CN101693611A - 半柔性路面灌注水泥浆 - Google Patents

Abstract

一种半柔性路面灌注水泥浆，其特征在于它是由普通硅酸盐水泥54.0064％～65.6958％、水33.1％～37.3％、减水剂0.001％～0.662％、膨胀剂0～7.944％、引气剂0～0.8028％质量百分配比的原料制成。采用这种半柔性路面灌注水泥浆进行施工，能够更容易地将水泥浆灌入沥青混合料的空隙之间，并能很好地与沥青混合料结合。本发明水泥浆，其干缩性小，强度大，改善了半柔性路面的路用性能，延长了半柔性路面的使用寿命。

Description

半柔性路面灌注水泥浆

技术领域

本发明属于材料技术领域，具体涉及到一种半柔性路面灌注水泥浆。

背景技术

目前，随着高等级公路建设的进一步发展，交通量和轴载迅速增长，不仅使得对公路路面结构的强度和稳定性要求日益增高，而且对行车速度和舒适性的要求也在不断提高。但是，沥青路面由于沥青材料具有粘弹性等特殊性能，受温度影响很大。冬季低温时，沥青混合料抵抗变形能力大大降低，表现出脆性，在荷载作用下，会产生开裂裂缝；夏季高温时，在车辆荷载作用下，会出现波浪、拥包等剪切变形，甚至会产生车辙等永久变形，尤其是在公路收费站、交叉口、陡长坡路段、服务区等重交通车辆缓慢行驶或停驻的路段及有超重车辆、货物静止停放的场所更为突出。水泥混凝土路面虽然强度高、稳定性好，并且具有明色性等特点，但其施工费用高，且由于接缝的存在，行驶舒适性差，易产生开裂、唧泥、错台等病害，并且具有修复困难，维修时间长而影响交通等弊病。因此，人们开发了一种新的路面结构形式，即半柔性路面。

半柔性路面一经提出，就广泛受到国内外研究人员的重视。早在1954年，法国就成功研制了灌水泥浆开级配沥青混凝土路面施工法，并在科涅克航空港喷气式飞机跑道上作为耐热道面进行试验铺装，已申请了专利，称为“Salviacim”施工法。后来，英国在摊铺后的开级配沥青碎石路面孔隙中灌入树脂-水泥砂浆；前苏联则把水泥砂浆作为第一结合料加入沥青混凝土中进行拌和压实；科威特H.R.Guirguis研究中，采用水泥处置后的集料铺筑沥青混凝土路面；美国切夫隆的R.J.Schmidt和L.E.Santucci则在乳化沥青中直接加入1.3％的波特兰水泥；1987～2002年，在冷拌沥青混凝土中添加水泥的灌注式-沥青复合材料面层路面在美国得到了良好发展；1961年，半柔性路面传入日本并取得了较大发展。自上世纪80年代开始，我国也逐步开始研究半柔性路面材料，比如掺加高分子聚合物的特种水泥沙砾，乳化(橡胶)沥青水泥混凝土复合路面材料等。

人们如此重视半柔性路面，宏观上是因为半柔性路面具有较高的耐油性、耐高温稳定性、耐磨耗性；不易起尘；干缩量小，不需要设置伸缩缝；明色性，可以着色等特点。微观上是因为半柔性路面是由沥青与矿料、水泥浆体与沥青以及水泥浆体与矿料的交互作用共同形成的密实-骨架嵌挤型结构，模量在刚柔性路面之间，对静载、重载等具有较强的承载能力等优点。

但是，半柔性路面在使用过程中，也出现了一系列的破坏问题，比如表面裂缝、线性裂缝、针孔、路表面的疤面等。研究表明：这些破坏形式很大程度上是受占据半柔性路面混合料总体积20％～24％的灌注水泥浆体性质的影响，尤其是受到水泥浆体的流动度、干缩性以及强度的影响。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服上述半柔性路面的缺点，提供一种流动性好、均匀性好、干缩性小、能与混合料良好地结合的半柔性路面灌注水泥浆。

