遲鳳霞， 韓博*， 孫藝涵， 程沁靈， 周文靜

(1.浙江省道橋檢測(cè)與養(yǎng)護(hù)技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 杭州 310000； 2.浙江省交通運(yùn)輸科學(xué)研究院， 杭州 310000)

水損壞是半剛性基層瀝青路面常見(jiàn)的破壞形式，尤其在中國(guó)南方高溫多雨地區(qū)表現(xiàn)的更為嚴(yán)重[1-2]，在行車載荷的反復(fù)作用下道路極易出現(xiàn)路面結(jié)構(gòu)沉陷或基層松散甚至脫空等病害[3]。相對(duì)于傳統(tǒng)的開(kāi)挖修復(fù)，注漿加固技術(shù)顯得更有優(yōu)勢(shì)[4]。目前常用的注漿材料主要有化學(xué)注漿材料和水泥基材料，其中化學(xué)注漿材料具有可注性好、凝結(jié)時(shí)間可調(diào)、以及在水中抗分散性好等優(yōu)點(diǎn)，近年來(lái)越來(lái)越多地應(yīng)用于富水環(huán)境的工程處治中[5]，但其也存在反應(yīng)產(chǎn)物的不穩(wěn)定性和價(jià)格昂貴等缺陷，而且化學(xué)注漿材料對(duì)環(huán)境具有一定的危害，因此限制了其大規(guī)模的工程應(yīng)用[6]。而水泥基注漿材料雖然其結(jié)石體對(duì)環(huán)境友好、成本低、抗?jié)B性好以及耐久性能優(yōu)異，但凝結(jié)時(shí)間較長(zhǎng)，且富水環(huán)境留存率低，在工程應(yīng)用的過(guò)程中時(shí)常發(fā)生跑漿現(xiàn)象，故無(wú)法滿足當(dāng)前工程需求[7]。

水泥-水玻璃雙液注漿材料由于凝結(jié)時(shí)間短且早期強(qiáng)度高，對(duì)于富水的松散基體加固及裂隙封堵具有巨大優(yōu)勢(shì)[8-9]。萬(wàn)志等[10]研究了在5%膨潤(rùn)土摻量下水泥-水玻璃體積比和粉煤灰摻量對(duì)水泥-水玻璃漿液性能的影響，得出水泥-水玻璃體積比為2和25%粉煤灰摻量的注漿材料性能最優(yōu)；連會(huì)青等[11]通過(guò)正交試驗(yàn)研究了不同配比水泥-粉煤灰-水玻璃注漿材料結(jié)石體抗壓強(qiáng)度的變化規(guī)律，得出在水膠比為0.8、粉煤灰摻量為20%以及水玻璃添加比為1%的注漿材料抗壓強(qiáng)度最高。目前，在摻有膨潤(rùn)土(bentonite，B)的水泥基-水玻璃雙液注漿材料體系中，科研工作者多以粉煤灰作為摻合料進(jìn)行研究，但以礦渣微粉(ground granulated blast-furnace slag，GGBFS)作為礦物摻合料，并研究其摻量對(duì)水泥基-水玻璃雙液注漿材料性能的影響還不明確，另外，粉煤灰和礦渣微粉在相同摻量時(shí)，分別摻有上述兩種摻合料的水泥基-水玻璃雙液注漿材料的性能對(duì)比更是鮮有報(bào)道[9-10]。

為此，現(xiàn)選取粉煤灰和礦渣微粉作為礦物摻和料，以內(nèi)摻的方式取代水泥-水玻璃雙液注漿材料中水泥組分，通過(guò)考察新拌漿體流動(dòng)性、硬化后試樣抗折/壓強(qiáng)度，并結(jié)合結(jié)石體微觀形貌和孔結(jié)構(gòu)分析，以期探究礦物摻和料種類及含量對(duì)水泥基-水玻璃雙液注漿材料的影響規(guī)律。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原材料

