安亞強(qiáng) 張 偉 武 強(qiáng) 馬夢娜 丁 瑤

（1.陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 土木工程學(xué)院，陜西 咸陽 712000；2.浙江華東工程咨詢有限公司，浙江 杭州 712100）

錨桿支護(hù)作為邊坡加固防護(hù)的主要形式之一，因其具有工藝簡單、造價低廉而被廣泛應(yīng)用。水泥漿作為錨桿孔的主要灌漿材料之一，對于鎖錨、增強(qiáng)邊坡強(qiáng)度都有很重要的作用。水泥漿由水泥和水按一定比例配置而成的混合漿液，有時還會加入一些外加劑和摻合料以改善其流動性而更適用于實際工程。目前，工程中普遍通過加入減水劑等以改善水泥漿的凝結(jié)時間和流變性而達(dá)到控制性灌漿的目的[1]。

減水劑的減水機(jī)理是水泥在水化過程中會產(chǎn)生的絮凝狀結(jié)構(gòu)，加入減水劑后使水泥-水體系處于相對穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)，且使加水初期的絮凝狀結(jié)構(gòu)分散解體釋放出自由水，從而起到改善水泥漿流變性能的目的[2]。此外，水泥漿中加入減水劑之后，因減水劑的摻入使得水化反應(yīng)的接觸面積增大加速了水化反應(yīng)速度，水泥漿的凝結(jié)時間顯著縮短[3]。

金沙江某水電站引水發(fā)電進(jìn)口二級邊坡的錨索孔采用摻有減水劑的水泥漿澆灌錨索孔，但在施工中發(fā)生了跑漿、漏漿、塌孔和堵管的情況，針對此種工程實際問題，本文從摻減水劑的水泥漿的凝結(jié)時間、流動性和強(qiáng)度三方面展開對摻減水劑的水泥凈漿性能的研究，以期獲得單摻減水劑的水泥漿凝結(jié)時間與強(qiáng)度的發(fā)展規(guī)律，來指導(dǎo)實際工程的順利施工。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗所用水泥為峨勝PO42.5型普通硅酸鹽水泥，其基本性能均滿足普通硅酸鹽水泥要求。減水劑采用四川某公司生產(chǎn)的JC聚羧酸鹽高性能減水劑，最大減水率是20%，推薦產(chǎn)量為1%，細(xì)骨料為中等河砂，細(xì)度模數(shù)2.83，含泥量小于3%。

1.2 方法

1.2.1 試驗設(shè)備

水泥漿體Marsh時間自動測定儀，也稱作馬歇爾漏斗Marsh筒，用于測定含有外加劑的水泥漿體的流動性能，用該法研究確定水泥與外加劑的適應(yīng)性，具有簡便、快捷、試驗誤差小、敏感性好特點，可以直接確定摻有外加劑的水泥漿的流動性和其他相關(guān)性能。

1.2.2 試驗設(shè)計

考慮到減水劑摻量和水灰比影響到水泥漿的凝結(jié)時間和強(qiáng)度大小，本試驗根據(jù)工程現(xiàn)場灌漿經(jīng)驗取水灰比分別為0.5、0.55、0.58和0.6，減水劑摻量結(jié)合廠家推薦用量和施工現(xiàn)場的摻加量取四組水平，主要研究水灰比和減水劑摻量對水泥漿凝結(jié)時間、流動性和強(qiáng)度的影響規(guī)律。

試驗的配合比設(shè)計根據(jù)相關(guān)規(guī)程《水泥基灌漿材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（GB/T 50448-2015）和《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗方法(ISO法)》（GB/T 17671-1999）規(guī)定進(jìn)行設(shè)計，減水劑的摻量參照規(guī)范《聚羧酸系高性能減水劑》（JGT 223-2017）和《水泥與減水劑相容性試驗方法》（JC/T 1083-2008）規(guī)定的方法，摻量以膠凝材料用量百分?jǐn)?shù)計量。具體試驗配合比見表1。

表1 試驗配合比及結(jié)果

1.2.3 試驗方法及試件制作

本試驗中水泥漿凝結(jié)時間參照《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時間、安定性檢驗方法》（GB/T1346）規(guī)定測定。

水泥漿的流動度測定方法采用《水泥與減水劑相容性試驗方法》（JC/T 1083-2008）中的Marsh筒法進(jìn)行測定Marsh度值。

水泥漿強(qiáng)度參照GB/T17671-1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗方法》規(guī)范，結(jié)合相關(guān)學(xué)者的研究[4]中的有關(guān)做法進(jìn)行試驗研究?？箟簭?qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)試件應(yīng)該采用尺寸為40mm×40mm×160mm的棱柱體[5]，凝結(jié)3d、7d后再對試件進(jìn)行抗壓強(qiáng)度的測定。

2 結(jié)果與分析

本次試驗共21組配合比，每組配合比試驗包括3組3d抗壓強(qiáng)度試驗和3組7d抗壓強(qiáng)度試驗，均在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)，具體的試驗結(jié)果見表1。

