養(yǎng)護(hù)方式對(duì)自流平修補(bǔ)砂漿早期體積變形影響的研究

陳耀輝

(河北雄安京翼質(zhì)量檢測(cè)服務(wù)有限公司 保定 071700)

混凝土路面在服役過程中易受到環(huán)境的侵蝕而逐漸裂化，出現(xiàn)不同程度的病害，如裂紋、麻面、坑槽、斷板、錯(cuò)臺(tái)等，造成路面使用功能下降，形成安全隱患[1]。而已有的快速修補(bǔ)材料，如硫鋁酸鹽水泥等，應(yīng)用中存在與基底黏結(jié)強(qiáng)度不足，后期強(qiáng)度易倒縮的缺點(diǎn)，修復(fù)后狀態(tài)難以持久[2]。通過在常規(guī)修補(bǔ)砂漿中引入聚合物等材料制備具有自流平效果的修補(bǔ)砂漿成為目前的研究熱點(diǎn)，該砂漿具有與舊水泥路面黏結(jié)強(qiáng)度高、抗剝蝕性能好、施工便捷等優(yōu)點(diǎn)，尤其適用于發(fā)生表面剝落路面的修復(fù)[3]。

自流平砂漿由于早期水化迅速，會(huì)產(chǎn)生明顯的自收縮。同時(shí)修補(bǔ)砂漿可縮短養(yǎng)護(hù)時(shí)間，投入使用后還面臨干燥收縮的問題。現(xiàn)有研究顯示[4]，修復(fù)砂漿在應(yīng)用時(shí)往往出現(xiàn)早期開裂現(xiàn)象，因此如何根據(jù)自流平砂漿的材料特點(diǎn)及應(yīng)用環(huán)境，找出合理的養(yǎng)護(hù)方式以減少其收縮開裂成為應(yīng)用的關(guān)鍵。

本文嘗試研究不同養(yǎng)護(hù)制度下，自流平砂漿的變形行為，以期探討出適宜的養(yǎng)護(hù)方式。

1 原材料與試驗(yàn)方法

1.1 原材料

試驗(yàn)所用水泥為P·O 52.5水泥，28 d抗折強(qiáng)度8.2 MPa，抗壓強(qiáng)度55.2 MPa；硅灰為92級(jí)，平均粒徑13μm；膨脹劑為UEA型膨脹劑?？稍俜稚⑷槟z粉為德國(guó)瓦克乳膠粉；減水劑為粉體聚羧酸減水劑。河砂細(xì)度模數(shù)為2.4，含泥量為1.1%。拌和水為普通自來(lái)水，養(yǎng)護(hù)劑為有機(jī)-無(wú)機(jī)復(fù)合型。

通過前期試驗(yàn)摸索，摻入10%膨脹劑以補(bǔ)償收縮，摻入5%硅灰以提高強(qiáng)度與耐磨性，摻入2%的可再分散乳膠粉以提高與原界面的黏結(jié)強(qiáng)度。具體試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)見表1。

表1 自流平修補(bǔ)砂漿配合比 kg/m3

1.2 試驗(yàn)方法

砂漿制備及強(qiáng)度測(cè)試過程參照GB/T 17671-1999 《水泥膠砂強(qiáng)度檢測(cè)方法》進(jìn)行；成型及測(cè)試參照J(rèn)GJ/T 70-2009《建筑砂漿基本性能測(cè)試方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行，試件尺寸為40 mm×40 mm×160 mm。每種養(yǎng)護(hù)方式成型4組試件，1組進(jìn)行體積變形測(cè)試，2組進(jìn)行同條件強(qiáng)度測(cè)試，1組進(jìn)行失水率測(cè)試。

