注漿材料在路面病害治理中的試驗(yàn)分析

李宗怡

（遵義公路建設(shè)養(yǎng)護(hù)有限公司,貴州 遵義 563000）

0 引言

現(xiàn)階段，由于重載交通及冰雪凍融等因素的共同作用，越來(lái)越多的公路工程出現(xiàn)了基層脫空等質(zhì)量病害，嚴(yán)重影響交通通行安全[1]。采用傳統(tǒng)的開(kāi)挖加固技術(shù)進(jìn)行加固處理，需大規(guī)模開(kāi)挖現(xiàn)狀道路，不僅施工速度較慢、成本較高，而且對(duì)現(xiàn)狀交通和環(huán)境影響較大，不利于社會(huì)可持續(xù)發(fā)展[2]。而早強(qiáng)型聚合物注漿加固技術(shù)作為一種新型路面病害處治技術(shù)，通過(guò)在路面基層中注入聚合物漿液，使基層破碎、松散結(jié)構(gòu)形成整體，以提高其強(qiáng)度和整體性，延長(zhǎng)道路運(yùn)營(yíng)年限。采用注漿加固技術(shù)可實(shí)現(xiàn)道路非開(kāi)挖加固處理，可最大限度降低對(duì)現(xiàn)狀交通的影響。但由于目前常用的注漿材料早期強(qiáng)度不足，且收縮性較大，嚴(yán)重影響加固效果[3]。為此，該文通過(guò)具體試驗(yàn)對(duì)注漿材料相關(guān)性能展開(kāi)綜合研究，以期能有效確保注漿材料配合比設(shè)計(jì)的合理性，提高加固效果。

1 原材料

該試驗(yàn)中聚合物注漿料主要原材料包括礦渣、粉煤灰、偏高嶺土等，膠凝材料為SiO2-Al2O3單體，堿激發(fā)劑為水玻璃，可顯著增強(qiáng)注漿料力學(xué)性能。

（1）礦渣宜選用粒徑為8～32 μm 優(yōu)質(zhì)礦渣，潔凈、干燥、無(wú)雜質(zhì)。

（2）粉煤灰對(duì)聚合物注漿料力學(xué)性能和密度具有重要影響，因此須嚴(yán)格控制其質(zhì)量，粒徑不得超過(guò)10 μm。

（3）偏高嶺土火山灰具有較高活性，能顯著提升聚合物抗折性能，因此該試驗(yàn)選用細(xì)度為1 250 目的偏高嶺土。

（4）為確保聚合物注漿料各種性能得到充分發(fā)揮，礦渣、粉煤灰、偏高嶺土質(zhì)量比為3 ∶5 ∶2。

（5）該研究借鑒以往施工經(jīng)驗(yàn)，采用水玻璃作堿激發(fā)劑，其N(xiāo)a2O、SiO2的摩爾比為3.3，固液質(zhì)量比為34%。

2 聚合物注漿料初擬配合比

通過(guò)高壓注漿，將聚合物注漿料注入破碎道路結(jié)構(gòu)層后，注漿料通過(guò)固結(jié)作用使破碎結(jié)構(gòu)層形成整體，提高其強(qiáng)度和整體性，若注漿料強(qiáng)度、黏結(jié)性能不足，勢(shì)必影響固結(jié)效果[4]。因此，必須嚴(yán)格控制注漿料模數(shù)及水灰比，以有效增強(qiáng)其力學(xué)性能。

該試驗(yàn)分別選用堿激發(fā)劑模數(shù)為1.4、1.6 和1.8，堿摻量為6%、8%，水灰比為0.28、0.30、0.32 的聚合物注漿料進(jìn)行研究，分析模數(shù)、堿摻量和水灰比對(duì)聚合物注漿料力學(xué)性能的影響。

3 聚合物注漿料制備工藝

聚合物注漿料制備時(shí)應(yīng)全面考慮其抗壓強(qiáng)度、流動(dòng)性、凝結(jié)時(shí)間及泌水性能等各項(xiàng)指標(biāo)[5]。

（1）聚合物注漿料制備工藝流程如圖1 所示。

圖1 聚合物注漿料制備工藝流程圖

（2）結(jié)合調(diào)查研究及以往經(jīng)驗(yàn)可知，攪拌時(shí)間對(duì)聚合物注漿料性能具有重要影響。為此，該文采用先勻速緩慢攪拌2 min，后高速攪拌3 min、5 min、10 min 的試驗(yàn)方案，探究攪拌時(shí)間對(duì)聚合物注漿料相關(guān)性能的影響。

