高強(qiáng)水泥基灌漿料的工作性能研究

郭 嬌 盧雪松

（黃岡師范學(xué)院建筑工程學(xué)院，湖北 黃岡 438000）

水泥基灌漿料是一種以水泥、砂子、混凝土外加劑和少量其他建筑材料組成的干混材料，加水?dāng)嚢韬蟮乃嗷酀{料具有良好的流動(dòng)性、微膨脹性、高強(qiáng)和早強(qiáng)、不泌水等性能，是一種新型良好的建筑材料，被廣泛用于各種大型設(shè)備；建筑工程、巖土工程的錨桿錨固和鋼筋的植埋；隧道、機(jī)場(chǎng)、橋梁、道路、礦山等搶修工程的施工；建筑物加固改造工程等；高鐵、高架橋的橡膠支座等。

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國(guó)在東北、西南、華東等地區(qū)修建了大量的建筑鐵路工程，如青藏鐵路、港珠澳大橋、港口建筑等，隨著時(shí)間的推移，這些工程相繼出現(xiàn)了凍融破壞和硫酸鹽侵蝕破壞，因此，研究灌漿料的抗凍性能和抗硫酸鹽侵蝕性能勢(shì)在必行。水泥基灌漿料的耐久性能指標(biāo)包括抗凍性、抗?jié)B性、抗碳化性、抗氯離子滲透性等，然而水泥基灌漿料耐久性的研究，目前國(guó)內(nèi)外鮮有文獻(xiàn)研究報(bào)道。吳元研究了水泥基灌漿料力學(xué)性能的影響因素，豆石含量、加水量、外加劑等對(duì)基灌漿料抗壓性能的影響。于丹紅研究了凍融循環(huán)和氯離子侵蝕下水泥基灌漿料的力學(xué)性能，研究表明水泥基灌漿料的抗壓強(qiáng)度耐蝕系數(shù)、抗折強(qiáng)度耐蝕系數(shù)隨浸泡時(shí)間的延長(zhǎng)先增大后減??；隨鹽溶液濃度的增加而減小，在20%鹽溶液中浸泡9 個(gè)月后，試件的氯離子侵蝕深度為3.20，說明水泥基灌漿料具有較好的抗氯離子侵蝕性能。郭曉軒研究了灌漿套筒鋼筋連接的耐久性能，研究表明，硫鋁酸鹽灌漿料pH 值較低，齡期內(nèi)低于11.5；硫鋁酸鹽銹蝕試件銹蝕電位絕對(duì)值較高，鋼筋質(zhì)量損失率較高；硅酸鹽灌漿料鋼筋外銹層相較于同齡期硫鋁酸鹽灌漿料鋼筋外銹層分布更均勻；通電加速環(huán)境下，試件單向拉伸試驗(yàn)結(jié)果均為鋼筋斷裂，未發(fā)生鋼筋拔出、套筒滑移現(xiàn)象。

按照水泥種類進(jìn)行分類，主要有硅酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥和兩種水泥混合的灌漿料。硅酸鹽水泥套筒灌漿料的流動(dòng)性遠(yuǎn)優(yōu)于硫鋁酸鹽水泥。硫鋁酸鹽水泥早期強(qiáng)度低、凝結(jié)硬化速度慢，硅酸鹽水泥凝結(jié)硬化速度慢、后期強(qiáng)度高，因此，灌漿料中硫鋁酸鹽水泥的成分越多，灌漿料的早期強(qiáng)度就越高。而硫鋁酸鹽水泥配制的灌漿料后期強(qiáng)度會(huì)有所下降。在適當(dāng)配比情況下，以普通硅酸鹽水泥為主要成分的水泥基灌漿料在耐腐蝕性能上優(yōu)于硫鋁酸鹽水泥。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 試驗(yàn)方案及方法

按照《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO 法）》（GB/T 17671-1999）進(jìn)行灌漿料的攪拌，先將水泥、砂子等材料充分?jǐn)嚢?0s，再將水和高效減水劑、膨脹劑均勻加入，攪拌結(jié)束后進(jìn)行初始流動(dòng)度的測(cè)試，30min 后再測(cè)一次流動(dòng)度，灌漿料自然成型，無需振搗，灌漿料裝模后放置24h 拆模，拆模后將試件放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)相應(yīng)齡期后進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。

