□□ 滕 飛 (遼寧省建設科學研究院有限責任公司，遼寧 沈陽 110000)

引言

以水泥、礦物摻合料、骨料(或不含骨料)、外加劑等作為原材料，按照合理的配比進行干混制備而成的水泥基灌漿料在當今的建筑工程中應用非常廣泛，其主要特點是具有高強度、可灌注流動度、微膨脹等。影響水泥基灌漿料性能的因素很多，單就其組成材料來說，種類、性能就不盡相同，因此現(xiàn)以粉體聚羧酸高性能減水劑系的水泥基灌漿料為主要研究對象，通過性能試驗結果來優(yōu)化各組分的配比，為該體系的水泥基灌漿料制備提供參考。

1 試驗原材料

水泥：沈陽冀東水泥有限公司生產(chǎn)的強度等級為42.5 MPa的普通硅酸鹽水泥；唐山北極熊建材有限公司生產(chǎn)的強度等級為42.5 MPa的快硬硫鋁酸鹽水泥，主要性能指標見表1，主要礦物組成見表2。

礦物摻合料：沈陽沈海熱電廠的Ⅰ級粉煤灰，化學成分見表3。

骨料：采用40～80目(180～380 μm)、100～120目(120～150 μm)二級配石英砂。

表1 水泥主要性能指標

表2 水泥主要礦物組成 %

表3 粉煤灰化學成分 %

外加劑：減水劑為遼寧省建設科學研究院有限責任公司自研納米改性粉體聚羧酸高性能減水劑，主要性能指標見表4；膨脹劑為UEA。

2 性能測試方法及結果分析

流動度測試方法按照GB/T 2419—2016《水泥膠砂流動度測試方法》進行。強度測試方法按照GB/T 17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法》進行，采用灌入成型代替振動成型。

2.1 不同水膠比對灌漿料性能的影響

固定減水劑摻量為0.1%；膠砂比為1∶1.2；UEA摻量為10%(等量取代水泥)，僅用固定質(zhì)量的普通硅酸鹽水泥，通過改變水膠比來制備灌漿料，并對其進行流動度和強度測試，試驗結果如圖1～圖3所示。

表4 粉體聚羧酸高性能減水劑主要性能指標

圖1 不同水膠比的灌漿料流動度

圖2 不同水膠比的灌漿料抗折強度

圖3 不同水膠比的灌漿料抗壓強度

由圖1可以看出，不同的水膠比對灌漿料的流動度影響是比較明顯的，隨著用水量的增加，灌漿料的流動度也隨之增加，而其30 min流動度也基本符合該變化規(guī)律；除去水膠比為0.12時灌漿料流動度較小(初始流動度未超過300 mm)，以及水膠比為0.16時灌漿料出現(xiàn)泌水離析的情況外，水膠比在0.13～0.15時，灌漿料的流動度均呈現(xiàn)較為理想的狀態(tài)。從圖2和圖3的試驗結果來看，灌漿料的水膠比增加(即用水量增加)，會使其各齡期的強度逐漸下降，特別是對灌漿料早期強度影響尤為明顯。

根據(jù)試驗結果來看，使用聚羧酸高性能減水劑制備的灌漿料工作性對用水量變化表現(xiàn)的較為敏感，在保證灌漿料具有良好工作性的前提下應該盡量選擇適合水膠比范圍內(nèi)較小的水膠比，以確保灌漿料各齡期強度較高。因此，選用0.13的水膠比作為后續(xù)研究的固定條件之一。

2.2 不同摻量的粉煤灰對灌漿料性能的影響

在灌漿料中摻入一定量的粉煤灰可以改善其流動性，提高灌漿料的可灌性；同時還能夠提高灌漿料的強度和抗化學腐蝕能力，降低泌水率和沉降作用，而且還能夠有效降低灌漿料硬化后的收縮[1-4]。在2.1試驗研究所用配比的基礎上，選取水膠比為0.13，改變粉煤灰等量取代水泥的摻量，對所制備灌漿料的流動度和強度性能進行測試，試驗結果如圖4～圖6所示。

圖4 不同摻量粉煤灰的灌漿料流動度

圖5 不同摻量粉煤灰的灌漿料抗折強度

圖6 不同摻量粉煤灰的灌漿料抗壓強度

從圖4可以看出，摻入粉煤灰能夠略微提升漿體的流動度，隨著粉煤灰摻量的遞增，灌漿料的初始流動度也隨之增加，但當摻量10%以后，漿體的初始流動度開始下降；而粉煤灰摻量的變化對灌漿料的30 min流動度影響也大致如此，但效果不是很明顯。這是因為粉煤灰較水泥而言具有更多表面光滑的微小球體顆粒，這些球體顆粒發(fā)揮類似滾珠的作用，使?jié){體的流變性增加，但當粉煤灰摻量增大后，其微集料填充效應占據(jù)了主導地位，降低了滾珠效應，因而此時漿體的流動性能開始下降。