4 材料性能試驗(yàn)方法

4.1 凝結(jié)時(shí)間試驗(yàn)方法

（1）儀器設(shè)備：天平、水泥稠度檢測(cè)儀、水泥凈漿攪拌機(jī)、標(biāo)養(yǎng)箱。

（2）試驗(yàn)條件：標(biāo)準(zhǔn)溫度環(huán)境下進(jìn)行，以溫度（20±2）℃、濕度低于50%為宜。

（3）基本流程：①調(diào)節(jié)水泥稠度檢測(cè)儀，使其處于初始狀態(tài)；②制備聚合物注漿料，并將其置于標(biāo)養(yǎng)箱內(nèi)；③通過(guò)水泥稠度檢測(cè)儀分別測(cè)試注漿料初、終凝時(shí)間[6]。

（4）數(shù)據(jù)記錄：①初凝過(guò)程中，以5 min/次的頻率進(jìn)行檢測(cè)記錄；②終凝過(guò)程中，則以15 min/次的頻率檢測(cè)記錄。

4.2 流動(dòng)度試驗(yàn)方法

采用倒錐法測(cè)定聚合物注漿料的流動(dòng)性，其具體內(nèi)容如下：

（1）試驗(yàn)器具：①流動(dòng)度檢測(cè)倒錐儀（見(jiàn)圖2），通常采用不銹鋼制成，其容量不得低于2 000 mL；②金屬支架；③水平尺；④分度值不低于0.2 s 的計(jì)時(shí)器。

圖2 倒錐儀

（2）試驗(yàn)條件：溫度控制在（20±2）℃范圍內(nèi)。

（3）基本流程：①試驗(yàn)檢測(cè)前，先用純凈水濕潤(rùn)倒錐儀；②將注漿料倒入倒錐儀中；③拔出倒錐儀封口塞時(shí)，打開(kāi)計(jì)時(shí)器開(kāi)始計(jì)時(shí)；④當(dāng)漿液出現(xiàn)斷流時(shí)，再次記錄時(shí)間；⑤同種材料試驗(yàn)次數(shù)不得低于兩次[7]。

4.3 泌水率和膨脹率

（1）試驗(yàn)器具：密封杯，其主要材質(zhì)為有機(jī)玻璃，高度120 mm。

（2）試驗(yàn)方法：在密封杯中加入100 mm 注漿料，記錄初始液面高度，并進(jìn)行密封處理；間隔3 h、24 h 后分別記錄注漿料膨脹面及離析水水面高度，然后依次求出注漿料泌水率和膨脹率，計(jì)算公式見(jiàn)式（1）、（2）:

式中，a1——液面最初高度（mm）；a2——泌水面高度（mm）；a3——膨脹面高度（mm）。

4.4 抗壓強(qiáng)度

（1）試驗(yàn)設(shè)備：抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)機(jī)，精度≤l%。

（2）試驗(yàn)條件：室溫、標(biāo)養(yǎng)箱溫度保持（20±2）℃，濕度分別保持在50%和90%左右；標(biāo)養(yǎng)池水溫以（20±1）℃為宜。

（3）試件養(yǎng)護(hù)：①養(yǎng)護(hù)時(shí)間達(dá)到24 h 的試件，應(yīng)提前20 min 完成脫模；而養(yǎng)護(hù)時(shí)間超過(guò)24 h 的試件，應(yīng)在終凝后24 h 內(nèi)完成脫模；②采用水池養(yǎng)護(hù)時(shí)，試件間距及覆水深度不得低于5 mm。

（4）試驗(yàn)檢測(cè)：該試驗(yàn)采用抗壓試驗(yàn)機(jī)，試驗(yàn)過(guò)程中應(yīng)始終保持（2 400±200）N/s 勻速加載?？箟簭?qiáng)度Rc計(jì)算式如式（3）所示。

式中，F(xiàn)c——極限荷載值（N）；A——受壓面積（mm2）。

5 試驗(yàn)結(jié)果與分析

5.1 凝結(jié)時(shí)間

試驗(yàn)針對(duì)不同模數(shù)、堿含量、水灰比條件下聚合物注漿料凝結(jié)時(shí)間實(shí)施測(cè)定。具體檢測(cè)結(jié)果如下：

（1）當(dāng)聚合物注漿料中堿含量、水灰比不變時(shí)，激發(fā)劑模數(shù)越大，凝結(jié)時(shí)間越長(zhǎng)[8]。

（2）當(dāng)聚合物注漿料中激發(fā)劑模數(shù)、水灰比不變時(shí)，堿含量越大，凝結(jié)時(shí)間越短。

（3）當(dāng)聚合物注漿料中激發(fā)劑模數(shù)、堿含量不變時(shí)，水灰比越大，凝結(jié)時(shí)間越長(zhǎng)。

（4）按照相關(guān)規(guī)范規(guī)定，所有試驗(yàn)組中除激發(fā)劑模數(shù)為1.4，水灰比為0.28，堿含量為6%和8%的檢測(cè)組初凝時(shí)間達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求外，其他全部符合要求。

