高强复合水泥基灌浆料试验研究

摘要：通过试验分析减水剂、配合比、矿物掺合料对水泥基灌浆料工作性能和力学性能的影响。结果表明：聚羧酸减水剂与水泥相容性好；粉煤灰掺量宜控制在10%以内；矿粉最佳掺量为5%。

关键词：灌浆料，流动度，强度

中图分类号：O346文献标识码： A

Experimental Research on the high-strength composite cement-based grout

YIN Lei,WANG Zhen Xing,NIE Xiao Ming,LEI Pan Pan

(China State Construction Seventh Engineering Bureau Co. Henan zhengzhou 45002)

Abstract:The influence of superplasticizer, formulations, mineral admixtures on work performance and mechanical properties of cement-based grout was analyzed.The result showed that Polycarboxylate superplasticizer has good compatibility with the cement; the content of fly ash should be controlled within 10%; the best content of mineral was 5%.

Key word: grout, fluidity, strength

1引言

水泥基灌浆料是一种由水泥、骨料、外加剂和矿物掺和料等原材料，经工厂化配制生产而成的具有合理级配的干混料，加水拌合均匀后直接用于机械设备安装和加固修补工程中，不需震捣便可填充设备基础的全部空隙，在短时间能就需具备一定的强度，因此对其流动性和早后期强度均具有较高要求。本文探讨了减水剂、配合比、矿物掺合料等对水泥基灌浆料工作性能和力学性能的影响。

2原材料

2.1胶凝材料

胶凝材料采用复合水泥，强度标号425。

2.2细集料

细集料粒径0.16～5mm，细度模数2.8。

2.3矿物掺合料

（1）粉煤灰

试验采用北仑电厂产Ⅱ级粉煤灰，需水比为1.03左右。测试指标如下表1所示。

表1粉煤灰技术性能指标(%)

项目 细度 烧失量 含水量 S2O3 游离CaO

技术指标 21.9 0.67 0.4 0.3 0.1

（2）矿粉

试验采用宁波海得建材科技有限公司产矿粉，产品等级S95，测试指标如下表2所示。

表2矿粉技术系能指标

项目 密度（g/cm3） 比表面积（m2/kg） 活性指数

（%） 流动度比

（%） 含水量

（%） 三氧化硫

（%） 烧失量

（%）

技术指标 2.87 405 78 102 0.13 0.09 0.11

2.4外加剂

选用聚羧酸和萘系减水剂进行试验，外加剂符合GB8076-1997的规定，外加剂均匀性按GB/T8077-2000进行试验。

2.5水

试验用水为饮用自来水。

3试验方法

3.1流动性

流动度试验按GB50119-2003进行，其中截锥形圆模的尺寸：高度60mm士0.5mm；上口内径70mm士0.5mm；下口内径100mm士0.5mm。

3.2抗压强度和抗折强度

按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》试验方法进行力学性能测试。水泥砂浆力学性能试件采用40mm×40mm×160mm的三联试模成型，标准恒温恒湿养护箱内养护24h后脱模，200C±20C、80%相对湿度条件继续养护，测定不同龄期(1d、3d、28d)试件的抗压、抗折强度。

4试验结果及分析

4.1减水剂与水泥的相容性

减水剂与水泥的相容性以水泥净浆的流动度表征。固定水泥用量500g，水灰比0.29，分别掺入不同剂量聚羧酸和萘系减水剂，其流动度如图1、图2所示。

图1流动度与聚羧酸掺量关系图2流动度与萘系减水剂掺量关系

由图1可以看出聚羧酸在较小掺量范围内，水泥浆体便具有较大的流动度，与水泥的相容性好。在0.2%到0.3%掺量范围内，随着聚羧酸掺量增加，对水泥颗粒分散作用加强，水泥净浆的流动度迅速升高，当掺量达到0.3%时，水泥颗粒对聚羧酸分子吸附达到饱和，流动度达到平稳状态。图2中萘系减水剂饱和掺量为1.2%，当掺量在1.2%范围内，水泥净浆的流动度显著增加，掺量达到1.2%时，流动度不再增加。