由圖5、圖6可以看出，隨著粉煤灰摻入量的增加，灌漿料7 d強度隨之升高，而1 d、3 d強度逐漸下降，28 d強度下降明顯。其中原因是由于粉煤灰較水泥的活性要小，等量取代摻入粉煤灰會降低整體膠凝材料的活性，減緩整個水化過程，導致灌漿料早期強度略有下降；而粉煤灰的加入?yún)s又可以在一定程度上改善膠凝材料的級配，發(fā)揮微集料填充作用，使其密實程度有所增加，但這一過程較為緩慢，到了7 d齡期的時候才能夠有一定的顯現(xiàn)，但到了28 d齡期時這一作用已經(jīng)不明顯了；粉煤灰取代了一部分水泥，使得水泥中發(fā)揮強度作用的水化產(chǎn)物總量下降，到了28 d齡期時整個膠凝材料結構的密實程度較低，表現(xiàn)為增加粉煤灰摻量會使灌漿料28 d強度下降明顯。綜合灌漿料流動性能考慮，灌漿料摻入10%粉煤灰較為合適。

2.3 不同摻量的硫鋁酸鹽水泥對灌漿料性能的影響

在硅酸鹽水泥中采用等量取代的方式摻入硫鋁酸鹽水泥，在固定的條件下，即水膠比為0.13；膠砂比為1∶1.2；減水劑摻量為0.1%；FA摻量為10%；UEA摻量為10%；改變硫鋁酸鹽水泥的摻量，測試灌漿料初始流動度、30 min流動度及1 d、3 d、28 d強度，對比試驗結果如圖7～圖9所示。

圖7 不同摻量硫鋁酸鹽水泥的灌漿料流動度

圖8 不同摻量硫鋁酸鹽水泥的灌漿料抗折強度

圖9 不同摻量硫鋁酸鹽水泥的灌漿料抗壓強度

由圖7可以看出，隨著硫鋁酸鹽水泥的摻入量增加會導致灌漿料的流動度下降，其中初始流動度下降幅度較小，但是30 min流動度下降十分明顯。這是由于硫鋁酸鹽水泥的主要礦物硫鋁酸鈣在水化過程的早期就能夠形成大量的鈣礬石和Al(OH)3凝膠；而C2S活性較高，也可以在較早期就形成水化硅酸鈣凝膠，這些物質(zhì)都會使得水泥失去流動性，因此，隨著硫鋁酸鹽水泥摻量的增加就會逐漸使得灌漿料的膠凝材料水化速度加快，進而降低了灌漿料的流動度。

結合圖8和圖9來看，逐漸增加硫鋁酸鹽水泥的摻量，灌漿料的1 d強度和3 d強度也會隨之增加，且增幅較大，而其7 d強度增加減緩，28 d強度則變化不明顯，也就是說明硫鋁酸鹽水泥的摻入可以提高灌漿料的早期強度，這是由于硫鋁酸鹽水泥早期水化產(chǎn)物鈣礬石的數(shù)量較大，另一方面其晶體骨架中又會被同樣是早期生成的水化硅酸鈣和Al(OH)3凝膠填充而形成致密結構的水泥石，因而提高了灌漿料早期的強度。

單從硫鋁酸鹽水泥摻量對灌漿料流動度的影響或是其對灌漿料強度的影響來看，很難判斷其較優(yōu)摻量，但對比流動度試驗數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，雖然加入硫鋁酸鹽水泥會降低灌漿料的流動度，但是在保證灌漿料工作性的前提下，硫鋁酸鹽水泥摻量≯4%的時候，灌漿料的30 min流動度保留率仍可以達到90%，再結合其可使灌漿料早期強度提高的特點，可以在硅酸鹽水泥中等量摻入≯4%的硫鋁酸鹽水泥。另一方面，制備灌漿料時若是使用剛生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥，就會由于具有較強正電性的水泥顆粒吸附減水劑而導致減水劑作用下降；即使使用不是新生產(chǎn)的普硅水泥，較硫鋁酸鹽水泥而言，普硅水泥中含量較大的C3A也會吸附較多的還沒發(fā)揮作用的減水劑[5-6]。所以綜合比較可知，用復配水泥的方法來提高水泥基灌漿料的早期強度是可行的，可以進一步擴大水泥基灌漿料的應用范圍。

3 結論

3.1 使用粉體聚羧酸高性能減水劑制備的灌漿料，其工作性對用水量反應敏感，應將水膠比控制在0.13～0.15的范圍內(nèi)，選取下限水膠比能夠使得灌漿料獲得較高的強度。

3.2 在灌漿料中摻入10%的粉煤灰，可使其流動性有一定程度的提高，7 d強度增加，同時使灌漿料的生產(chǎn)成本降低。

3.3 采用復配普通硅酸鹽水泥和硫鋁酸鹽水泥的方法可提高灌漿料的早期強度，間接增大減水劑效果；當硫鋁酸鹽水泥等量取代普硅水泥≯4%時，灌漿料可以保持較為良好的工作性。