鄒偉，吳文選，周壯，李國權(quán)，柯偉席，紀(jì)憲坤

（武漢源錦建材科技有限公司，湖北 武漢 430083）

0 前言

我國建國以來興建的大量地下磚砌、混凝土或磚混結(jié)構(gòu)排污管道現(xiàn)在都接近或超過設(shè)計基準(zhǔn)期，有相當(dāng)一部分排污管道因結(jié)構(gòu)老化、年久失修或腐蝕破壞而屢次引起地面塌陷和污水泄漏等事故，給安全帶來了巨大的威脅，亟需加固和改造。

復(fù)合砂漿鋼筋網(wǎng)加固技術(shù)是在原有結(jié)構(gòu)表面綁扎鋼筋網(wǎng)或鋼絲網(wǎng)，表面噴射復(fù)合砂漿作為保護和錨固材料，讓其與原結(jié)構(gòu)保持整體共同工作，以提高構(gòu)件承載力的一種加固技術(shù)[1]。這種加固技術(shù)具有成本低、施工效率高、應(yīng)用面廣泛、耐久性和耐腐蝕性優(yōu)良等特點[2-4]。自從Romualdi[5]和Irons[6]首先把鋼絲網(wǎng)砂漿加固技術(shù)引入到工程修復(fù)領(lǐng)域以來，國內(nèi)外眾多學(xué)者開始對這項技術(shù)展開深入研究。近年來，該加固法也開始在砌體結(jié)構(gòu)的修復(fù)加固中使用[7-8]，但研究重心主要集中在加固鋼筋混凝土的受彎構(gòu)件上[9-10]，對加固技術(shù)所使用的復(fù)合砂漿的研究相對較少。本文從復(fù)合砂漿材料自身出發(fā)，通過不同種類摻合料和膨脹劑的摻入研究了其對復(fù)合砂漿力學(xué)性能、抗?jié)B性能以及體積穩(wěn)定性的影響，為惡劣工況下地下污水管道修復(fù)使用的高強、高耐久復(fù)合砂漿提供一定的參考。

1 試驗

1.1 原材料

水泥（C）：武漢華新P·O52.5水泥；水（W）：符合JGJ63—2006《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》要求；微珠粉（WZ）：深圳道特；無水石膏粉（SG）：含山恒泰；礦粉（KF）：武鋼武新S140活性超細礦粉；氧化鎂膨脹劑（EA1）、氧化鈣-硫鋁酸鈣國標(biāo)Ⅱ型膨脹劑（EA2）：武漢三源；河砂（S）：連續(xù)級配，細度模數(shù)2.6，最大粒徑不超過1 mm；聚酯纖維（F）：鹽城恒固，長度6 mm；萘系減水劑（WR）：萬山；其他功能助劑（FU）：具體組成為1份保水劑、6份觸變潤滑劑、6份調(diào)凝劑、12份黏度改性劑。部分原材料的化學(xué)成分見表1，水泥的物理力學(xué)性能見表2，微珠粉和超細礦粉的物理性能見表3。

表1 水泥、摻合料和膨脹劑的化學(xué)成分 %

表2 水泥的物理力學(xué)性能

表3 微珠粉和礦渣粉的物理性能

1.2 試驗配比（見表4）

表4 復(fù)合砂漿的試驗配合比

1.3 試驗方法

按照GB/T 2419—2005《水泥膠砂流動度試驗標(biāo)準(zhǔn)》測試復(fù)合砂漿的流動度；按照GB/T 17671-1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》測試復(fù)合砂漿的1、7、28 d抗折和抗壓強度；按照JC/T 603—2004《水泥膠砂干縮試驗方法》進行體積穩(wěn)定性試驗；按照GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》進行抗氯離子滲透試驗（電通量法）。

2 試驗結(jié)果及分析

摻合料和膨脹劑分別按不同質(zhì)量百分比內(nèi)摻取代水泥，對復(fù)合砂漿性能的影響見表5。

表5 摻合料和膨脹劑對復(fù)合砂漿性能的影響

2.1 摻合料和膨脹劑對復(fù)合砂漿流動度的影響

由表5可以看出：微珠粉、石膏粉和氧化鈣-硫鋁酸鈣膨脹劑的摻入能不同程度增大復(fù)合砂漿的流動度，其中微珠粉的改善效果最顯著。這是因為這類摻合料或膨脹劑的需水量比普通硅酸鹽水泥小，內(nèi)摻取代水泥時漿體流動性會有所改善，而微珠粉的“滾珠效應(yīng)”對流動性的改善則更為顯著。超細礦粉和氧化鎂膨脹劑的摻入降低了復(fù)合砂漿的流動性，這是由于活性超細礦粉和氧化鎂膨脹劑比表面積較大，更易包裹水分導(dǎo)致的。