試件成型后置于(20±2) ℃，相對(duì)濕度≥90%的環(huán)境中帶模養(yǎng)護(hù)，1 d后脫模。第一種養(yǎng)護(hù)方式為脫模后置于養(yǎng)護(hù)箱中繼續(xù)養(yǎng)護(hù)(標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù))；第二種試件脫模后，不做處理直接養(yǎng)護(hù)；第三組在養(yǎng)護(hù)前先在表面刷涂養(yǎng)護(hù)劑，刷涂量控制為0.10 kg/m2；第四組脫模后進(jìn)行表面覆膜，第五組脫模后刷涂養(yǎng)護(hù)劑，刷涂量控制為0.10 kg/m2，待成膜后進(jìn)行覆膜，將采用第二至第五種養(yǎng)護(hù)方式的試件均置于(20±2) ℃，相對(duì)濕度為(60±5)%的室內(nèi)養(yǎng)護(hù)[5]。失水率測(cè)試為試件散失的水分質(zhì)量與該試件中水分的質(zhì)量比[6]。分別在1～7，14，28 d進(jìn)行失水率及體積變形測(cè)試，3 d及28 d時(shí)進(jìn)行抗折和抗壓強(qiáng)度測(cè)試。

2 結(jié)果與討論

2.1 失水率

自流平修補(bǔ)砂漿的失水率測(cè)試結(jié)果見圖1。因采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)時(shí)，養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)實(shí)際相對(duì)濕度在試驗(yàn)期內(nèi)始終大于95%(規(guī)范要求≥90%)，所以默認(rèn)該組試件干燥失水率為0，故未在圖中顯示。

圖1 失水率測(cè)試結(jié)果

由圖1可見，采用直接養(yǎng)護(hù)的試件的失水率較高，在前3 d水分散失速率較快，后逐漸減慢，14 d后趨于穩(wěn)定。刷涂養(yǎng)護(hù)劑可以在一定程度上降低水分的散失，其失水率變化規(guī)律與直接養(yǎng)護(hù)比較接近，分析認(rèn)為刷涂養(yǎng)護(hù)劑可以適度改善失水率的原因?yàn)?，一方面養(yǎng)護(hù)劑中有機(jī)高分子可在試件表面形成一層致密的薄膜結(jié)構(gòu)，另一方面其中的無(wú)機(jī)鹽可促進(jìn)水泥水化，且與混凝土中Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng)生成的反應(yīng)物填充了混凝土表面的毛細(xì)孔，從而減少了水分散失。

而采用覆膜處理時(shí)，可以明顯抑制水分的散失，試件前14 d失水率隨時(shí)間延長(zhǎng)緩慢下降，至14 d后趨于穩(wěn)定?？梢钥闯觯鄬?duì)于刷涂養(yǎng)護(hù)劑，覆膜是更有效的保濕方式。當(dāng)覆膜和刷養(yǎng)護(hù)劑配合使用時(shí)，失水率進(jìn)一步下降。

2.2 強(qiáng)度

不同養(yǎng)護(hù)方式下試件的強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果見圖2。由圖2可見，相同齡期下，試件的抗壓強(qiáng)度大小表現(xiàn)為標(biāo)養(yǎng)試件>刷養(yǎng)護(hù)劑+覆膜>覆膜>刷養(yǎng)護(hù)劑>不做處理。這說(shuō)明顯示養(yǎng)護(hù)方式的選擇對(duì)修補(bǔ)砂漿的強(qiáng)度發(fā)展有直接影響。其中經(jīng)覆膜處理的試件，3 d強(qiáng)度和28 d強(qiáng)度與標(biāo)養(yǎng)試塊均比較接近，并明顯好于不做處理的試件。顯示覆膜養(yǎng)護(hù)具有較好的養(yǎng)護(hù)效果。刷涂養(yǎng)護(hù)劑后，試件的強(qiáng)度均有小幅提升，可作為一種輔助養(yǎng)護(hù)手段。

圖2 不同養(yǎng)護(hù)制度下自流平修補(bǔ)砂漿強(qiáng)度

結(jié)合2.1部分的失水率結(jié)果分析認(rèn)為，由于自然養(yǎng)護(hù)、刷養(yǎng)護(hù)劑2組試件的失水率較高，失水收縮引起表面生成微裂紋，同時(shí)水分的散失亦導(dǎo)致試塊表層水泥水化受到抑制，在這2個(gè)因素的共同作用下，試塊的強(qiáng)度出現(xiàn)明顯的下降。

