高性能水泥基灌漿料試驗研究

劉曉斌，熊衛(wèi)鋒

（北京東方雨虹防水技術股份有限公司，北京 101309）

0 引言

水泥基灌漿料以其良好的流動灌注、早強高強、微膨脹、與混凝土結構良好的結合力等特性，在大型設備安裝的地腳螺栓灌漿、二次灌漿以及混凝土結構加固等方面有著廣泛的應用[1-2]。目前應用較為廣泛的水泥基灌漿料一般為高強度速凝型的硅酸鹽水泥結合速凝劑或硫鋁酸鹽水泥作為其膠凝材料，以滿足早強高強的要求。然而采用普通硅酸鹽水泥與快硬硫鋁酸鹽水泥進行復合使用，可在滿足灌漿料各種性能要求的同時，進一步提高產品的性價比，具有較大的意義。

本實驗在采用普通硅酸鹽水泥與硫鋁酸鹽水泥復合的基礎上，分別考察了減水劑、膨脹劑等主要功能組分對灌漿料關鍵物理力學性能的影響，總結出規(guī)律性的結論。

1 實驗內容及方法

1.1 原材料

水泥：冀東P·O42.5，企鵝R·SAC42.5；砂：級配石英砂，粒徑分別為 0.125～0.18mm、0.18～0.425mm和0.425～0.8mm。

減水劑：北京慕湖 UNF-5 萘系高效減水劑。膨脹劑：北京新中巖 ZY 膨脹劑，UEA 類。水：自來水。

1.2 試驗方法

試驗以公司原有的結合促凝劑的硅酸鹽水泥基灌漿材料的基本配比為依據，膠砂比為 0.45∶0.55，水灰比為0.33～0.35，減水劑摻量范圍為 0.5%～3.0%，膨脹劑摻量為0～5%（替換對應量的 0.125～0.18mm 石英砂）。在試驗過程中，保持基本配合比不變，按一定的規(guī)律調整主要功能組分的用量，考察該組分對灌漿料性能的影響。

試驗方法以及指標要求，參照 GB/T50448—2008《水泥基灌漿材料應用技術規(guī)范》中的Ⅱ類產品進行[3]，其主要的指標要求為：①最大集料粒徑≤4.75mm；②流動度初始值≥340mm，30min保留值≥310mm；③豎向膨脹率 3h 為0.1%～0.35%，24h 與 3h 的膨脹值之差為 0.02%～0.5%；④抗壓強度 1d≥20.0MPa，3d≥40.0 MPa，28d≥60.0MPa；⑤泌水率為 0%。

2 試驗結果與分析

2.1 減水劑用量對灌漿料流動度的影響

減水劑是灌漿料實現其良好灌注特性的重要功能性添加劑，主要表現在其用量對灌漿料的流動度起著重要的影響。試驗考察了萘系減水劑 UNF-5 用量從 0.5% 增加至 3.0% 時，在微調用水量保證不泌水的條件下測試灌漿料流動度初始值及 30min 保留值，試驗結果如表1 所示。

表1 減水劑用量對流動度影響測試結果

從表1 所示的測試結果可以觀察到，隨著減水劑用量從0.5% 逐漸增加到 3.0%，灌漿料的流動度初始值及 30min 保留值均隨之增加，并且在用量達到 2.3% 時，流動度初始值為350mm，30min 保留值為 320mm，符合指標的要求。此外，在減水劑從 0.5% 增加到 2.0% 的過程中，流動度 30min 保留值增加幅度逐漸增大，也在一定程度上體現了減水劑對膠凝材料的緩凝特性。

從上述試驗結果可知，減水劑的最佳用量為 2.3%。

2.2 硫鋁酸鹽水泥用量對灌漿料性能的影響

試驗采用硫鋁酸鹽水泥與普通硅酸鹽水泥復合使用的方式，提高灌漿料的早期強度，實現早強、高強的特性，在 2.1試驗的基礎上，保持膠凝材料總量不變，考察硫鋁酸鹽水泥與普通硅酸鹽水泥的不同比例對灌漿料流動度及抗壓強度的影響。

2.2.1 硫鋁酸鹽水泥用量對灌漿料流動度的影響

考察了硫鋁酸鹽水泥與普通硅酸鹽水泥用量比例分別為0∶10、0.5∶9.5、1∶9、2∶8、3∶7 時，灌漿料流動度初始值及30min 保留值，試驗結果如表2 所示。隨著硫鋁酸鹽水泥在膠凝材料中的比例逐漸增大，灌漿料的流動度初始值沒有出現變化，表明膠凝材料總量不變時，兩種水泥的不同比例對灌漿料的流動度初始值沒有明顯的影響，這在側面反映了萘系減水劑對不同膠凝材料的良好適應性。隨著硫鋁酸鹽水泥在膠凝材料中的比例逐漸增加，流動度 30min 保留值逐漸減少，當比例小于 1∶9時，能滿足標準要求的 310mm；當比例大于 1∶9 時，流動度 30min 保留值不滿足要求。

表2 硫鋁酸鹽水泥與普通硅酸鹽水泥用量比例對流動度的影響測試結果

2.2.2 硫鋁酸鹽水泥用量對灌漿料抗壓強度的影響

考察了硫鋁酸鹽水泥與普通硅酸鹽水泥用量比例分別為0∶10、0.5∶9.5、1∶9、2∶8、3∶7 時，灌漿料 1d，3d 和28d 抗壓強度，測試結果如表3 所示。