2.1 凝結(jié)時間分析

根據(jù)表1中水泥漿的凝結(jié)時間數(shù)據(jù)，得到不同水灰比和不同減水劑摻量的水泥漿的凝結(jié)時間的影響規(guī)律如圖1所示。

圖1 水灰比和減水劑摻量對水泥漿凝結(jié)時間的影響

由圖1可得，隨著減水劑摻量增加，不同水灰比下水泥漿初凝時間先縮短后延長，其中以減水劑摻量為2%時，各水灰比下水泥漿凝結(jié)時間最短。隨著水灰比增加，水泥漿初凝時間變化幅度是增加的，其中以水灰比為0.5時水泥漿初凝時間變化幅度最小。

試驗中，水灰比為0.6時，摻減水劑的水泥漿的初凝時間為比普通硅酸鹽水泥的初凝時間最大可縮短16min。由此可知，可通過調(diào)整水灰比和減水劑摻量控制水泥漿的凝結(jié)時間在一定范圍內(nèi)變化以滿足施工中對于水泥漿凝結(jié)硬化時間的要求。

2.2 流動性分析

水泥漿的流動性參考了《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗方法》（GB/T 8077-2012）等規(guī)范中關(guān)于水泥凈漿流動性測定的方法，采用工程實際中普遍使用的Marsh筒來檢驗流動性較大的水泥漿的流動性。大流動性的水泥漿在灌注錨索孔時既可以及時封閉錨索孔內(nèi)部孔壁的裂隙，又可增強(qiáng)錨索孔強(qiáng)度，以便加固邊坡或者地基，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。本試驗中不同水灰比下不同摻量的減水劑與水泥漿的流動性規(guī)律如圖2所示。

由圖2可知，隨著減水劑摻量增加，水泥漿的流動性不斷增加并趨于穩(wěn)定，水泥漿的Marsh度不斷降低并趨于穩(wěn)定，表明低水灰比摻加減水劑后流動性普遍轉(zhuǎn)好，減水劑摻量達(dá)3%之后，流動性趨于穩(wěn)定，變化不大。

圖2 水灰比和減水劑摻量對水泥漿流動性的影響

由以上規(guī)律可知，摻有減水劑的水泥漿可通過減水劑摻量來有效控制水泥漿的流動性，采用0.5的水灰比可有效控制水泥漿的Marsh度，有利于水泥凈漿順暢通過自流動達(dá)到所需灌漿的錨索孔內(nèi)，達(dá)到填充密實目的。

2.3 強(qiáng)度分析

水泥膠砂強(qiáng)度試驗因加入標(biāo)準(zhǔn)砂提升了水泥漿的強(qiáng)度，不能真實反映水泥凈漿的真實強(qiáng)度，所以，本試驗采用水泥漿體在膠砂試模中成型并試驗，不同水膠比和減水劑摻量對水泥漿強(qiáng)度的影響規(guī)律如圖3所示。

由圖3可得出：

圖3 水灰比和減水劑摻量對水泥漿抗壓強(qiáng)度的影響

（1）隨著減水劑摻量增加，水泥漿3d的早期強(qiáng)度和7d抗壓強(qiáng)度對任一種水灰比，都具有不斷減小的規(guī)律，這也體現(xiàn)了減水劑在一定程度上會降低水泥凈漿的早期強(qiáng)度。

（2）對于同一摻量減水劑的水泥漿，隨著水灰比減小其3d抗壓強(qiáng)度逐漸增大。

（3）水灰比小于0.55且減水劑摻量小于1%時，摻減水劑的水泥漿3d抗壓強(qiáng)度不低于10MPa，水灰比0.5且減水劑摻量1%時水泥漿早期強(qiáng)度比大于75%[6]。

從試驗數(shù)據(jù)顯然看出，大部分水泥漿的7d抗壓強(qiáng)度比3d抗壓強(qiáng)度稍高，只有部分水泥漿7d抗壓強(qiáng)度比3d抗壓強(qiáng)度有一定損失，究其原因主要在于隨著水化反應(yīng)趨于穩(wěn)定，水化產(chǎn)物中堿的濃度增加，對鈣礬石等水化產(chǎn)物有一定的腐蝕作用，所以出現(xiàn)了后期強(qiáng)度有損失的現(xiàn)象。

3 結(jié)語

通過摻減水劑的水泥漿試驗研究，經(jīng)過分析與對比，初步得出以下三條結(jié)論：

（1）水灰比、減水劑的摻量對水泥漿的凝結(jié)時間和強(qiáng)度有一定顯著的影響，水灰比越小，凝結(jié)時間越短，早強(qiáng)強(qiáng)度越大；不同水灰比，減水劑摻量為1%～3%時水泥漿凝結(jié)時間較短；減水劑摻量小于1%時，早期抗壓強(qiáng)度較好。

（2）水灰比小于0.55時，可通過減水劑摻量有效控制流動性大小。若精確控制流動性，可進(jìn)一步探究減水劑摻量在2%～3%范圍內(nèi)受水灰比的影響規(guī)律，并以期通過大量試驗得到Marsh度與水灰比、減水劑摻量之間的本構(gòu)關(guān)系。

（3）為了保證水泥漿能夠在一定流動性下灌滿填實錨索孔，不出現(xiàn)堵管，同時也能在水泥漿硬化前期具有足夠強(qiáng)度，需進(jìn)一步探究水灰比、減水劑摻量與凝結(jié)時間、Marsh度和抗壓強(qiáng)度之間的本構(gòu)關(guān)系，以便精準(zhǔn)控制水泥漿的凝結(jié)時間、早期強(qiáng)度和流動性大小，使其符合工程現(xiàn)場施工條件的要求。