新型樹(shù)脂改性材料在橋梁工程中的應(yīng)用研究

doi：10.3969/j.issn.1001-5922.2024.02.031

摘 要：針對(duì)傳統(tǒng)透水混凝土強(qiáng)度不足，無(wú)法滿足公路橋梁鋪設(shè)要求的問(wèn)題，提出一種新型樹(shù)脂改性透水混凝土的制備。試驗(yàn)對(duì)透水混凝土的配比進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)優(yōu)化配比后的透水混凝土基礎(chǔ)性能和實(shí)際應(yīng)用效果進(jìn)行研究。結(jié)果表明，選擇粒徑為3～7.5 mm的a級(jí)配碎石和粒徑為8～14 mm的b級(jí)配碎石，按照1.5∶1比例混合作為透水混凝土粗骨料，骨膠比為4.2，選擇質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6%的硅灰為礦物摻合料，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為4%的環(huán)氧樹(shù)脂E-51為改性劑，制備的透水混凝土7、28 d抗壓強(qiáng)度分別為19.37、24.52 MPa，彈性模量為9.74 GPa，透水系數(shù)為6.11 mm/s，吸水率約為1.98%，滿足JCT 2558—2020 規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，制備的透水混凝土性能最佳。

關(guān)鍵詞：公路橋梁；透水混凝土；樹(shù)脂改性；路面鋪設(shè)材料

中圖分類(lèi)號(hào)：TQ178" " " "文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A" " " "文章編號(hào)：1001-5922（2024）02-0116-04

Research on the application of new resin modified materials in bridge engineering

LAI Youbing1，WANG Tingjing2，YU Liyan3

（1.Quzhou Highway Port and Transportation Management Center，Quzhou，324000， Zhejiang China；

2.Zhejiang College of Construction， Hangzhou，311231， Zhejiang China;

3. Quzhou University， Quzhou， 324000， Zhejiang）

Abstract：In order to solve the problem that the strength of traditional permeable concrete is insufficient and cannot meet the requirements of highway bridge paving，a new type of resin-modified permeable concrete was prepared.The ratio of permeable concrete was optimized，and the foundation performance and practical application effect of permeable concrete after the optimized ratio were studied.The experimental results showed that the A-grade crushed stone with particle sizes ranging from 3 mm to 7.5 "mm and B-grade crushed stone with particle sizes ranging from 8mm to 14 mm were mixed as the coarse aggregate of permeable concrete according to the ratio of 1.5∶1，the bone glue ratio was 4.2，the silica fume with a mass fraction of 6% was selected as the mineral admixture，and the epoxy resin E-51 with a mass fraction of 4% was selected as the modifier.The compressive strength of the permeable concrete prepared by this ratio at 7 and 28 days was 19.37 MPa and 24.52 MPa，respectively，the elastic modulus was 9.74 GPa，the water permeability coefficient was 6.11 mm/s，and the water absorption rate was about 1.98%，which met the requirements of JCT 2558—2020 specification，and the prepared permeable concrete had the best performance.

Key words：highway bridges; permeable concrete; resin modification; road laying materials

透水混凝土是目前較為常用的橋梁路面鋪設(shè)材料，為了提升透水混凝土的性能，部分學(xué)者也進(jìn)行了很多研究，如通過(guò)玻璃砂對(duì)透水混凝土進(jìn)行改性，并對(duì)廢玻璃的改性效果進(jìn)行研究^[1]。采用礦物摻合料替代部分水泥作膠凝材料，以此降低透水混凝土的成本，增強(qiáng)透水混凝土的強(qiáng)度^[2]。通過(guò)玄武巖纖維提升透水混凝土的基本性能^[3]。提出用改性廢舊橡膠增強(qiáng)透水混凝土的性能，并對(duì)其增強(qiáng)效果進(jìn)行研究^[4]。以上學(xué)者的研究為透水混凝土性能的優(yōu)化提供了參考，但對(duì)于強(qiáng)度的提升還有需要優(yōu)化的空間?；诖耍囼?yàn)以文獻(xiàn)^[5]的方法為參考，制備了一種樹(shù)脂改性透水混凝土，進(jìn)一步提升透水混凝土的強(qiáng)度。

1"試驗(yàn)部分

1.1"材料與設(shè)備

主要材料：碎石（粒徑3～7.5 mm、8～14 "mm，偉嘉礦產(chǎn)品）；水泥（P·O42.5，嘉耐新材料科 ）；硅粉（I級(jí)，燕湖礦產(chǎn)品）；環(huán)氧樹(shù)脂E-51（CP，萬(wàn)青化學(xué)科技）。

主要設(shè)備：JS500型混凝土攪拌機(jī)（鯤之躍建筑工程）；101-A型電熱烘箱（發(fā)瑞儀器科技）； WES-1000B型壓力試驗(yàn)機(jī)（浩澤試驗(yàn)設(shè)備）。