注漿材料由水泥基漿液和水玻璃兩部分構(gòu)成。水泥基漿液包含的礦料主要有水泥(OPC)、粉煤灰(FA)、礦渣微粉(GGBFS)以及膨潤(rùn)土(B)，其中水泥為海螺牌P·O 42.5普通硅酸鹽水泥；粉煤灰等級(jí)為F級(jí)，由深圳道特科技有限公司提供；礦渣微粉(GGBFS)為S95級(jí)，由馬鋼嘉華新型建材有限公司提供；膨潤(rùn)土(B)為納基膨潤(rùn)土，由安吉縣益國(guó)膨潤(rùn)土廠提供。上述礦料的化學(xué)組成如表1所示，每種原材料的微觀形貌如圖1所示，從圖1中可以看到，礦渣微粉與水泥顆粒形狀相似，都為形狀不規(guī)則的固體顆粒，而粉煤灰顆粒形狀為圓球狀，膨潤(rùn)土為層片狀。粒徑分布如圖2所示，OPC、FA、GGBFS以及B的平均顆粒尺寸(D50)分別為18.7、4.58、12.7、24.1 μm。所使用的水玻璃模數(shù)為3.0，波美數(shù)為40，由杭州新速化工有限公司提供。減水劑為聚羧酸高效減水劑由上海三瑞高分子材料股份有限公司提供，減水率為30%。

表1 原材料化學(xué)組成Table 1 Raw material chemical composition

圖1 原材料掃描電鏡圖Fig.1 The scanning electron microscope images of raw materials

圖2 礦料的粒度分布Fig.2 Particle size distribution

1.2 配合比設(shè)計(jì)

選取粉煤灰和礦渣微粉兩種礦物摻合料，分別研究了不同摻量的粉煤灰及礦渣微粉對(duì)水泥-水玻璃雙液注漿材料性能的影響。兩種礦物摻和料都設(shè)置了4個(gè)不同摻量(10%、20%、30%、40%)共計(jì)8個(gè)實(shí)驗(yàn)組，各實(shí)驗(yàn)組的礦物摻和料分別與摻量為5%的膨潤(rùn)土一起以內(nèi)摻形式等質(zhì)量取代水泥基漿料中水泥組分，對(duì)照組為水泥基漿料中除膨潤(rùn)土以外其他礦物摻和料含量為0%的組別。利用減水劑提高水泥基漿體的流動(dòng)度，其添加量為礦料總質(zhì)量的0.5%，水泥基漿體的水膠比為1，該水膠比廣泛應(yīng)用于注漿材料中[12]，水泥基漿液的配合比信息詳如表2所示。對(duì)于制得的每個(gè)實(shí)驗(yàn)組水泥基漿液分別與水玻璃按體積比3∶1(VC∶VS=3∶1)混合，組成水泥-水玻璃雙組分注漿材料。以粉煤灰摻加量是10%的實(shí)驗(yàn)組為例，與水玻璃混合后記為VC∶VS=3∶1-FA10，其中VC∶VS=3∶1代表水泥基漿液與水玻璃按3∶1比例混合，水泥基材料中粉煤灰摻量為10%。

表2 不同類型水泥基漿液配合比Table 2 Mix ratio of different types of cement-based grout

1.3 樣品制備及方法

水泥-水玻璃雙液注漿材料的制備過(guò)程為：第一步制備水泥基漿液，首先按配合比要求將稱量好的各種礦料依次放入攪拌機(jī)中，并用刮刀將礦料拌和均勻，然后將減水劑和總水量3/4的水混合后加入攪拌機(jī)中，邊加邊用刮刀攪拌以防止?jié){料局部成坨，待攪拌均勻后加入余下的水，接下來(lái)啟動(dòng)攪拌機(jī)并以1 500 r/min高速攪拌5 min，得到水泥基漿液。第二步配置水泥-水玻璃雙液注漿材料，將水玻璃溶液按體積比1∶3比例快速倒入第一步制備好的水泥基漿液中，并以1 500 r/min高速攪拌10 s防止快速凝固，得到水泥-水玻璃雙液注漿材料。

