李宗怡

（遵义公路建设养护有限公司,贵州 遵义 563000）

0 引言

现阶段，由于重载交通及冰雪冻融等因素的共同作用，越来越多的公路工程出现了基层脱空等质量病害，严重影响交通通行安全[1]。采用传统的开挖加固技术进行加固处理，需大规模开挖现状道路，不仅施工速度较慢、成本较高，而且对现状交通和环境影响较大，不利于社会可持续发展[2]。而早强型聚合物注浆加固技术作为一种新型路面病害处治技术，通过在路面基层中注入聚合物浆液，使基层破碎、松散结构形成整体，以提高其强度和整体性，延长道路运营年限。采用注浆加固技术可实现道路非开挖加固处理，可最大限度降低对现状交通的影响。但由于目前常用的注浆材料早期强度不足，且收缩性较大，严重影响加固效果[3]。为此，该文通过具体试验对注浆材料相关性能展开综合研究，以期能有效确保注浆材料配合比设计的合理性，提高加固效果。

1 原材料

该试验中聚合物注浆料主要原材料包括矿渣、粉煤灰、偏高岭土等，胶凝材料为SiO2-Al2O3单体，碱激发剂为水玻璃，可显著增强注浆料力学性能。

（1）矿渣宜选用粒径为8～32 μm 优质矿渣，洁净、干燥、无杂质。

（2）粉煤灰对聚合物注浆料力学性能和密度具有重要影响，因此须严格控制其质量，粒径不得超过10 μm。

（3）偏高岭土火山灰具有较高活性，能显著提升聚合物抗折性能，因此该试验选用细度为1 250 目的偏高岭土。

（4）为确保聚合物注浆料各种性能得到充分发挥，矿渣、粉煤灰、偏高岭土质量比为3 ∶5 ∶2。

（5）该研究借鉴以往施工经验，采用水玻璃作碱激发剂，其Na2O、SiO2的摩尔比为3.3，固液质量比为34%。

2 聚合物注浆料初拟配合比

通过高压注浆，将聚合物注浆料注入破碎道路结构层后，注浆料通过固结作用使破碎结构层形成整体，提高其强度和整体性，若注浆料强度、黏结性能不足，势必影响固结效果[4]。因此，必须严格控制注浆料模数及水灰比，以有效增强其力学性能。

该试验分别选用碱激发剂模数为1.4、1.6 和1.8，碱掺量为6%、8%，水灰比为0.28、0.30、0.32 的聚合物注浆料进行研究，分析模数、碱掺量和水灰比对聚合物注浆料力学性能的影响。

3 聚合物注浆料制备工艺

聚合物注浆料制备时应全面考虑其抗压强度、流动性、凝结时间及泌水性能等各项指标[5]。

（1）聚合物注浆料制备工艺流程如图1 所示。

图1 聚合物注浆料制备工艺流程图

（2）结合调查研究及以往经验可知，搅拌时间对聚合物注浆料性能具有重要影响。为此，该文采用先匀速缓慢搅拌2 min，后高速搅拌3 min、5 min、10 min 的试验方案，探究搅拌时间对聚合物注浆料相关性能的影响。

4 材料性能试验方法

4.1 凝结时间试验方法

（1）仪器设备：天平、水泥稠度检测仪、水泥净浆搅拌机、标养箱。

（2）试验条件：标准温度环境下进行，以温度（20±2）℃、湿度低于50%为宜。

（3）基本流程：①调节水泥稠度检测仪，使其处于初始状态；②制备聚合物注浆料，并将其置于标养箱内；③通过水泥稠度检测仪分别测试注浆料初、终凝时间[6]。

（4）数据记录：①初凝过程中，以5 min/次的频率进行检测记录；②终凝过程中，则以15 min/次的频率检测记录。

4.2 流动度试验方法

采用倒锥法测定聚合物注浆料的流动性，其具体内容如下：

（1）试验器具：①流动度检测倒锥仪（见图2），通常采用不锈钢制成，其容量不得低于2 000 mL；②金属支架；③水平尺；④分度值不低于0.2 s 的计时器。

图2 倒锥仪

（2）试验条件：温度控制在（20±2）℃范围内。

（3）基本流程：①试验检测前，先用纯净水湿润倒锥仪；②将注浆料倒入倒锥仪中；③拔出倒锥仪封口塞时，打开计时器开始计时；④当浆液出现断流时，再次记录时间；⑤同种材料试验次数不得低于两次[7]。

