基于半柔性路面的单组份碱激发矿渣灌浆料的制备与应用研究

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单组份碱激发材料是由活性硅铝酸盐前驱体(矿渣、硅灰、粉煤灰、偏高岭土)与固体碱激发剂(Na OH、干粉水玻璃、碳酸钠、硫酸钠等)混合均匀后制备的一种新型绿色无机干粉灌浆材料。碱激发干粉灌浆料作为一种单组份灌浆料不仅具有运输方便、加水拌合均匀就可使用,而且该材料具有快硬早强、流动度高、低的CO2排放、良好的化学稳定性等优点,目前成功应用于道路快速修补、地下岩溶灌浆等建筑领域。因其优越的性能,近年来逐渐代替硅酸盐水泥(OPC)灌浆料成为一种新型的半柔性路面灌浆料。但目前单组份碱激发胶凝材料存在收缩大、施工性差以及与沥青界面不相容等问题,本文针对上述问题系统研究了碱激发干粉材料作为半柔性路面灌浆料的基础配比并通过改性灌浆料解决了界面不相容等问题。本文以碱激发矿渣为主体制备了单组份半柔性路面灌浆料,并研究了细河沙粉对灌浆料的流动度、凝结时间、流变性能、力学性能、灌注饱和度及半柔性路面马歇尔稳定度的影响,并进行了XRD、FT-IR、BET、SEM等表征;针对碱激发矿渣灌浆料收缩大等问题采用细河沙粉-河沙复配的方式系统探究了细河沙粉掺量、矿渣与干粉水玻璃质量比、沙胶比、水胶比以及羧甲基淀粉(CMS)掺量对单组份碱激发矿渣灌浆料流动度、凝结时间、力学性能以及干燥收缩等性能的影响;此外,还存在水性灌浆料与油性沥青混合料间界面不相容问题,利用甲基硅酸钾(PMS)改性灌浆料,成功制备出了具有良好界面效果的半柔性路面,并对PMS改性机理进行了研究。本文主要研究内容及结论如下:(1)细河沙粉能有效地延长灌浆料的凝结时间、改善流变性能及提高触变性。当细河沙粉掺量为10%时,灌浆料初终凝时间分别为45和62 min;初始流动度为14 s,初始屈服应力与塑性粘度分别为0.699 Pa和0.199 Pa?s;在19 min时,屈服应力与塑性粘度最小;灌注饱和度达91.89%;得出了灌注饱和度以流动度为主导,且受触变性影响的结论。(2)通过细河沙粉-河沙复配的方法确定灌浆料的基础配比为:细河沙粉掺量10%、矿渣与干粉水玻璃质量比4:1~5:1、沙胶比0.3~0.4、水胶比0.36~0.37、CMS掺量0.1~0.2%。成功调配出质地均匀、不离析不泌水、凝结时间可控、早强快硬、收缩低的单组份碱激发矿渣灌浆料,最终可实现灌浆料初凝时间40~70 min,终凝时间50~86 min;3 d抗压强度35~45MPa,28 d抗压强度55~65 MPa;3 d抗折强度3.5~7 MPa,28 d抗折强度4~8 MPa;7 d干燥收缩<0.4%。(3)PMS是一种固体小分子表面活性剂,作为改性剂可直接掺入灌浆料中,维持了单组份碱激发灌浆料加水即可激发、施工方便等优点。与PMS-0相比,PMS-5与SBS改性沥青的接触角降低了41.28%。对比改性前灌浆料,PMS改性后能增强灌浆料与SBS改性沥青的结合效果,界面过渡区逐渐连续起来。PMS的掺量对浆料的灌注饱和度没有明显的影响,改性前后的灌注饱和度均在90%以上。
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