解决以上技术问题所采用的技术方案它是由下述质量百分配比的原料制成：

普通硅酸盐水泥                        54.0064％～65.6958％

水                                    33.1％～37.3％

减水剂                                0.001％～0.662％

膨胀剂                                0～7.944％

引气剂                                0～0.8028％

上述的水泥为秦岭42.5#水泥，由陕西耀县水泥厂生产；减水剂为TH-928聚羧酸减水剂或PC-1030聚羧酸高效减水剂或PC-1016聚羧酸高效减水剂，TH-928聚羧酸减水剂由山东泰和减水剂分公司生产，PC-1030聚羧酸高效减水剂和PC-1016聚羧酸高效减水剂由苏州市兴邦化学建材有限公司生产；膨胀剂为UEA膨胀剂或UEA-S膨胀剂或XF-HEA混凝土膨胀剂，UEA膨胀剂和UEA-S膨胀剂由西安红旗外加剂厂生产，XF-HEA混凝土膨胀剂由湖南先锋建材有限公司生产；引气剂为ZY-99型三萜皂甙引气剂或GOODGREEN环保型三萜类引气剂，ZY-99型三萜皂甙引气剂由杭州中天有限公司生产，GOODGREEN环保型三萜类引气剂由宁波经济技术开发区自然好绿科技发展有限公司生产。

制备本发明半柔性路面灌注水泥浆的优选质量百分配比为：

普通硅酸盐水泥                            56.7％～64.5％

水                                        33.5％～36.3％

减水剂                                    0.3185％～0.654％

膨胀剂                                    0.6573％～7.095％

引气剂                                    0～0.082％

制备本发明半柔性路面灌注水泥浆的最佳质量百分配比为

普通硅酸盐水泥                            59.4072％

水                                        33.5807％

减水剂                                    0.637％

膨胀剂                                    6.37％

引气剂                                    0.0051％

上述半柔性路面灌注水泥浆的制备方法为：

按照本发明的质量份配比称取水、水泥、减水剂、膨胀剂和引气剂，将水、减水剂和引气剂混合制成混合液，再将水泥和膨胀剂装入搅拌锅中，用搅拌机搅拌均匀，加入混合液，拌和至均匀，制备成半柔性路面灌注水泥浆。

采用本发明方法制备的半柔性路面灌注水泥浆，按交通部部颁标准JTJO53-94《公路工程水泥混凝土试验规程》、日本道路公团《半柔性面层施工纲要》以及《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程JTG E30-2005进行测试，各项指标均达到日本道路协会《半柔性面层施工纲要》和《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》的主要性能要求。采用这种半柔性路面灌注水泥浆进行施工，能够更容易地将水泥浆灌入沥青混合料的孔隙之间，并能很好地与沥青混合料结合。此外，本发明水泥浆，其干缩性小，强度大，改善了半柔性路面的路用性能，延长了半柔性路面的使用寿命。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但本发明不限于这些实施例。

实施例1

以制备本发明半柔性路面灌注水泥浆100kg为例，所用原料及其质量配比为：

秦岭42.5#水泥                                59.4072kg

水                                           33.5807kg

TH-928聚羧酸减水剂                           0.637kg

UEA膨胀剂                                    6.37kg

ZY-99型三萜皂甙引气剂                        0.0051kg

其制备方法如下：

按照本发明的质量份配比称取水、秦岭42.5#水泥、TH-928聚羧酸减水剂、UEA膨胀剂和ZY-99型三萜皂甙引气剂，将水、TH-928聚羧酸减水剂和ZY-99型三萜皂甙引气剂混合制成混合液，再将秦岭42.5#水泥和UEA膨胀剂装入搅拌锅中，用搅拌机搅拌均匀，加入混合液，拌和至均匀，制备成半柔性路面灌注水泥浆。