表3 硫鋁酸鹽水泥與普通硅酸鹽水泥用量比例對抗壓強度的影響測試結果

從表3 所示的實驗結果可知，當硫鋁酸鹽水泥與普通硅酸鹽水泥用量比例為 0∶10 時，即單獨采用普硅水泥，制備的灌漿料各齡期的抗壓強度均達不到指標要求；隨著硫鋁酸鹽水泥用量的增加，制備的灌漿料的抗壓強度隨之增大，在比例為 1∶9 時，開始全面符合要求。

2.2.3 小結

綜合 2.2.1 和 2.2.2 的試驗結果可知，當硫鋁酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥用量比例為 1∶9 時，灌漿料的流動度初始值、30min 保留值及不同齡期的抗壓強度均滿足標準的要求。

2.3 膨脹劑用量對灌漿料性能的影響

試驗采用 UEA 類膨脹劑，在 2.1 和 2.2 試驗結論的基礎上，即減水劑用量為 2.3%，硫鋁酸鹽水泥與普通硅酸鹽水泥用量比例為 1∶9，考察膨脹劑用量對灌漿料流動度、抗壓強度及豎向膨脹率的影響，并考察了 24h 時間范圍內灌漿料豎向膨脹率的變化趨勢。

2.3.1 膨脹劑用量對灌漿料流動度的影響

考察了膨脹劑用量分別為 0%，1%，2%，3%，4%，5%時，灌漿料的流動度初始值及 30min 流動度保留值，測試結果如表4 所示。從表4 所示的測試結果可知，由于膨脹劑替代等量的粒徑為 0.125～0.18mm 的石英砂，而粉狀的膨脹劑會影響灌漿料的流動度，在膨脹劑用量為 2% 時，灌漿料流動度初始值開始略有降低；膨脹劑用量為 3% 時，灌漿料流動度 30min 保留值開始降低；膨脹劑用量達到5%時，出現了30min 流動度保留值達不到要求的現象。

表4 膨脹劑用量對流動度影響測試結果

2.3.2 膨脹劑用量對灌漿料強度的影響

考察膨脹劑用量分別為 0%、1%、2%、3%、4%、5%時，灌漿料的 1d、3d、28d 抗壓強度，測試結果如表5 所示。由測試結果可知，膨脹劑用量增加會提高灌漿料的 1d 抗壓強度，但對 3d 和 28d 抗壓強度沒有明顯的作用規(guī)律，只是略有增加。

表5 膨脹劑用量比例對抗壓強度的影響測試結果

2.3.3 膨脹劑用量對灌漿料豎向膨脹率的影響

考察了膨脹劑用量分別為 0%，1%，2%，3%，4%，5%時，灌漿料的 3h 豎向膨脹率，24h 豎向膨脹率以及膨脹率之差，測試結果如表6 所示。

表6 膨脹劑用量比例對豎向膨脹率的影響測試結果 %

通過對表6 豎向膨脹率測試結果進行觀察可知，在不摻加膨脹劑時，灌漿料產生了微小的膨脹，這可能是由于硫鋁酸鹽水泥具有一定膨脹特性而產生的，但這種膨脹微小，不能滿足指標要求；隨著膨脹劑用量的增加，灌漿料的 3h 豎向膨脹率在用量達到 3% 時滿足了要求，達到了 0.12%，且其24h 豎向膨脹率為 0.17%，兩者之差為 0.05%，同樣滿足指標的要求。

此外，試驗還考察了膨脹劑用量為 3% 時，灌漿料豎向膨脹率 24h 之內的變化趨勢，如圖1 所示。

圖1 灌漿料豎向膨脹率變化趨勢

從圖1 可以看出，灌漿料豎向膨脹率在澆注后 2h 至 8h這段時間內有明顯的增大變化，并在 8h 以后趨于平穩(wěn)，反映了該配合比制備的灌漿料的豎向膨脹特性。

2.3.4 小結

綜合 2.3.1，2.3.2，2.3.3 的試驗內容分析，當膨脹劑用量為 3% 時，灌漿料具有良好的流動度初始值，30min 保留值，且豎向膨脹率及不同齡期的強度滿足指相應標準的要求。

3 結語

（1）萘系減水劑 UNF-5 用量為 2.3% 時，灌漿料在不泌水的基礎上具有良好流動度初始值及 30min 保留值，滿足其高流動性要求；

（2）硫鋁酸鹽水泥與普通硅酸鹽水泥用量比例為 1：9 時，灌漿料具有良好的流動度初始值及 30min 保留值，且1d，3d，28d 均滿足相應要求，實現早強高強的特性；

（3）膨脹劑用量為 3% 時，灌漿料的豎向膨脹率滿足要求，且其主要膨脹變化時間為澆注后 2h～8h；

（4）綜上所述，萘系減水劑 UNF-5 用量為 2.3%，硫鋁酸鹽水泥與普通硅酸鹽水泥用量比例為 1：9，膨脹劑用量為3% 時，制備的灌漿料滿足 GB/T50448-2008《水泥基灌漿材料應用技術規(guī)范》中的 Ⅱ 類產品的主要技術指標要求。

[1] 任恩平，仲曉林等.膨壓力法在唐鋼灌漿施工中的應用[J].工業(yè)建筑，2007, (37):1257-1258.

[2] 曾明，周紫晨.一種用于水泥基灌漿料的復合膨脹劑研究[J].混凝土與水泥制品，2011(2):11-14.

[3] 邵正明，王強，等.國標《水泥基灌漿材料應用技術規(guī)范》GB/T50448 技術要求解析.交通建設與管理，2009(07):105-109.