外加劑對高貝利特硫鋁酸鹽水泥注漿材料的影響★

趙悅鑌 趙 文 冉小峰 張亞沛 孟維昊 母昌浩

(東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院,遼寧 沈陽 110004)

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外加劑對高貝利特硫鋁酸鹽水泥注漿材料的影響★

趙悅鑌 趙 文 冉小峰 張亞沛 孟維昊 母昌浩

(東北大學(xué)資源與土木工程學(xué)院,遼寧 沈陽 110004)

介紹了高貝利特硫鋁酸鹽水泥生產(chǎn)能耗低、早強(qiáng)、高強(qiáng)、微膨脹性的特點，研究了不同摻量的速凝早強(qiáng)劑和穩(wěn)定劑對高貝利特硫鋁酸鹽水泥注漿材料性能的影響，確定了兩種外加劑的最優(yōu)摻量分別為0.02%～0.06%和0.1%～0.2%。

高貝利特硫鋁酸鹽水泥，外加劑，凝結(jié)時間，強(qiáng)度，粘度

0 引言

普通硅酸鹽水泥熟料在煅燒的過程中產(chǎn)生了污染環(huán)境的CO2，對環(huán)境保護(hù)不利[1]。而高貝利特硫鋁酸鹽水泥是生料經(jīng)煅燒所得，以硅酸二鈣、無水硫鋁酸鈣、硫酸鈣和少量氧化鈣為主要礦物，摻加適量石膏、礦渣等活性或非活性混合材料磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料，原料中的石灰石比例較小，因此大幅降低了水泥在煅燒過程中產(chǎn)生的CO2和能源的浪費[2]。目前，高貝利特硫鋁酸鹽水泥由于其環(huán)保、早強(qiáng)、高強(qiáng)、微膨脹性的特點使其具有廣闊的發(fā)展前景。

水泥中摻入少量碳酸鋰可顯著提高其凝結(jié)速率和早期強(qiáng)度，參照《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時間、安定性檢測方法》，以占水泥質(zhì)量分?jǐn)?shù)計，Li2CO3摻量一般在0.000 5%～0.100 0%[2]。高分子聚合物羥丙基甲基纖維素的官能團(tuán)上帶有羥基，能與拌和水分子形成氫鍵，使其分子間形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，對水泥有一定的包裹作用，因此可作為一種優(yōu)良的穩(wěn)定增稠劑[3]。

1 速凝早強(qiáng)劑碳酸鋰對水泥性能的影響

注漿材料最主要的物理性能為流動性、凝結(jié)時間和抗壓強(qiáng)度。

在水灰比為0.9的情況下，從0.005%～0.15%逐漸改變碳酸鋰的摻量，測其初凝、終凝時間。然后將水泥凈漿試塊在20 ℃、相對濕度大于95%的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)1 d,3 d,28 d，測其1 d,3 d,28 d的抗壓強(qiáng)度。

凝結(jié)時間決定了注漿效果的優(yōu)劣，注漿材料的凝結(jié)時間既要保證有足夠的施作時間，防止堵管，又要保證漿液在一定的時間內(nèi)凝固，加快工程的施工進(jìn)度。圖1反映了逐漸改變速凝早強(qiáng)劑的摻量，得到的水泥漿液凝結(jié)時間的變化規(guī)律。由圖1可知，在碳酸鋰摻量小于0.04%，高貝利特硫鋁酸鹽水泥的初凝和終凝時間不斷減小，最短凝結(jié)時間出現(xiàn)在碳酸鋰摻量為0.04%左右。

水泥的抗壓強(qiáng)度是注漿材料最基本的物理力學(xué)性能，直接關(guān)系到固結(jié)體的強(qiáng)度和耐久性。高貝利特硫鋁酸鹽水泥漿液結(jié)石率保持在90%以上，符合注漿要求，所以本文主要針對水泥的抗壓強(qiáng)度來研究注漿的固結(jié)性能。

圖2反映了逐漸改變速凝早強(qiáng)劑的摻量，得到的水泥試塊抗壓強(qiáng)度的變化規(guī)律。由圖2可知，高貝利特硫鋁酸鹽水泥抗壓強(qiáng)度隨碳酸鋰摻入量的增加持續(xù)上升，說明碳酸鋰可以促進(jìn)水泥的水化，對水泥的抗壓強(qiáng)度具有一定的改善作用。碳酸鋰摻量在0.04%以下變化時，水泥試塊1 d和3 d的抗壓強(qiáng)度增長較快。當(dāng)碳酸鋰摻量在0.04%以上時，早期抗壓強(qiáng)度趨于平緩。當(dāng)碳酸鋰摻量為0.04%時，水泥試塊1 d和3 d的抗壓強(qiáng)度相對于空白樣增加了67.82%和53.67%。但是水泥28 d的抗壓強(qiáng)度在碳酸鋰摻量超過0.04%后，呈下降趨勢，說明碳酸鋰摻量過多會導(dǎo)致水泥后期抗壓強(qiáng)度倒縮。綜上所述，在此水灰比的情況下，碳酸鋰的最佳摻量在0.02%～0.06%范圍內(nèi)。可根據(jù)不同注漿工程的要求，摻入不同含量的速凝早強(qiáng)劑碳酸鋰來調(diào)節(jié)注漿材料的凝結(jié)時間。