對(duì)于制得的水泥基漿液首先進(jìn)行工作性和有效水膠比W/S有效測(cè)試，通過(guò)微坍落度和流動(dòng)時(shí)間兩項(xiàng)指標(biāo)對(duì)第一步制備的水泥基漿液工作性進(jìn)行評(píng)價(jià)，其中微坍落度采用截錐圓模進(jìn)行測(cè)試，截錐圓模尺寸為高度60 mm，底部直徑36 mm和頂部直徑60 mm；測(cè)試漿體流動(dòng)時(shí)間的實(shí)驗(yàn)儀器為流動(dòng)錐，流動(dòng)錐的流出管孔徑為13 mm，長(zhǎng)度為38 mm，清潔水注入流動(dòng)錐流出1 725 mL所需的時(shí)間為8.0 s。水泥基漿液有效水膠比測(cè)試原理如圖3所示。水泥基漿液結(jié)石體W/S有效[13]計(jì)算公式為

W/S有效=(1-CB)×W/S最初

(1)

式(1)中：CB=Δh/40為水泥基漿體的泌水率；1-CB為水泥基漿體的結(jié)石率；W/S最初為水泥基漿體的最初水膠比，其值為1。

圖3 有效水膠比測(cè)試原理及試件Fig.3 Effective water-binder ratio test principle and specimen

對(duì)于水泥基漿體和水泥-水玻璃雙液注漿材料的力學(xué)性能，將剩余的水泥基漿液和第二部制得的水泥-水玻璃雙液注漿材料倒入40 mm×40 mm×160 mm三聯(lián)模中，并用保鮮膜覆蓋表面盡量減少水分散失，室溫養(yǎng)護(hù)1 d后脫模，然后將試件移入20 ℃標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中直至測(cè)試齡期。每個(gè)實(shí)驗(yàn)組成型12個(gè)試件，其中水泥基試件9個(gè)，每個(gè)齡期測(cè)試3個(gè)，分別用于3、7、28 d抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度測(cè)試，水泥-水玻璃雙液注漿材料試件3個(gè)，用于28 d齡期抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度測(cè)試。每組各齡期試件進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)后，分別進(jìn)行取樣，然后用酒精浸泡終止反應(yīng)，用于后續(xù)掃描電鏡(scanning electron microscope, SEM)和壓汞法(mercury intrusion porosimetry, MIP)分析。

2 結(jié)果與討論

2.1 新拌漿體性能

2.1.1 水泥基單漿微坍落度和流動(dòng)時(shí)間

微坍落度和流動(dòng)時(shí)間都是衡量水泥基漿體和易性的重要參數(shù)，微坍落度指標(biāo)可以表征注漿材料在裂隙中的擴(kuò)散或擴(kuò)展能力，而新拌漿體的黏度可以通過(guò)流動(dòng)時(shí)間來(lái)反映。圖4為礦物摻合料種類及含量對(duì)水泥基單漿的和易性影響。從圖4中可以看出，對(duì)于微坍落度參數(shù)，摻加礦物摻合料的實(shí)驗(yàn)組微坍落度值都小于對(duì)照組，且內(nèi)摻粉煤灰組的微坍落度值表現(xiàn)為，隨著粉煤灰摻量的增加漿液微坍落度值逐漸減小，但內(nèi)摻礦渣微粉組隨著摻量的增加漿體微坍落度值變化不大。對(duì)于流動(dòng)時(shí)間參數(shù)，從圖4可以看出，內(nèi)摻粉煤灰實(shí)驗(yàn)組的流動(dòng)時(shí)間先減小后增加，漿體的流動(dòng)性呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，在摻量為10%時(shí)，對(duì)漿體流動(dòng)性改善最明顯。而內(nèi)摻礦渣微粉的實(shí)驗(yàn)組，隨著礦渣微粉含量的增加漿體流動(dòng)時(shí)間呈減小趨勢(shì)，但變化不明顯。

圖4 水泥基漿液微坍落度和流動(dòng)時(shí)間Fig.4 Mini-slumps and flow times of cement-based grout