聚羧酸减水剂是一种液体状，减水率高，在较小掺量就可大幅度提高浆体流动度，因此本试验采用聚羧酸减水剂。

4.2粉煤灰对灌浆料性能的影响

4.2.1粉煤灰对灌浆料流动性的影响

图3粉煤灰掺量对流动度的影响

由图3可以看出需水比大于100%的粉煤灰掺入后，灌浆料的流动度降低，但根据现场实验现象观察，灌浆料的泌水现在得到了改善。粉煤灰掺量为5%时对灌浆料的流动度影响不大，降低了泌水，30min时流动度损失较基准大。粉煤灰掺量在5%以上时灌浆料的流动度小幅度降低，30min流动度基本不损失，都可以满足流动度要求，没有泌水情况出现。

4.2.2粉煤灰对灌浆料强度的影响

图4粉煤灰掺量对抗压强度的影响

图4可以看出试样1d抗压强度均在50MPa以上，粉煤灰掺量在10%以内时，1d、3d抗压强度小幅降低，28抗压强度较不掺粉煤灰的试样有所提高。当粉煤灰掺量超过10%时，抗压强度降低幅度增大。说明掺入一定量的粉煤灰可提高灌浆料的后期强度。主要原因是掺入粉煤灰后，混凝土的密实度得以提高，同时，水泥水化过程中生成水化产物可以作为激发物质，激发粉煤灰的潜在活性。

图5粉煤灰掺量对抗折强度的影响

图5可以看出：粉煤灰掺量对灌浆料的1d抗折强度影响很小，随着粉煤灰掺量的增加，抗折强度小幅度降低。3d、28d抗折强度增加很快，随着龄期的增加，粉煤灰掺量增加对抗折强度的影响开始变大，粉煤灰掺量宜控制在10%以内。

综合初始流动度、30min流动度经时损失、强度因素分析可以得出，粉煤灰的掺量范围宜控制在10%以内。

4.3矿粉对灌浆材料性能的影响

4.3.1矿粉对灌浆料流动性的影响

图6矿粉掺量对流动度的影响

图6可以看出：浆体流动度随矿粉掺量提高呈现先增加后减少趋势，当掺量为5%时，流动度达到最大值，在不掺矿粉的基准30min流动度损失比较大达11%，矿粉的掺入可以减少流动度经时损失。由于矿粉表面粗糙度小于水泥颗粒，具有一定的形态效应，起到减水作用，流动性提高。但随着掺量的增加，由于矿粉比表面积比水泥大，需水量大于水泥颗粒，浆体的自由水减少，流动度降低。

4.3.2矿粉对灌浆料强度的影响

图7矿粉掺量对抗压强度的影响

如图7可以看出：掺量在10%范围内，1d抗压强度高于不掺矿粉的抗压强度，并随掺量增加而逐渐降低。3d抗压强度随矿粉掺量增加而降低，强度都在60MPa左右。28d抗压强度随矿粉的掺入提高，但掺量增加而有下降，10%的矿粉掺量抗压强度最佳。因为钙矾石、水化硅酸钙和氢氧化铝凝胶是掺矿渣微粉水泥石结构的主要组成。矿渣微粉颗粒在硬化早期大部分像核心一样参与结构形成的过程，钙矾石即在矿渣微粉四周，围绕表面生长。所以，只要使水泥熟料矿物所产生的水化产物恰能配列到矿渣微粉的表面，就能增加水化产物和原始颗粒的接触机会，从而获得最佳的强度。

图8 矿粉掺量对抗折强度的影响

如图8矿粉对抗折强度的影响分析：随矿粉掺量的增加，试件1、3和28d抗折强度先增加后降低，在5%掺量强度值最大。矿粉的掺入，可改善水泥浆-骨料界面区Ca(OH)2的取向度，Ca(OH)2的晶体尺寸减小，总含量下降，所有这些均能有效改善界面粘结强度，从而提高抗折强度。只要使水泥熟料矿物所产生的水化产物恰能配列到矿渣微粉的表面，就能增加水化产物和原始颗粒的接触机会，从而获得最佳的强度，当矿粉掺量过多，水化产物不连续，缺陷较多，导致强度下降。

综合初始流动度、30min流动度经时损失、强度等因素分析可以得出，矿粉最佳掺量为5%。

5结论

1、聚羧酸减水剂和水泥具有较好相容性，减水剂掺量的增加，有利于提高灌浆料的流动度和抗压强度；

2、粉煤灰可以改善灌浆料的泌水现象，减少30min流动度经时损失，提高后期强度，其掺量宜控制在10%以内；

3、矿粉对灌浆料的流动度、强度都是先增加后降低趋势，矿粉最佳掺量为5%。

参考文献

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