1.2"透水混凝土的制備

（1）將碎石和20%用水放入攪拌機(jī)中進(jìn)行攪拌，使其表面達(dá)到均勻濕潤(rùn)狀態(tài)，攪拌時(shí)間為30 s；

（2）放入膠凝材料和礦物摻合料，繼續(xù)攪拌1 min，使膠凝材料和礦物摻合料在碎石表面形成水泥漿殼；

（3）保持?jǐn)嚢锠顟B(tài)將外加劑和剩余用水緩慢加入，繼續(xù)攪拌至骨料表面水泥漿液表現(xiàn)出金屬光澤，得到透水混凝土；

（4）將透水混凝土倒入提前準(zhǔn)備好的模具中，室溫養(yǎng)護(hù)成型后脫模，置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至指定齡期。

1.3"性能測(cè)試

抗壓強(qiáng)度測(cè)試：參照GB/T 50081—2019^[6-7]對(duì)透水混凝土的抗壓強(qiáng)度和彈性模量進(jìn)行測(cè)試。

抗壓強(qiáng)度表達(dá)式為：

f=P/A（1）

式中：f為抗壓強(qiáng)度，MPa；P為試件破壞載荷，N；A為承壓面積，mm²。

透水系數(shù)：通過(guò)變水位法測(cè)試。

吸水率：

將制備的透水混凝土100 ℃烘干至恒重后，完全浸沒(méi)在25 ℃的水中1 d，取出試件后稱重，計(jì)算透水混凝土吸水率。

2"結(jié)果與討論

2.1"骨料級(jí)配優(yōu)化

選擇粒徑為3～7.5 mm的a級(jí)配碎石和粒徑為8～14 mm的b級(jí)配碎石作為透水混凝土的粗骨料;骨料級(jí)配配比優(yōu)化結(jié)果如圖1所示。

由圖1可知，透水混凝土抗壓強(qiáng)度隨骨料級(jí)配配比的變化與空隙率隨骨料級(jí)配配比變化相反，即透水混凝土內(nèi)形成的空隙越多，則強(qiáng)度越低。當(dāng)a級(jí)配碎石與b級(jí)配碎石配比為1.5∶1時(shí)，透水混凝土的抗壓強(qiáng)度達(dá)到最高，約為19.58 MPa，此時(shí)透水混凝土的空隙率約為38%。因此，在后續(xù)試驗(yàn)中，選擇適合的級(jí)配配比為m（a）∶m（b）=1.5∶1。

2.2"骨膠比優(yōu)化

圖2為骨膠比優(yōu)化結(jié)果。

由圖2可知，隨骨膠比的增加，抗壓強(qiáng)度與透水系數(shù)表現(xiàn)出相反的變化趨勢(shì)。這是因?yàn)?，骨膠比直接決定了粗骨料表面水泥漿的厚度，隨骨膠比的增加，水泥漿膜的厚度會(huì)減小，粗骨膠間的接觸點(diǎn)減少，影響了骨料間的膠結(jié)，進(jìn)而影響了透水混凝土的抗壓強(qiáng)度。但過(guò)小的骨膠比會(huì)減小空隙間的有效孔隙，多余的水泥漿液會(huì)淌到試件底部，出現(xiàn)“封底”的情況，對(duì)透水混凝土的透水系數(shù)產(chǎn)生不良影響^[8-9]。綜合考慮選擇適合的骨膠比為4.2。

2.3"礦物摻合料優(yōu)化

2.3.1"礦物摻和料種類(lèi)優(yōu)化

礦物摻合料優(yōu)化結(jié)果如表1所示。

由表1可知，礦物摻和料對(duì)透水混凝土產(chǎn)生積極的影響，但對(duì)透水系數(shù)產(chǎn)生不良影響。這是因?yàn)榈V物摻合料少量取代水泥，能增強(qiáng)透水混凝土的和易性，使得水泥漿稠度增加，增加了集料間的摩擦，使得透水混凝土的抗壓強(qiáng)度有一定增加。同時(shí)，礦物摻合料可以促進(jìn)水泥漿料更好的填充粗骨料的空隙，減小了透水系數(shù)^[10-11]。同時(shí)還可以觀察到，硅灰對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度增強(qiáng)效果最佳，這是因?yàn)?，硅灰粒徑較小，對(duì)透水混凝土粗骨料交接面的微小孔隙有填充作用，使得透水混凝土的密實(shí)度增加，進(jìn)而增加了透水混凝土的抗壓強(qiáng)度。同時(shí)，小粒徑的硅灰不填充水泥連通孔隙，因此幾乎不影響透水混凝土的透水性能。