對(duì)于內(nèi)摻粉煤灰情況，粉煤灰為球形玻璃微珠，與水泥相比平均顆粒尺寸更小、比表面積更大，其具有“微填充”和“滾珠軸承”作用[14-15]。少量粉煤灰取代水泥顆粒后，粉煤灰顆粒會(huì)部分填充水泥顆粒間隙，使得漿體中顆粒與顆粒間束縛的水分被部分釋放，從而產(chǎn)生滾珠潤(rùn)滑作用，因此漿體黏度隨粉煤灰的摻量增加而增加；但當(dāng)漿體中粉煤灰內(nèi)摻含量大于10%之后，漿體中固體顆粒整體比表面積增大作用會(huì)進(jìn)一步凸顯，導(dǎo)致固體顆粒對(duì)漿體中水分和減水劑產(chǎn)生較強(qiáng)的吸附作用，超過(guò)了粉煤灰的“滾珠軸承”潤(rùn)滑作用，從而增加了漿體的黏度，延長(zhǎng)了漿體的流動(dòng)時(shí)間。由于水泥基單漿的流動(dòng)性較大，對(duì)照組漿體存在明顯泌水現(xiàn)象，此時(shí)微坍落度法受漿體泌水現(xiàn)象干擾嚴(yán)重，使得內(nèi)摻少量粉煤灰對(duì)漿體流動(dòng)度增加作用無(wú)法通過(guò)微坍落度值準(zhǔn)確顯現(xiàn)，而流動(dòng)錐法則可以清楚地反映出粉煤灰內(nèi)摻含量變化對(duì)漿體流動(dòng)性的影響規(guī)律。而對(duì)于內(nèi)摻礦渣微粉情況，礦渣微粉顆粒表面多棱角且尺寸略小于水泥，部分取代水泥后，礦渣微粉顆粒也存在微填充作用，從而使大顆粒間的內(nèi)摩擦力減小，縮短了漿體的流動(dòng)時(shí)間，增加了漿體的流動(dòng)性。內(nèi)摻礦渣微粉組的漿體存在明顯的泌水現(xiàn)象，所以該組漿體微坍落度值表現(xiàn)上下波動(dòng)，這再次說(shuō)明，流動(dòng)錐法比微坍落度法更適用于反映高水膠比漿體的流動(dòng)性[16]。

2.1.2 水泥基單漿有效水膠比

有效水膠比可評(píng)價(jià)漿體的穩(wěn)定性，采用漿體硬化后試件計(jì)算有效水膠比，不是漿體2 h后的泌水率，所以漿體有效水膠比為1，代表漿體完全結(jié)石。圖5為礦物摻合料種類及含量對(duì)水泥基單漿有效水膠比的影響。從圖5中可以看出，內(nèi)摻礦物摻合料實(shí)驗(yàn)組的有效水膠比都高于對(duì)照組，其中內(nèi)摻粉煤灰對(duì)漿體的有效水膠比提升作用更顯著，表現(xiàn)為隨著粉煤灰摻量的增加漿體有效水膠比逐漸增大，且有效水膠比都在0.9以上；而內(nèi)摻礦渣微粉組雖然對(duì)漿體的有效水膠比有提升作用，但提升作用較小，礦渣微粉組最高有效水膠比為內(nèi)摻20%時(shí)，但其有效水膠比也僅為0.9。上述現(xiàn)象主要是由于，粉煤灰，礦粉顆粒較粉煤灰顆粒密實(shí)，需水量低，保水性差，摻量過(guò)多易導(dǎo)致漿體泌水。