4.3 泌水率和膨胀率

（1）试验器具：密封杯，其主要材质为有机玻璃，高度120 mm。

（2）试验方法：在密封杯中加入100 mm 注浆料，记录初始液面高度，并进行密封处理；间隔3 h、24 h 后分别记录注浆料膨胀面及离析水水面高度，然后依次求出注浆料泌水率和膨胀率，计算公式见式（1）、（2）:

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

4.4 抗压强度

（1）试验设备：抗压强度试验机，精度≤l%。

（2）试验条件：室温、标养箱温度保持（20±2）℃，湿度分别保持在50%和90%左右；标养池水温以（20±1）℃为宜。

（3）试件养护：①养护时间达到24 h 的试件，应提前20 min 完成脱模；而养护时间超过24 h 的试件，应在终凝后24 h 内完成脱模；②采用水池养护时，试件间距及覆水深度不得低于5 mm。

（4）试验检测：该试验采用抗压试验机，试验过程中应始终保持（2 400±200）N/s 匀速加载。抗压强度Rc计算式如式（3）所示。

式中，Fc——极限荷载值（N）；A——受压面积（mm2）。

5 试验结果与分析

5.1 凝结时间

试验针对不同模数、碱含量、水灰比条件下聚合物注浆料凝结时间实施测定。具体检测结果如下：

（1）当聚合物注浆料中碱含量、水灰比不变时，激发剂模数越大，凝结时间越长[8]。

（2）当聚合物注浆料中激发剂模数、水灰比不变时，碱含量越大，凝结时间越短。

（3）当聚合物注浆料中激发剂模数、碱含量不变时，水灰比越大，凝结时间越长。

（4）按照相关规范规定，所有试验组中除激发剂模数为1.4，水灰比为0.28，碱含量为6%和8%的检测组初凝时间达不到标准要求外，其他全部符合要求。

5.2 流动度

试验针对不同模数、碱含量、水灰比条件下聚合物注浆料流动度进行检测。结果表明，聚合物注浆料流动性与激发剂模数、碱含量、水灰比呈正相关关系，激发剂模数、碱含量、水灰比越大，其流动性越高。结合检测结果分析可知，水灰比为0.32 时，注浆料流动性达到最佳状态[9]。

5.3 泌水率和膨胀率

结合聚合物注浆料凝结时间、流动度试验结果，对满足要求的试验组实施泌水率及膨胀率试验，具体检测结果如表1、图3 所示。

通过表1 能够看出，激发剂模数为1.4、1.6 条件下，聚合物注浆料未产生泌水现象，而模数为1.8 时，产生了较小的泌水现象。

表1 聚合物注浆料泌水率

通过图3 能够看出，聚合物注浆料均存在不同程度的膨胀性，当模数为1.6，碱含量为8%时，其膨胀性能最优。

图3 聚合物注浆料膨胀率

5.4 抗压强度

对满足要求的聚合物注浆料实施抗压强度检测，检测结果如图4 所示。

图4 聚合物注浆料抗压强度

通过图4 能够看出：①聚合物试件碱含量越大、养护时间越长，其抗压强度越高；②激发剂模数越大，聚合物试件抗压强度越低。

5.5 搅拌时间对注浆料性能的影响

为进一步研究拌和时间对注浆料力学性能的影响，选择激发剂模数为1.6、碱含量为8%、水灰比为0.32 配比的注浆料实施检测[10]，具体数据如表2 所示。

通过表2 能够看出：①搅拌时间越长，聚合物注浆料凝结速度越快，流动性越低，其他性能基本无变化；②根据相关规范标准，搅拌时间为3 min 时，聚合物注浆料各项性能指标完全符合标准要求。

表2 搅拌时间对聚合物注浆料性能的影响

综上所述，聚合物注浆材料最佳配合比及工艺参数如下：矿渣∶粉煤灰∶偏高岭土=3 ∶5 ∶2；水灰比0.32；碱激发剂模数1.6，掺量为8%；搅拌时间为3 min。

6 结论

该文对聚合物注浆料初拟配合比设计、制备工艺及性能试验方法等展开综合分析，通过具体试验确定了聚合物注浆材料最佳配合比，并依据配合比探究了搅拌时间对注浆料性能的影响，具体结论如下：

（1）搅拌时间越长，聚合物注浆料凝结速度越快，流动性越低，根据相关规范标准，确定最佳搅拌时间为3 min。

（2）通过对聚合物注浆料凝结时间、流动度、泌水率、膨胀率及抗压强度等相关指标的试验分析，确定了其最佳配合比和工艺参数。即：矿渣∶粉煤灰∶偏高岭土=3 ∶5 ∶2；水灰比0.32；碱激发剂模数1.6，掺量为8%。该条件下聚合物注浆材料性能最佳，加固效果显著，符合施工标准要求。