2.3.2"礦物摻合料用量?jī)?yōu)化

硅灰用量?jī)?yōu)化結(jié)果如表2所示。

由表2可知，透水混凝土的28 d抗壓強(qiáng)度在硅灰用量為6%時(shí)達(dá)到最高。這是因?yàn)?，適量硅灰均勻分布在水泥顆?？紫吨校稍黾铀酀{液的粘聚性，使得透水混凝土的密實(shí)性增加， 進(jìn)一步增加了透水混凝土的強(qiáng)度^[12-13]。綜上，選擇適合的硅灰用量為6%。

2.4"樹(shù)脂優(yōu)化

2.4.1"樹(shù)脂種類(lèi)優(yōu)化

樹(shù)脂種類(lèi)優(yōu)化結(jié)果如表3所示。

由表3可知，在3種混凝土中，以環(huán)氧樹(shù)脂E-51為膠凝材料制備的透水混凝土7 d抗壓強(qiáng)度最高。這因?yàn)樵?種樹(shù)脂中，環(huán)氧樹(shù)脂E-51的黏性最高，對(duì)透水混凝土中粗骨料的膠結(jié)效果最好，因此其抗壓強(qiáng)度最高。在后續(xù)試驗(yàn)中，選擇適合的樹(shù)脂種類(lèi)為環(huán)氧樹(shù)脂E-51。

2.4.2"樹(shù)脂用量?jī)?yōu)化

樹(shù)脂用量的影響如表4所示。

由表4可知，當(dāng)環(huán)氧樹(shù)脂用量達(dá)到4%時(shí)，透水混凝土抗壓強(qiáng)度基本達(dá)到最高值。繼續(xù)增加環(huán)氧樹(shù)脂用量，透水混凝土抗壓強(qiáng)度雖然有所增加，但增長(zhǎng)的幅度較小，基本可以忽略不計(jì)。這就說(shuō)明在透水混凝土中，此時(shí)環(huán)氧樹(shù)脂摻量是最優(yōu)值。因此，選擇適合的樹(shù)脂用量為4%。

2.5"基礎(chǔ)性能測(cè)試

基礎(chǔ)性能測(cè)試如表5所示。

由表5可知，經(jīng)過(guò)環(huán)氧樹(shù)脂改性后，透水混凝土的強(qiáng)度和韌性得到了明顯的提升，各方面性能均滿足JCT 2558—2020^[14-15]規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，可以在公路橋梁路面發(fā)揮作用。

2.6"實(shí)際應(yīng)用效果分析

以浙江某橋梁工程為依托，將試驗(yàn)制備的透水混凝土用于橋梁路面的鋪設(shè)。在鋪設(shè)時(shí)，遵照J(rèn)TG / T D33—2012^[16]條款，按照公路二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行建設(shè) ^[17-18]，具體鋪設(shè)情況見(jiàn)圖3。

由圖3可知，試驗(yàn)制備的透水混凝土在橋梁路面應(yīng)用狀況良好，滿足橋梁路面鋪設(shè)要求。

3"結(jié)語(yǔ)

（1）粗骨料粒徑對(duì)透水混凝土強(qiáng)度起決定性作用，大粒徑碎石在體系內(nèi)起框架支撐作用，小粒徑碎石在體系內(nèi)起填充作用，兩者結(jié)合對(duì)透水混凝土抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生積極的影響;

（2）骨膠比對(duì)透水混凝土的抗壓強(qiáng)度和透水系數(shù)的影響趨勢(shì)相反，在設(shè)計(jì)骨膠比時(shí)，應(yīng)同時(shí)考慮對(duì)抗壓強(qiáng)度和透水系數(shù)的影響;

（3）適量的硅灰在體系內(nèi)可以填充水泥間的空隙，增加水泥漿液的粘聚性，透水混凝土的強(qiáng)度也隨之增加;

（4）在選擇的3種樹(shù)脂中，環(huán)氧樹(shù)脂E-51黏度最大，對(duì)粗骨料的膠結(jié)效果最好，其抗壓強(qiáng)度最高;

（5）優(yōu)化后透水混凝土基礎(chǔ)性能良好，滿足JCT 2558—2020規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)要求，可以在橋梁路面發(fā)揮作用。

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收稿日期：2023-09-13；修回日期：2023-12-09

作者簡(jiǎn)介：賴友兵（1978.3-），男，碩士，高級(jí)工程師，研究方向：公路橋梁；E-mail：jianchidada@ sina. com。

基金項(xiàng)目：2022年浙江省基礎(chǔ)公益研究計(jì)劃項(xiàng)目（項(xiàng)目編號(hào)：LGF22G030009）。

引文格式：賴友兵，王婷靜，余麗燕.新型樹(shù)脂改性材料在橋梁工程中的應(yīng)用研究[J].粘接，2024，51（2）：116-119.