗糙度、塌边高度为指标，通过出浆特性试验、抹面特性试验和立模特性试验，得出了高吸水树脂掺量对道路混凝土不同施工阶段工作特性的影响。

可以看出在不同施工阶段，高吸水树脂对道路水泥混凝土的工作性起到了正负不同的作用。当高吸水树脂掺量为4‰时，不仅有利于提高道路水泥混凝土的抹面特性和立模特性；此时，其对道路混凝土出浆特性的负影响也最小，可忽略不计。4‰是有利于提高道路混凝土工作性的最佳高吸水树脂掺量。

同时，值得一提的是虽然高吸水树脂在道路水泥混凝土中的应用尚处于起步阶段，但高吸水树脂吸水后的高膨润状态对道路混凝土工作特性的影响却不能忽视。未来研制出能起到良好的内养护作用，对混凝土工作特性更有积极效应的高品质高吸水树脂值得研究人员努力和期待。