无机类灌浆材料冻融弱化试验研究

张优

西安建筑科技大学 土木工程学院，陕西 西安 710055

摘要：采用典型无机类压浆材料，并控制其水灰比和含气量分别为0.38、0.44、0.50和1.6%、3.0%、5.0%、7.0%。以实验数据统计分析为基础，总结冻融环境下动弹性模量、抗压、抗折、质量增长率和体积膨胀率的变化趋势。试验结果表明压浆材料的抗压强度、抗折强度、动弹性模量的劣化速率随冻融循环次数的增加呈现出先增大后减小的趋势，而质量变化率和体积膨胀率则不断增加；在冻融循环作用次数相同时,采用高含气量可有效降低抗折强度、动弹性模量的力学损伤，而有效降低抗压强度的损伤则可通过降低水灰比的方法来实现；试件体积膨胀率和质量变化率最大值均在5%以内，这表明压浆材料在冻融循环条件下，具有良好的稳定和密实性。

关键词：道路工程；板底脱空；压浆材料；冻融损伤

0 引言

水泥混凝土路面在车辆的不断作用下，板底基层将发生累积塑性变形，使得路面板底与基层间发生脱空现象^[1-3]。同时，在多雨时节，雨水通过纵缝以及横缝渗入板底，同时由于面板的抽吸作用，其与基层之间的空隙面积与深度会逐渐的变大，从而加剧板底脱空的损伤破坏^[4-6]。压浆处治技术是在不损坏路面板的条件下,采用非破坏性方法来弥补结构层的弱化从而减缓路面病害、降低维修费用、保证路面正常使用性能的常用修补技术。

1 板底压浆材料的选择

（1）水泥：C42硅酸盐水泥。

（2）粉煤灰：选用一级粉煤灰可以提高浆体流动性和硬化后强度，同时降低泌水率及减少干缩变形。

（3）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。为此选用特细砂, 细度模数为 1. 21, 最大粒径小于 0. 6m m ,含泥量小于 1%。

（4）减水剂：为了增强浆体的流动性与和易性，选用聚羧酸高性能减水剂。

（5）膨胀剂：为了减少并抵消浆体的收缩，甚至可以在浆体中产生微膨胀，以提高硬化浆体与水泥混凝土板和基层的粘结，选用UEA型膨胀剂。

（6）水：采用自来水。

2冻融循环试验方案设计

本文采用不同水灰比及含气量的典型无机压浆材料进行冻融循环试验研究，并将压浆材料分别冻融循环25次、50次、75次、100次、125次、150次、175次和200次冻融循环，并将试件进行试验分析研究，主要包括抗压强度、抗折强度、质量增长率、体积膨胀率以及动弹性模量的发展规律。由于水泥砂浆关于力学性能的试验方法目前没有统一的试验规程，依照《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》（JTG E30-2005）展开试验研究。考虑到实际施工中压浆材料处于板底，为更接近现场施工,采用室外养护试块并在试块表面喷涂养护剂。

3试验结果与分析

（1）在冻融的作用下，压浆材料动弹性模量的衰减速率先增大后减小。经过200次冻融循环后，水灰比0.38的压浆材料动弹性模量损失了65.2%，水灰比0.44的压浆材料动弹性模量损失了80.4%，水灰比0.50的压浆材料动弹性模量损失了88.1%。

（2）含气量1.6%和3.0%的压浆材料经200次冻融循环之后，动弹性模量分别损失了80.4%和54.9%，相比较而言，高含气量的压浆材料在相同环境的作用下，其损失可控制在20%以内。

（3）通过降低压浆材料的水灰比和提高含气量可减少其动弹性模量损失程度。压浆材料水灰比从0.50降低为0.38时，其动弹性模量损失程度最多可减少22.9%，而将含气量为1.6%的压浆材料提高到含气量为7.0%时，其损伤程度减少了10倍。故可通过提高含气量的方法来有效降低压浆材料动弹性模量的损伤程度。

（4）抗压强度的衰减速率随冻融循环次数的增加呈现出先增大后减小的变化趋势。不同水灰比的压浆材料其抗压强度损失率范围在70%~90%之间波动，当水灰比由0.50减少到0.38时，抗压强度损失程度可控制在20%以内。

（5）在冻融环境的反复作用下，含气量1.6%的压浆材料其抗压强度损失了81%左右，而经受同样循环次数的7.0%含气量的压浆材料，其抗压强度损失可控制在30%以内。

4 结语

（1）冻融循环对压浆材料的各项力学指标影响较为显著且均随冻融循环作用次数的增加而逐渐降低。在冻融循环作用下，抗压强度、抗折强度和动弹性模量衰减速率先增大后减小，而质量增长率和体积膨胀率均不断增长。

（2）在冻融循环作用下，采用高含气量，低水灰比的压浆处治材料，其各项指标损伤程度越小，劣化程度由大到小排列依次为：抗折＞抗压＞动弹性模量。

（3）可通过提高含气量的方法来有效降低抗折强度、动弹性模量的损伤程度，而减缓抗压强度的损伤则可通过降低水灰比的方法来实现。

（4）试件体积膨胀率和质量变化率最大值均在5%以内，这表明压浆材料在冻融循环条件下，具有良好的稳定和密实性。

参考文献：

[1] 闫平军.养护施工中旧水泥混凝土路面压浆技术[J].公路，2013（11）：64-67.

[2] 李靖，苏加强.冻融循环对水泥混凝土路面开裂影响预估分析[J].中外公路，2013，33（5）：62-65.

[3] 张永存，李青宁.基于孔结构分析的混凝土抗冻融性研究[J].公路，2016，3：182-186.

[4] 张延年，刘旭锋，徐驰，曹迎春.龄期对冻融循环后混凝土影响试验[J].沈阳建筑大学报（自然科学版），2012，28（2）：263-268.

[5] 吕丹丹，刘元珍，李珠，许丽.冻融循环下玻化微珠保温混凝土抗压性能研究[J].混凝土，2014，2：23-26.

[6] 严冰，宋战平，王艳，邱景平. 煤矸石混凝土抗冻性能试验研究[J].混凝土，2017，3：109-128.