实施例2

以制备本发明半柔性路面灌注水泥浆100kg为例，所用原料及其配比如下：

秦岭42.5#水泥                                54.0064kg

水                                           37.3kg

TH-928聚羧酸减水剂                           0.662kg

UEA膨胀剂                                    7.944kg

ZY-99型三萜皂甙引气剂                        0.0876kg

其制备方法与实施例1相同，制备成半柔性路面灌注水泥浆。

实施例3

以制备本发明半柔性路面灌注水泥浆100kg为例，所用原料及其配比如下：

秦岭42.5#水泥                                65.6958kg

水                                           33.1kg

TH-928聚羧酸减水剂                           0.001kg

UEA膨胀剂                                    1.2032kg

ZY-99型三萜皂甙引气剂                        0kg

其制备方法与实施例1相同，制备成半柔性路面灌注水泥浆。

实施例4

以制备本发明半柔性路面灌注水泥浆100kg为例，所用原料及其配比如下：

秦岭42.5#水泥                                    64.5kg

水                                               34.5kg

TH-928聚羧酸减水剂                               0.1972kg

UEA膨胀剂                                        0kg

ZY-99型三萜皂甙引气剂                            0.8028kg

其制备方法与实施例1相同，制备成半柔性路面灌注水泥浆。

实施例5

以制备本发明半柔性路面灌注水泥浆100kg为例，所用原料及其配比如下：

秦岭42.5#水泥                                        64.5kg

水                                                   33.5kg

TH-928聚羧酸减水剂                                   0.3185kg

UEA膨胀剂                                            1.5995kg

ZY-99型三萜皂甙引气剂                                0.082kg

其制备方法与实施例1相同，制备成半柔性路面灌注水泥浆。

实施例6

以制备本发明半柔性路面灌注水泥浆100kg为例，所用原料及其配比如下：

秦岭42.5#水泥                                        56.7kg

水                                                   35.551kg

TH-928聚羧酸减水剂                                   0.654kg

UEA膨胀剂                                            7.095kg

ZY-99型三萜皂甙引气剂                                0kg

其制备方法与实施例1相同，制备成半柔性路面灌注水泥浆。

实施例7

以制备本发明半柔性路面灌注水泥浆100kg为例，所用原料及其配比如下：

秦岭42.5#水泥                                    62.4006kg

水                                               36.3kg

TH-928聚羧酸减水剂                               0.637kg

UEA膨胀剂                                        0.6573kg

ZY-99型三萜皂甙引气剂                            0.0051kg

其制备方法与实施例1相同，制备成半柔性路面灌注水泥浆。

实施例8

上述实施例1～7中所用原料TH-928聚羧酸减水剂用等质量的PC-1030聚羧酸高效减水剂替换，所用UEA膨胀剂用等质量的UEA-S膨胀剂替换，所用ZY-99型三萜皂甙引气剂用等质量的GOODGREEN环保型三萜类引气剂替换。其他原料以及用量与相应的实施例相同。

其制备方法与实施例1相同，制备成半柔性路面灌注水泥浆。

实施例9

上述实施例1～7中所用原料TH-928聚羧酸减水剂用等质量的PC-1016聚羧酸高效减水剂替换，所用UEA膨胀剂用等质量的XF-HEA混凝土膨胀剂替换。其他原料以及用量与相应的实施例相同。

其制备方法与实施例1相同，制备成半柔性路面灌注水泥浆。

为了确定本发明的最佳配比及最佳工艺步骤，发明人进行了大量的研究试验，各种试验情况如下：

试验仪器：NYL-30型压力试验机，DKZ-5000电动抗折试验机，均由无锡建仪仪器有限公司生产。

1、正交试验

以制备半柔性路面灌注水泥浆体所用原料水、秦岭42.5#水泥、TH-928聚羧酸减水剂、UEA膨胀剂、ZY-99型三萜皂甙引气剂，按表1做正交试验。

表1L9(3⁴)正交试验

试验编号	水泥(％)	水(％)	减水剂(％)	膨胀剂(％)	引气剂(％)
						1	63.6	36.3	0.001	0	0
2	57.0064	36.3	0.3185	6.37	0.0051
						3	54.6546	36.3	0.637	7.644	0.7644
4	59.4123	33.5807	0.001	6.2032	0.8028
						5	59.4072	33.5807	0.3346	6.6775	0
6	65.2151	33.5807	0.669	0	0.5352
						7	57.7264	33.8	0.001	7.944	0.5296
8	65.0746	33.8	0.331	0	0.7944
						9	58.918	33.8	0.662	6.62	0

2、性能测试

对表1中不同原料配比制备的半柔性路面灌注水泥浆进行性能测试：根据日本道路公团的《半柔性面层施工纲要》用漏斗测定水泥浆的流动度，根据《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》JTGE30-2005规定的跳桌法流动度测试方法用砂浆流动度试验截锥试模测定水泥浆的扩展度，根据JTJO53-94《公路工程水泥混凝土试验规程》中水泥胶砂强度的测定方法用压力试验机测定水泥浆的抗压强度，用电动抗折试验机测定水泥浆的抗折强度，根据《水泥砂浆收缩性试验规程》用游标卡尺测定水泥浆的干缩值，并根据下述公式(1)计算干缩率：