圖5 水泥基漿液有效水膠比Fig.5 Effective W/S有效

2.2 力學(xué)性能

2.2.1 抗壓強(qiáng)度

圖6為礦物摻合料種類及摻量對(duì)水泥基單漿試件抗壓強(qiáng)度的影響，從圖6中看出，在早齡期3 d和7 d時(shí)，內(nèi)摻粉煤灰或礦渣微粉組的抗壓強(qiáng)度均低于對(duì)照組，且都表現(xiàn)為隨著摻量的增加試件抗壓強(qiáng)度值逐漸減小，在7 d齡期時(shí)，內(nèi)摻粉煤灰或礦渣微粉組的抗壓強(qiáng)度與對(duì)照組抗壓強(qiáng)度差值進(jìn)一步增大，但同齡期且同摻量的礦渣微粉組比粉煤灰組抗壓強(qiáng)度更高。在后期28 d時(shí)，內(nèi)摻粉煤灰組對(duì)漿體抗壓強(qiáng)度影響同早齡期一樣，也表現(xiàn)為隨著摻量增加試件的抗壓強(qiáng)度逐漸減小，但與對(duì)照組抗壓強(qiáng)度的差值會(huì)進(jìn)一步縮小，而內(nèi)摻礦渣微粉組對(duì)漿體抗壓強(qiáng)度的影響卻截然相反，表現(xiàn)為隨著摻量的增加試件抗壓強(qiáng)度逐漸增大，且抗壓強(qiáng)度值都高于對(duì)照組。上述現(xiàn)象主要是由于，與粉煤灰相比礦渣微粉的化學(xué)組成中含有更高的CaO組分，因此礦渣微粉早期水化活性遠(yuǎn)高于粉煤灰但弱于水泥，從而表現(xiàn)為在早齡期礦渣微粉組試件的抗壓強(qiáng)度值高于粉煤灰組和低于對(duì)照組。隨著粉煤灰或礦渣微粉內(nèi)摻含量的增加，導(dǎo)致水泥基材料中CaO含量降低，所以兩組試件抗壓強(qiáng)度表現(xiàn)為下降的趨勢(shì)。隨著反應(yīng)的進(jìn)行礦料中SiO2和Al2O3組分會(huì)被逐漸溶解并參與水化反應(yīng)，生成水化硅酸鈣和鈣礬石等水化產(chǎn)物，而礦渣微粉則可以提供更多的SiO2和Al2O3組分消耗水泥基材料中剩余的氫氧化鈣，從而在反應(yīng)后期28 d，內(nèi)摻礦渣微粉組試件的抗壓強(qiáng)度迅速增長(zhǎng)，且隨著摻量增加試件的抗壓強(qiáng)度逐漸增大。而內(nèi)摻粉煤灰組試件在28 d反應(yīng)后期與對(duì)照組抗壓強(qiáng)度的差值會(huì)進(jìn)一步縮小，主要是由于粉煤灰顆粒的微填充效應(yīng)使得水泥基材料結(jié)構(gòu)更加致密所致。

圖7為水泥基懸浮液與水玻璃體積比為3∶1時(shí)不同礦物摻合料種類及含量的水泥-水玻璃雙漿材料28 d抗壓強(qiáng)度，粉煤灰和礦渣微粉內(nèi)摻含量各設(shè)置了10%、20%、30%和40% 4個(gè)摻量。從圖7看出，不同粉煤灰摻量的水泥-水玻璃雙漿材料之間，28 d抗壓強(qiáng)度值相差不大。但以礦渣微粉為礦物摻合料的水泥-水玻璃雙漿材料，各組28 d抗壓強(qiáng)度值差異較大，隨著礦渣微粉摻量的增加，水泥-水玻璃雙漿材料的28 d抗壓強(qiáng)度表現(xiàn)為先增大后減小的趨勢(shì)。水泥基懸浮液與水玻璃溶液混合后，水玻璃中游離態(tài)的SiO2會(huì)與水泥基材料中釋放的CaO以及硅氧四面體和鋁氧四面體迅速發(fā)生縮聚反應(yīng)，最終形成C-S-H等水化產(chǎn)物[17-18]。采用的礦物摻合料粉煤灰為低鈣型，其中含有更高的SiO2和Al2O3組分，但由于其水化活性較低，不能快速解聚出更多的硅氧四面體和鋁氧四面體參與反應(yīng)。而出現(xiàn)粉煤灰摻量對(duì)水泥-水玻璃雙漿材料28 d抗壓強(qiáng)度影響不大的現(xiàn)象，可說(shuō)明水泥懸浮液與水玻璃以體積比3∶1混合時(shí)，在粉煤灰內(nèi)摻含量為40%的情況下水泥基懸浮液中依然有足夠的有效組分使水玻璃反應(yīng)完全。而礦渣微粉摻量不同的水泥-水玻璃雙漿材料，28 d抗壓強(qiáng)度先增大后減小主要是由于，礦渣微粉可以解聚出更多的硅氧四面體和鋁氧四面體單體參與反應(yīng)，進(jìn)而提升試件的抗壓強(qiáng)度，但當(dāng)內(nèi)摻含量超過(guò)20%時(shí)，由于大量的礦渣微粉被激發(fā)加快了反應(yīng)速率，從而導(dǎo)致試件自收縮增大在內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋，進(jìn)而使試件的抗壓強(qiáng)度降低。對(duì)于水泥-水玻璃雙漿材料，同齡期且同摻量的礦渣微粉組比粉煤灰組抗壓強(qiáng)度更高，主要是由于礦渣微粉組懸浮液穩(wěn)定性較差所致。