1.2 原材料

（1）水泥：普通硅酸鹽水泥，P·O52.5 級(jí)，燒失量1.03%，安定性合格。

（2）砂：普通河砂，堆積密度1 460kg/m3、表觀密度2 655kg/m3、含泥量1%。

（3）膨脹劑：含量為8%。

（4）高效減水劑：減水劑含量為3.8%、含氣量為4%。

（5）水：普通自來水。

根據(jù)試驗(yàn)方案，水泥基灌漿料的配合比見表1。

表1 灌漿料配合比

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

水泥基灌漿料的流動(dòng)度試驗(yàn)研究、豎向膨脹率試驗(yàn)研究、抗油滲透性能研究和抗腐蝕性能研究按照《水泥基灌漿材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行。

2.1 流動(dòng)性能測(cè)試

（1）在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上平放玻璃板，然后將截錐模具放在玻璃板中央，用濕抹布覆蓋以免水分蒸發(fā)，用濕抹布擦拭水泥膠砂攪拌機(jī)和玻璃板，使其表面均勻潤(rùn)濕。

（2）攪拌鍋中加入稱重好的水泥和水，把砂子逐步加入攪拌鍋，邊加入邊攪拌，最后攪拌均勻。

（3）攪拌完成后，迅速將拌合物裝入截錐模具內(nèi)，漿體與模具上口平齊，多余部分用刮刀刮去。

（4）將截錐緩慢垂直向上提起，等灌漿料漿體不再流動(dòng)時(shí)，測(cè)量灌漿料漿體相互垂直方向的兩個(gè)直徑；兩個(gè)方向直徑的平均值即為測(cè)試結(jié)果。

（5）加水30min后，按步驟（1）～（4）重新測(cè)試其流動(dòng)度。經(jīng)測(cè)試，漿體初始流動(dòng)度為300mm，30min 后漿體流動(dòng)度為275mm，符合規(guī)范要求。

2.2 豎向膨脹率測(cè)試

將灌漿料制成100mm×100mm×100mm 的試件，將黃油涂抹模具內(nèi)表面，確保其不漏漿。把玻璃板放在模具正中間，灌漿料裝滿整個(gè)模具且高出模具2mm，用濕紗布覆蓋玻璃板兩側(cè)露出的灌漿料，并經(jīng)常澆水以免水分蒸發(fā)。把百分表測(cè)量頭垂直放在玻璃板中間并固定，當(dāng)時(shí)間為30s時(shí)，用百分表讀取初始讀數(shù)H0，試驗(yàn)過程應(yīng)在攪拌結(jié)束后3min 內(nèi)完成，加水?dāng)嚢韬?h、3h、10h、24h 分別讀取百分表讀數(shù)Ht，整個(gè)過程中要保持試驗(yàn)裝置穩(wěn)定，不受外界干擾。試驗(yàn)結(jié)果見表2，豎向膨脹率計(jì)算公式如下：

表2 高強(qiáng)灌漿料豎向膨脹率

式中：tε—豎向膨脹率（%） ；

H0—試件初始高度（mm）；

Ht—從加水?dāng)嚢栝_始，時(shí)間為t 的試件高度（㎜）；

H—試件基準(zhǔn)高度，通常取l00mm。

經(jīng)測(cè)試，配制的灌漿料1h、3h、10h、24h 豎向膨脹率均大于0.02%，滿足規(guī)范要求。

2.3 抗?jié)B透性能研究

先將灌漿料拌合物固化7d 和28d，然后切成100mm×100mm×50mm 的圓柱體，最后將圓柱體置于機(jī)油中浸泡30d，試驗(yàn)結(jié)果見表3。