$\frac{L_1-L_0}{L_0}---\left(1\right)$

式中L₀是水泥浆试件的初始长度，L₁是水泥浆试件发生干缩后的长度。

测试和计算结果见表2。

表2各项性能测试值

试验编号	扩展度(mm)	流动度(s)	7天抗折强度(Mpa)	28天抗折强度(Mpa)	7天抗压强度(Mpa)	28天抗压强度(Mpa)	干缩值(mm)	干缩率(0.001)
									1	15.4	246	5	5.4	40.3	26.8	0.385	2.4
2	11.5	364	4.9	5.3	40.6	27.6	0.319	2
									3	11.4	468	5.9	6	49.4	29.7	0.394	2.5
4	21.8	272	5.4	5.3	42.2	28.7	0.453	2.8
									5	13.8	328	5.5	5.8	44.8	30.7	0.428	2.6
6	12.8	490	5.6	5.7	50.5	30.6	0.607	3.8
									7	41.3	224	5.7	5.9	45	32.9	0.299	1.9
8	21	296	5.9	6.2	50	29.5	0.537	3.3
									9	12.9	434	6.8	6.8	63	35.5	0.305	1.9

由表2可知，随水含量的增大以及普通硅酸盐水泥含量的减小，水泥浆的流动性能增大，在水含量为33.5807％、普通硅酸盐水泥含量为59.4072％时，水泥浆的流动性趋于稳定。结合7天和28天强度，以及干缩率，综合考虑，水泥浆的水含量为33.5807％，普通硅酸盐水泥含量为59.4072％水泥浆的性能较好。

随减水剂含量的增大，水泥浆的流动性能显著增大，且在减水剂含量大于0.3185％时，流动度值基本达到指标要求；7天和28天强度值显著增大；干缩率稍有增大。综合考虑，水泥浆中减水剂含量为0.637％时水泥浆的性能较好。

随膨胀剂含量的增大，水泥浆的流动性能稍有增大，7天和28天强度值稍有增大；干缩率显著减小。综合考虑，水泥浆中膨胀剂含量为6.37％时水泥浆的性能较好。

随引气剂含量的增大，水泥浆的流动性能稍有变化；7天抗折强度显著增大，但7天抗压强度和28天抗折及抗压强度稍有减小；干缩率稍有增大。综合考虑，水泥浆中引气剂含量为0.0051％时，水泥浆的性能较好。

根据以上各因素分析结果，确定最佳原料配比是水为33.5807％，普通硅酸盐水泥59.4072％，引气剂为0.0051％，膨胀剂为6.37％，减水剂为0.637％。

3、普通水泥浆与本发明水泥浆对比实验

按照表3中的原料配比对普通水泥浆与本发明水泥浆作相应的对比试验。

表3水泥浆配比

配比	水泥(％)	水(％)	粉煤灰(％)	矿粉(％)	减水剂(％)	膨胀剂(％)	引气剂(％)
								A	50.64	29.36	10	10	0	0	0
B	59.7257	33.5807	0	0	0.3185	6.37	0.0051
								C	59.7308	33.5807	0	0	0.3185	6.37	0
D	59.4072	33.5807	0	0	0.637	6.37	0.0051

注：表中配比A为普通水泥浆，配比B、C、D为本发明水泥浆。

(1)强度对比分析

试验对A、B、C、D四种原料配比制备的水泥浆进行了不同龄期的抗压强度和抗折强度测试，根据JTJO53-94《公路工程水泥混凝土试验规程》中水泥胶砂强度的测定方法用压力试验机测定水泥浆的抗压强度，用电动抗折试验机测定水泥浆的抗折强度，测试结果见表4。

表4各配比不同龄期强度

由表4可见，加入减水剂、膨胀剂、引气剂，水泥浆的抗压强度和抗折强度增强。

(2)干缩性对比分析

试验对普通水泥浆A、本发明水泥浆B、本发明水泥浆C、本发明水泥浆D四种不同原料配比制备的水泥浆进行了干缩值测试，根据《水泥砂浆收缩性试验规程》用游标卡尺测定水泥浆的干缩值，并根据公式(1)计算干缩率，测试和计算结果见表5。