圖6 水泥基漿液結(jié)石體抗壓強(qiáng)度Fig.6 Compressive strength of cement-based grout stone body

VC∶VS為水泥基懸浮液與水玻璃體積比圖7 水泥基-水玻璃雙漿材料28 d抗壓強(qiáng)度Fig.7 28 d compressive strength of cement-based-water glass double slurry material

2.2.2 抗折強(qiáng)度

圖8為礦物摻合料種類及摻量對(duì)水泥基單漿試件抗折強(qiáng)度的影響，從圖8中看出，內(nèi)摻粉煤灰或礦渣微粉對(duì)水泥基材料抗折強(qiáng)度的影響與對(duì)抗壓強(qiáng)度影響規(guī)律相同。但內(nèi)摻礦渣微粉組試件在后期28 d時(shí)，GGBFS30和GGBFS40組試件抗折強(qiáng)度出現(xiàn)了倒縮現(xiàn)象，這主要是由于礦渣微粉提升抗壓強(qiáng)度的同時(shí)也使水泥基材料的自收縮增大，當(dāng)?shù)V渣微粉摻量過(guò)大時(shí)，試件會(huì)由于自收縮過(guò)大在表面及內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋，進(jìn)而導(dǎo)致試件的抗折強(qiáng)度出現(xiàn)倒縮現(xiàn)象。

圖9為水泥基懸浮液與水玻璃體積比為3∶1時(shí)不同礦物摻合料種類及含量的水泥-水玻璃雙漿材料28 d抗折強(qiáng)度，從圖9中可以看出，不同粉煤灰或礦渣微粉對(duì)水泥-水玻璃雙漿材料28 d抗折強(qiáng)度的影響與對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律相同，且水泥-水玻璃雙漿材料試件的28 d抗折強(qiáng)度明顯小于同齡期的水泥基單漿試件，其中礦渣微粉組的水泥-水玻璃雙漿材料試件抗折強(qiáng)度降低程度更為明顯。出現(xiàn)上述現(xiàn)象主要是由于水泥-水玻璃雙漿材料水化反應(yīng)過(guò)快所致，反應(yīng)進(jìn)行過(guò)快會(huì)在試件表面產(chǎn)生微裂紋并隨反應(yīng)的進(jìn)行向內(nèi)部延伸，最終導(dǎo)致試件抗折強(qiáng)度降低。

圖8 水泥基漿液結(jié)石體抗折強(qiáng)度Fig.8 Flexural strength of cement-based grout stone body

圖9 水泥基-水玻璃雙漿材料28 d抗折強(qiáng)度Fig.9 28d flexural strength of cement-based-water glass double slurry material

2.3 微觀結(jié)構(gòu)分析

選用礦物摻合料摻量為20%時(shí)的水泥基單漿試件和水泥-水玻璃雙漿試件進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)分析，圖10為FA20和GGBFS20試件在28 d齡期時(shí)的微觀形貌。從FA20試件的微觀形貌中可看出，結(jié)構(gòu)中存在較多的絮狀C-S-H凝膠和少量針狀鈣礬石(AFt)晶體，結(jié)構(gòu)中還可發(fā)現(xiàn)未水化的粉煤灰顆粒和微孔結(jié)構(gòu)。而在GGBFS20試件微觀形貌中，也可發(fā)現(xiàn)絮狀C-S-H凝膠和鈣礬石晶體，以及微孔孔結(jié)構(gòu)，但沒(méi)發(fā)現(xiàn)未水化的礦渣微粉顆粒，除此之外GGBFS20結(jié)構(gòu)中還存在氫氧化鈣(CH)晶體，CH的薄弱連接可能是微裂紋的來(lái)源，而且與 FA20試件相比GGBFS20試件的微觀結(jié)構(gòu)更為致密。上述現(xiàn)象很好地解釋了內(nèi)摻礦渣微粉組的試件28 d強(qiáng)度更高的原因。