表3 灌漿料的抗?jié)B透性能

由表3 可看出，灌漿料7d 的電通量為684C、28d 的電通量482C，在機(jī)油中浸泡30d 后抗壓強(qiáng)度值為100MPa。隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的延長(zhǎng)，灌漿料內(nèi)部不斷地進(jìn)行水化反應(yīng)，水化物產(chǎn)物不斷增加，最終阻礙了內(nèi)部裂縫的發(fā)展，電通量隨時(shí)間的延長(zhǎng)而降低。從外表上來看，高強(qiáng)灌漿料內(nèi)部結(jié)構(gòu)密實(shí)、電通量低、抗?jié)B性能良好。

2.4 抗腐蝕性能

將灌漿料制成40mm×40mmm×160mm 的棱柱體，先將試件放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)7d，然后將試塊放入10%的硫酸鈉溶液進(jìn)行侵蝕試驗(yàn)，水泥基灌漿料抗壓強(qiáng)度耐蝕系數(shù)Kf2按下列公式計(jì)算：

式中：Kf2—灌漿料抗壓強(qiáng)度耐蝕系數(shù)（%）；

fcn2—水泥基灌漿料試塊經(jīng)n 月氯離子侵蝕后的抗壓強(qiáng)度測(cè)定值（MPa）；

fco2—水泥基灌漿料對(duì)比組的抗壓強(qiáng)度測(cè)定值（MPa）。

取3 個(gè)已經(jīng)過抗折試塊進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試，取6 個(gè)數(shù)值的平均值作為fcn1和fco1的測(cè)定值。在6 個(gè)抗壓強(qiáng)度數(shù)值中，如果其中一個(gè)值與中間值誤差大于10%，則將這個(gè)值舍棄不要，以剩下的5 個(gè)抗壓強(qiáng)度值作為測(cè)定結(jié)果，如果這5 個(gè)抗壓強(qiáng)度值中仍有超過中間值±10%，則本次試驗(yàn)結(jié)果作廢。灌漿料抗腐蝕性能結(jié)果見表4。

表4 灌漿料抗腐蝕性能

從表4 可看出，灌漿料的抗壓強(qiáng)度耐腐蝕系數(shù)隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加而降低。當(dāng)干濕循環(huán)次數(shù)為120 次時(shí)，灌漿料的抗壓強(qiáng)度耐腐蝕系數(shù)為74.5%，說明水泥基灌漿料具有較好的抗硫酸鹽侵蝕性能。隨著侵蝕時(shí)間的延長(zhǎng)，水泥基灌漿料試件在鹽溶液中呈先逐漸增長(zhǎng)后逐漸降低的趨勢(shì)。雖然浸泡時(shí)間較短，水泥基灌漿料內(nèi)部水化反應(yīng)充分。試件表層的毛細(xì)管吸附作用和內(nèi)部的擴(kuò)散作用使氯離子侵入試件內(nèi)部并不斷填充孔隙結(jié)構(gòu)，因此，試件強(qiáng)度早期有所增加，后期因孔隙中的鹽溶液不斷結(jié)晶產(chǎn)生了結(jié)晶膨脹力，加快了灌漿料性能的衰退，從而抗壓強(qiáng)度有所降低。

3 結(jié)語

通過對(duì)高強(qiáng)水泥基灌漿料流動(dòng)性、豎向膨脹率、抗?jié)B透性能和抗腐蝕性能進(jìn)行研究得出如下結(jié)論：

（1）高強(qiáng)灌漿料早期豎向膨脹率隨時(shí)間的延長(zhǎng)而增加，在試驗(yàn)期間內(nèi)呈膨脹狀態(tài)且體積穩(wěn)定。

（2）高強(qiáng)灌漿料的抗壓強(qiáng)度耐蝕系數(shù)隨干濕循環(huán)次數(shù)的增加而降低。當(dāng)灌漿料置于10%的硫酸鈉溶液中且干濕循環(huán)次數(shù)達(dá)到120 次時(shí)，高強(qiáng)灌漿料的抗壓強(qiáng)度耐腐蝕系數(shù)為74.5%。

（3）整個(gè)試驗(yàn)過程水化反應(yīng)一直在進(jìn)行，生成的水化物阻礙了裂縫的發(fā)展，使灌漿料內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得致密結(jié)實(shí)，提高了灌漿料的抗油滲透和抗腐蝕性能。