2 穩(wěn)定增稠劑羥丙基甲纖維素對水泥性能的影響

從0.05%到0.3%逐級改變羥丙基甲基纖維素的摻量，測定添加外加劑的水泥漿液的析水率、流動度、粘度等基本物理性能。圖3反映了逐漸改變穩(wěn)定增稠劑的摻量，得到的水泥漿液析水率的變化規(guī)律。由圖3可知，水泥的析水率隨羥丙基甲基纖維素的摻入量的增加不斷下降，在羥丙基甲基纖維素?fù)搅砍^0.2%后趨于平穩(wěn)。

良好的流動性保證了注漿材料在注漿管中能夠順利泵送。圖4反映了逐漸改變穩(wěn)定增稠劑的摻量，得到的水泥漿液粘度的變化規(guī)律。由圖4可知，水泥粘度隨著羥丙基甲基纖維素的摻入量的增加不斷上升。在羥丙基甲基纖維素的摻量為0.2%時，水泥粘度為20 s，粘度比較適中。綜上所述，穩(wěn)定劑羥丙基甲基纖維素在保證材料的粘度和抗壓強(qiáng)度的前提下，可以降低水泥漿液在大水灰比情況下的析水率。在此水灰比的情況下，羥丙基甲基纖維素最優(yōu)摻量在0.1%～0.2%范圍內(nèi)。

3 結(jié)語

本文以高貝利特硫鋁酸鹽水泥為主要材料，并加入碳酸鋰和羥丙基甲基纖維素等外加劑，進(jìn)行混合漿液的力學(xué)性能和注漿性能的研究，希望獲得經(jīng)濟(jì)環(huán)保、可注性好、固結(jié)體強(qiáng)度高的新型注漿材料。通過試驗研究和分析，主要有以下幾點結(jié)論：

1)速凝早強(qiáng)劑碳酸鋰有助于增加水泥漿液的早期強(qiáng)度，加快水泥的水化，碳酸鋰的最優(yōu)摻量在0.02%～0.06%范圍內(nèi)。

2)穩(wěn)定劑羥丙基甲基纖維素在保證材料的粘度和抗壓強(qiáng)度的前提下，降低漿液在大水灰比情況下的析水率，羥丙基甲基纖維素最優(yōu)摻量在0.1%～0.2%范圍內(nèi)。

[1] 李 娟，周春英，楊亞晉.高貝利特硫鋁酸鹽水泥熟料礦物組成優(yōu)化[J].硅酸鹽學(xué)報,2012,40(11):1619-1624.

[2] 姚丕強(qiáng)，俞為民，吳秋生，等.高性能貝利特——硫鋁酸鹽水泥熟料的研究及進(jìn)展[J].水泥,2015(4):1-6.

[3] 韓建國，閻培渝.碳酸鋰對硫鋁酸鹽水泥水化特性和強(qiáng)度發(fā)展的影響[J].建筑材料學(xué)報,2011,14(1):7-8.

[4] 唐 明,李曉明.羥丙基甲基纖維素對水泥基材料的改善效應(yīng)[J].混凝土,2009(10):50-52.

The influence of admixture to high belite sulphoaluminate cement grouting material★

Zhao Yuebin Zhao Wen Ran Xiaofeng Zhang Yapei Meng Weihao Mu Changhao

(Resources and Civil Engineering School, Northeastern University, Shenyang 110004, China)

This paper introduced the characteristics of production low energy consumption, early strength, high strength, micro expansion of high belite sulphoaluminate cement, researched the influence of different dosage quick setting early strength agent and stabilizer to high belite sulfate cement grouting material performance, determined the optimal dosage of two kinds of additives respectively were 0.02%～0.06% and 0.1%～0.2%.

high belite sulphate cement, admixture, setting time, strength, viscosity

1009-6825(2017)12-0098-02

2017-02-18★:國家級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練計劃資助項目(201610145031)

趙悅鑌(1996- )，男，在讀本科生

TQ172.72

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