圖10 水泥基漿液結(jié)石體28 d齡期微觀形貌Fig.10 Micromorphology of cement-based grout stone at 28 d age

圖11為FA20(VC∶VS=3∶1)和GGBFS20(VC∶VS=3∶1)試件在28 d齡期時(shí)的微觀形貌。從圖11可看出，兩組試件都具有致密的微觀結(jié)構(gòu)，F(xiàn)A20(VC∶VS=3∶1)試件中粉煤灰顆粒與C-S-H界面粘結(jié)效果較好，而對(duì)于GGBFS20(VC∶VS=3∶1)試件，可看出結(jié)構(gòu)中礦渣微粉顆粒被部分溶解并參與反應(yīng)生成水化產(chǎn)物，但GGBFS20(VC∶VS=3∶1)試件存在更多的微裂紋，這也是其抗折強(qiáng)度過(guò)低的主要原因。

圖11 水泥基-水玻璃雙漿材料28 d齡期微觀形貌Fig.11 Microstructure of cement-based-water glass double paste at 28 d age

2.4 孔結(jié)構(gòu)分析

圖12是水泥基單漿試件和水泥基-水玻璃雙漿試件中礦物摻合料摻量為20%時(shí)的累計(jì)孔體積。從圖12可知，GGBFS20和FA20試件的孔徑主要分布在10～100 nm，而FA20(VC∶VS=3∶1)和GGBFS20(VC∶VS=3∶1)試件的孔徑分布主要集中在10 nm左右。上述現(xiàn)象表明水泥基-水玻璃雙漿材料比水泥基材料孔結(jié)構(gòu)更小，但小孔的孔隙率相對(duì)較高。從圖12中還可發(fā)現(xiàn)，無(wú)論是水泥基材料還是水泥基懸浮液-水玻璃雙漿材料，都表現(xiàn)為礦渣微粉組試件的累計(jì)孔體積比粉煤灰組低，這說(shuō)明礦渣微粉相對(duì)于粉煤灰對(duì)孔結(jié)構(gòu)的改善作用更為顯著。

圖12 水泥基-水玻璃雙漿材料28 d齡期試件孔徑分布Fig.12 The pore size distribution of cement-based-water glass double slurry specimens at 28 d age

3 結(jié)論

(1)粉煤灰對(duì)水泥基漿液的流動(dòng)性具有明顯影響，表現(xiàn)為隨粉煤灰摻量的增加水泥基漿液流動(dòng)性先增大后減小，最佳摻量為10%，而且粉煤灰可有效增加水泥基漿液的有效水膠比；礦渣微粉對(duì)水泥基漿液的流動(dòng)性和有效水膠比影響不大。

(2)礦渣微粉可有效提升水泥基漿液結(jié)石體后期抗壓強(qiáng)度，但其摻量不應(yīng)超過(guò)20%，否則會(huì)對(duì)水泥基-水玻璃雙漿材料力學(xué)性能產(chǎn)生不利影響，而且以礦渣微粉為礦物摻合料的水泥基-水玻璃雙漿材料，需保證其水泥基懸浮液具有良好的穩(wěn)定性；粉煤灰摻量低于10%時(shí)，不會(huì)導(dǎo)致水泥基漿液結(jié)石體力學(xué)性能降低，而可以獲得力學(xué)性能更高水泥基-水玻璃雙漿材料。

(3)水泥基-水玻璃雙漿材料具有比水泥基單漿結(jié)石體更為致密的微觀結(jié)構(gòu)，而且礦渣微粉相對(duì)于粉煤灰對(duì)水泥基-水玻璃雙漿材料孔結(jié)構(gòu)的改善效果更好。