5.2 流動(dòng)度

試驗(yàn)針對(duì)不同模數(shù)、堿含量、水灰比條件下聚合物注漿料流動(dòng)度進(jìn)行檢測(cè)。結(jié)果表明，聚合物注漿料流動(dòng)性與激發(fā)劑模數(shù)、堿含量、水灰比呈正相關(guān)關(guān)系，激發(fā)劑模數(shù)、堿含量、水灰比越大，其流動(dòng)性越高。結(jié)合檢測(cè)結(jié)果分析可知，水灰比為0.32 時(shí)，注漿料流動(dòng)性達(dá)到最佳狀態(tài)[9]。

5.3 泌水率和膨脹率

結(jié)合聚合物注漿料凝結(jié)時(shí)間、流動(dòng)度試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)滿(mǎn)足要求的試驗(yàn)組實(shí)施泌水率及膨脹率試驗(yàn)，具體檢測(cè)結(jié)果如表1、圖3 所示。

通過(guò)表1 能夠看出，激發(fā)劑模數(shù)為1.4、1.6 條件下，聚合物注漿料未產(chǎn)生泌水現(xiàn)象，而模數(shù)為1.8 時(shí)，產(chǎn)生了較小的泌水現(xiàn)象。

表1 聚合物注漿料泌水率

通過(guò)圖3 能夠看出，聚合物注漿料均存在不同程度的膨脹性，當(dāng)模數(shù)為1.6，堿含量為8%時(shí)，其膨脹性能最優(yōu)。

圖3 聚合物注漿料膨脹率

5.4 抗壓強(qiáng)度

對(duì)滿(mǎn)足要求的聚合物注漿料實(shí)施抗壓強(qiáng)度檢測(cè)，檢測(cè)結(jié)果如圖4 所示。

圖4 聚合物注漿料抗壓強(qiáng)度

通過(guò)圖4 能夠看出：①聚合物試件堿含量越大、養(yǎng)護(hù)時(shí)間越長(zhǎng)，其抗壓強(qiáng)度越高；②激發(fā)劑模數(shù)越大，聚合物試件抗壓強(qiáng)度越低。

5.5 攪拌時(shí)間對(duì)注漿料性能的影響

為進(jìn)一步研究拌和時(shí)間對(duì)注漿料力學(xué)性能的影響，選擇激發(fā)劑模數(shù)為1.6、堿含量為8%、水灰比為0.32 配比的注漿料實(shí)施檢測(cè)[10]，具體數(shù)據(jù)如表2 所示。

通過(guò)表2 能夠看出：①攪拌時(shí)間越長(zhǎng)，聚合物注漿料凝結(jié)速度越快，流動(dòng)性越低，其他性能基本無(wú)變化；②根據(jù)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，攪拌時(shí)間為3 min 時(shí)，聚合物注漿料各項(xiàng)性能指標(biāo)完全符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

表2 攪拌時(shí)間對(duì)聚合物注漿料性能的影響

綜上所述，聚合物注漿材料最佳配合比及工藝參數(shù)如下：礦渣∶粉煤灰∶偏高嶺土=3 ∶5 ∶2；水灰比0.32；堿激發(fā)劑模數(shù)1.6，摻量為8%；攪拌時(shí)間為3 min。

6 結(jié)論

該文對(duì)聚合物注漿料初擬配合比設(shè)計(jì)、制備工藝及性能試驗(yàn)方法等展開(kāi)綜合分析，通過(guò)具體試驗(yàn)確定了聚合物注漿材料最佳配合比，并依據(jù)配合比探究了攪拌時(shí)間對(duì)注漿料性能的影響，具體結(jié)論如下：

（1）攪拌時(shí)間越長(zhǎng)，聚合物注漿料凝結(jié)速度越快，流動(dòng)性越低，根據(jù)相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，確定最佳攪拌時(shí)間為3 min。

（2）通過(guò)對(duì)聚合物注漿料凝結(jié)時(shí)間、流動(dòng)度、泌水率、膨脹率及抗壓強(qiáng)度等相關(guān)指標(biāo)的試驗(yàn)分析，確定了其最佳配合比和工藝參數(shù)。即：礦渣∶粉煤灰∶偏高嶺土=3 ∶5 ∶2；水灰比0.32；堿激發(fā)劑模數(shù)1.6，摻量為8%。該條件下聚合物注漿材料性能最佳，加固效果顯著，符合施工標(biāo)準(zhǔn)要求。