表5各配比的干缩试验

配比	L0(mm)	L1(mm)	干缩值(mm)	干缩率(0.001)
					A	161.054	160.760	0.294	1.82
B	161.323	161.065	0.258	1.60
					C	161.016	160.786	0.230	1.43

配比	L0(mm)	L1(mm)	干缩值(mm)	干缩率(0.001)
					D	161.383	161.166	0.217	1.34

由表5可知，普通水泥浆A的干缩值和干缩率最大，本发明水泥浆B、C、D的干缩值和干缩率依次递减。由水泥浆B、C可见，引气剂会使水泥浆体的干缩增大，因为引气剂的加入使得水泥浆体流动性减小、均匀性增大，以致浆体保水性较大，从而在后来的干缩过程中损失水分也就越大；由水泥浆B、水泥浆D可见，减水剂含量的增加对水泥浆体的干缩有抑制作用；膨胀剂能显著补偿水泥浆体的干缩。

(3)流动性能经时损失对比分析

水泥浆体流动性的变化采用水泥浆体的流动度经时损失率和扩展度经时损失率来表征流变性能的损失。其计算公式如下：

i)水泥浆体流动度经时损失率

${\mathrm{Lossj}}_t=\frac{(L_t-L_{t-1})}{L_{t-1}}\×100$ t＝1，2......

${\mathrm{Lossj}}_p=\frac{{\mathrm{Lossj}}_1+{\mathrm{Lossj}}_2+...+{\mathrm{Lossj}}_t}{t}$

式中Lossj_t为水泥浆第t-1至第t个测试点的流动度经时损失率，L_t为水泥浆第t个测试点的流动度值，Lossj_p为水泥浆平均流动度经时损失率。

ii)水泥浆体扩展度经时损失率

${\mathrm{Lossj}}_k=\frac{(L_{k-1}-L_k)}{L_{k-1}}\×100$ k＝1，2......

${\mathrm{Lossj}}_{\mathrm{kp}}=\frac{{\mathrm{Loosj}}_1+{\mathrm{Lossj}}_2+...+{\mathrm{Lossj}}_k}{k}$

式中Lossj_k为水泥浆第k-1至第k个测试点的流动度经时损失率，L_t为水泥浆第k个测试点的流动度值，Lossj_kp为水泥浆平均流动度经时损失率。

以30分钟、60分钟、90分钟、120分钟为测试点，分别测得水泥浆普通水泥浆A，本发明水泥浆B、C、D的流动度及扩展度随时间的变化值，根据上述公式计算其经时损失率，计算结果见表6。

表6各配比流动度、扩展度经时损失率

由表6可知，普通水泥浆A以及本发明水泥浆水泥浆C、D的流动性比较稳定，本发明水泥浆水泥浆B的流动性随时间的延长减弱幅度较大。本发明选择水泥浆D作为半柔性路面灌注水泥浆。本发明水泥浆水泥浆D所用原料及其质量百分配比为：水33.5807％，普通硅酸盐水泥59.4072％，聚羧酸减水剂0.637％，UEA膨胀剂6.37％，ZY-99型三萜皂甙引气剂0.0051％。

Claims (3)

1.一种半柔性路面灌注水泥浆，其特征在于它是由下述质量百分配比的原料制成：

普通硅酸盐水泥    54.0064％～65.6958％

水                33.1％～37.3％

减水剂            0.001％～0.662％

膨胀剂            0～7.944％

引气剂            0～0.8028％

上述的水泥为秦岭42.5#水泥；减水剂为TH-928聚羧酸减水剂或PC-1030聚羧酸高效减水剂或PC-1016聚羧酸高效减水剂；膨胀剂为UEA膨胀剂或UEA-S膨胀剂或XF-HEA混凝土膨胀剂；引气剂为ZY-99型三萜皂甙引气剂或GOODGREEN环保型三萜类引气剂。

2.按照权利要求1所述的半柔性路面灌注水泥浆，其特征在于它是由下述质量百分配比的原料制成：

普通硅酸盐水泥    56.7％～64.5％

水                33.5％～36.3％

减水剂            0.3185％～0.654％

膨胀剂            0.6573％～7.095％

引气剂            0～0.082％。

3.按照权利要求1所述的半柔性路面灌注水泥浆，其特征在于它是由下述质量百分配比的原料制成：

普通硅酸盐水泥    59.4072％

水                33.5807％

减水剂            0.637％

膨胀剂            6.37％

引气剂            0.0051％。