2.2 摻合料和膨脹劑對復(fù)合砂漿力學(xué)性能的影響

由表5可以看出：

（1）微珠粉、硬石膏粉和超細礦粉的摻入都降低了復(fù)合砂漿1 d抗折強度，且隨著摻量的增加，1 d抗折強度都呈下降趨勢，而7 d和28d抗折強度與對照組持平或明顯高于對照組。這說明摻合料內(nèi)摻取代水泥后降低了復(fù)合砂漿的早期水化活性，而后期由于微珠粉和超細礦粉的火山灰活性和填充效應(yīng)以及硬石膏促進了鈣礬石的生成等原因改善了水泥石結(jié)構(gòu)，使抗折強度得到提高。另外，硬石膏粉的摻入能明顯提高復(fù)合砂漿的28 d抗折強度，而超細礦粉的摻入能明顯提高復(fù)合砂漿的7 d抗折強度，但28 d抗折強度出現(xiàn)倒縮。這是因為石膏對復(fù)合砂漿體系強度的發(fā)展有至關(guān)重要的作用，在一定摻量范圍內(nèi)，復(fù)合砂漿的抗折強度隨硬石膏粉摻量的增加而提高[11]，而超細礦粉7 d之前的水化活性得到了充分的發(fā)揮，7～28 d的水化活性增長趨勢逐步放緩。氧化鎂膨脹劑的摻入對復(fù)合砂漿抗折強度影響不大，而氧化鈣-硫鋁酸鈣膨脹劑對復(fù)合砂漿抗折強度的影響顯著，當(dāng)摻量達到6%時，抗折強度出現(xiàn)斷崖式下降，這是由于氧化鈣-硫鋁酸鈣膨脹劑超摻、膨脹能過大使得復(fù)合砂漿試塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞導(dǎo)致的。

（2）不同摻合料和膨脹劑摻量對復(fù)合砂漿不同齡期抗壓強度的影響與其對抗折強度的影響趨勢基本一致，值得注意的是，超細礦粉和硬石膏粉分別摻入復(fù)合砂漿時，摻入超細礦粉的砂漿28 d抗折強度出現(xiàn)倒縮的情況下抗壓強度仍有大幅度提高，這說明超細礦粉的摻入在提高復(fù)合砂漿抗壓強度的同時并沒有改善抗折性能；而硬石膏粉的摻入在明顯改善復(fù)合砂漿抗折性能的同時，抗壓強度發(fā)展趨勢也基本正常。綜上所述：摻入適量硬石膏粉對復(fù)合砂漿力學(xué)性能的改善具有明顯的作用，但摻量超過一定值時，復(fù)合砂漿的力學(xué)性能呈下降趨勢。

2.3 抗氯離子滲透性能

由表5可見，微珠粉的摻入降低了復(fù)合砂漿的28 d電通量，提高了抗氯離子滲透性能，這與相關(guān)文獻中粉煤灰等摻合料對混凝土抗氯離子滲透性能的研究結(jié)果一致[12]。而硬石膏粉的摻入能大幅降低復(fù)合砂漿的28 d電通量，摻量為6%時復(fù)合砂漿電通量僅為187.2 C，對復(fù)合砂漿抗氯離子滲透性能提升效果顯著。超細礦粉和氧化鎂膨脹劑的摻入反而使復(fù)合砂漿的電通量高于對照組，降低了復(fù)合砂漿的抗氯離子滲透性能。4%摻量范圍內(nèi)的氧化鈣-硫鋁酸鈣膨脹劑也能降低復(fù)合砂漿的電通量，當(dāng)摻量達到6%時，復(fù)合砂漿的電通量超過1400 C，抗氯離子滲透性能急劇下降。這與6%摻量氧化鈣-硫鋁酸鈣膨脹劑使強度急劇下降有關(guān)。

2.4 體積穩(wěn)定性

不同摻合料和膨脹劑對復(fù)合砂漿體積穩(wěn)定性的影響如圖1所示。

圖1 不同摻合料和膨脹劑復(fù)合砂漿的干燥收縮曲線

從圖1可以看出，微珠粉的摻入對降低復(fù)合砂漿28d干縮率沒有明顯效果，而硬石膏粉、超細礦粉和2種膨脹劑的摻入均能不同程度降低復(fù)合砂漿28d干縮率。硬石膏粉摻量為2%時，復(fù)合砂漿的28 d干縮率為-0.154%，達到最?。挥彩喾蹞搅繛?%和6%時，復(fù)合砂漿28 d干縮率分別為-0.159%和-0.161%。超細礦粉、氧化鎂膨脹劑和氧化鈣-硫鋁酸鈣膨脹劑對復(fù)合砂漿干縮率發(fā)展趨勢的影響基本一致，隨其摻量的增加，復(fù)合砂漿的28 d干縮率均逐漸減小，三者摻量均為6%時，對應(yīng)復(fù)合砂漿28 d干縮率分別為-0.153%、-0.149%和-0.085%。對比復(fù)合砂漿14～28 d干縮率發(fā)展趨勢可以看出，摻入6%氧化鈣-硫鋁酸鈣膨脹劑時，復(fù)合砂漿28 d干縮率比14 d干縮率大，而其他曲線均為降低趨勢。這是因為氧化鈣-硫鋁酸鈣膨脹劑超摻使復(fù)合砂漿干縮試塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞所導(dǎo)致。

3 結(jié)論

（1）摻加不同摻合料均能不同程度地提高復(fù)合砂漿的28 d強度。硬石膏粉的摻入能明顯提高復(fù)合砂漿的28 d抗折強度；超細礦粉的摻入能明顯提高復(fù)合砂漿的28 d抗壓強度；氧化鈣-硫鋁酸鈣膨脹劑超摻會顯著降低復(fù)合砂漿的28 d強度。

（2）微珠粉和硬石膏粉的摻入能明顯提高復(fù)合砂漿的抗氯離子滲透性能，硬石膏粉摻量為6%時，復(fù)合砂漿28d電通量僅為187.2 C。而超細礦粉和氧化鎂膨脹劑對復(fù)合砂漿的抗氯離子滲透性能沒有明顯改善作用。

（3）微珠粉對改善復(fù)合砂漿體積穩(wěn)定性沒有明顯作用，其他不同摻合料或膨脹劑的摻入均能不同程度降低復(fù)合砂漿28 d干縮率，改善復(fù)合砂漿體積穩(wěn)定性。