2.3 體積變形

試件的體積變形測(cè)試結(jié)果見圖3。

圖3 體積變化測(cè)試結(jié)果

由圖3可見，各組試件的體積變化規(guī)律比較相似，均為經(jīng)短期膨脹后，開始出現(xiàn)回落，至第14 d時(shí)基本穩(wěn)定。不同的是，不做處理的試件經(jīng)1 d膨脹后，體積迅速回落，至第6 d時(shí)，體積變化即表現(xiàn)為收縮。刷涂養(yǎng)護(hù)劑后，試件前2 d體積變化軌跡與不做處理試件接近，之后回落速率較不做處理試件有所趨緩，至28 d時(shí)體積變現(xiàn)為小幅收縮。采用覆膜養(yǎng)護(hù)時(shí)，脫模后第2 d膨脹還有小幅增長(zhǎng)，至28 d時(shí)，體積變化依然保持膨脹。而采用刷養(yǎng)護(hù)劑+覆膜養(yǎng)護(hù)時(shí)，脫模后第2 d膨脹還有明顯增長(zhǎng)，前3 d體積變化軌跡幾乎與標(biāo)養(yǎng)試件相同，后回落增大才逐步與標(biāo)養(yǎng)試件區(qū)分開來(lái)。即在覆膜情況下，進(jìn)一步采用刷涂養(yǎng)護(hù)劑手段，可以增大早期膨脹量，并可以降低后期回落。

試件早期體積變化受三方面作用：①在膨脹劑作用下，產(chǎn)生明顯膨脹；②水分散失引起干燥收縮；③膠凝材料水化產(chǎn)生自收縮。早期膨脹劑水化產(chǎn)生的膨脹占主導(dǎo)作用，試件體積表現(xiàn)為膨脹。而隨著膨脹劑水化完畢，膨脹驅(qū)動(dòng)力趨于0，而由于水分的散失產(chǎn)生的收縮應(yīng)力與膠凝材料水化產(chǎn)生的自收縮應(yīng)力持續(xù)存在并隨著水分散失增多、水化程度提高逐漸增大，試件開始出現(xiàn)回落[7]。不經(jīng)覆膜處理的試件，早期失水明顯，產(chǎn)生的收縮應(yīng)力大，同時(shí)由于水分的散失影響了膨脹劑的水化，使得膨脹量減小，最終表現(xiàn)為脫模后第2 d體積即開始出現(xiàn)回落。

從測(cè)試結(jié)果可見，刷涂養(yǎng)護(hù)劑后試件的體積回落明顯減少。分析造成這種現(xiàn)象的原因除減少了水分散失外，可能還跟表面孔隙結(jié)構(gòu)的改善有關(guān)。今后可進(jìn)一步研究更合理的養(yǎng)護(hù)方式，即在考慮通車的情況下，何時(shí)撤去覆膜較合理，以及更適宜的養(yǎng)護(hù)劑刷涂量等。

3 結(jié)論

1) 與刷涂養(yǎng)護(hù)劑相比，覆膜可以明顯地減少自流平砂漿早期的水分散失。

2) 養(yǎng)護(hù)制度對(duì)自流平修補(bǔ)砂漿的強(qiáng)度發(fā)展有直接影響。即標(biāo)養(yǎng)試件>刷養(yǎng)護(hù)劑+覆膜>覆膜>刷養(yǎng)護(hù)劑>不做處理。經(jīng)刷養(yǎng)護(hù)劑+覆膜處理的試件， 3 d強(qiáng)度和28 d強(qiáng)度與標(biāo)養(yǎng)試塊均比較接近，顯示覆膜養(yǎng)護(hù)具有較好的養(yǎng)護(hù)效果。刷涂養(yǎng)護(hù)劑可以小幅提高自流平砂漿的抗壓強(qiáng)度。

3) 養(yǎng)護(hù)制度的選擇對(duì)自流平砂漿的體積變化影響明顯。采用覆膜處理時(shí)，可以明顯減小自流平砂漿的干燥收縮，28 d時(shí)體積變化表現(xiàn)為膨脹。刷涂養(yǎng)護(hù)劑可以增大早期膨脹量，減少后期的體積回落。當(dāng)覆膜與養(yǎng)護(hù)劑共同使用時(shí)，改善收縮效果更為明顯。