水泥基灌浆材料（共8篇）
水泥基灌浆材料 篇1
常用的水泥基灌浆材料 (下称水泥基灌浆料) 是一种由水泥、集料 (或不含集料) 、外加剂及其它材料, 经工业化生产的具有合理组分的干混料。其加水拌和均匀后具有可灌注的流动性、微膨胀、高的早期和后期强度、不泌水等性能, 广泛适用于地脚螺栓锚固、设备基础或钢结构柱脚底板的灌浆、混凝土结构加固改造及后张预应力混凝土结构孔道灌浆等工程。
目前市售的水泥基灌浆料品种较多。如按其主要强度来源的胶凝材料分, 大体可细分为五种, 即硅酸盐水泥 (或普通硅酸盐水泥, 下统称硅酸盐水泥) 基灌浆料、硫铝酸盐水泥基灌浆料、硅酸盐水泥—硫铝酸盐水泥复合的水泥基灌浆料、硅酸盐水泥—铝酸盐水泥复合的水泥基灌浆料和水泥基水性环氧树脂灌浆料 (下称环氧树脂灌浆料) 等。每种灌浆料都有其性能特点, 对应用范围和施工条件等都有相应的适应性。
关于水泥基灌浆料的应用, 指导其生产和应用的标准和规范比较充分。产品标准为国家行业标准[1]。应用规范有国家标准[2], 还有关于施工工艺的行业标准[3]。此外还有生产厂的说明书及出厂检验报告等。但是有的使用单位和施工部门执行应用技术规范不到位, 时有施工质量问题的发生, 有鉴于此, 笔者结合开发和使用水泥基灌浆料的体会, 谈谈水泥基灌浆料的选择及应用中应该注意的一些问题。
1 水泥基灌浆料的种类及特点
1.1 硅酸盐水泥基灌浆料
概括来说, 具有凝结较快、早期强度较高、抗冻性好、水化热高等特性, 但抗水性和耐化学腐蚀性较差。适合用于一般地上工程, 重要结构的高强混凝土和预应力混凝土工程、冬季施工及严寒地区遭受反复冰冻工程、不受侵蚀水作用的地下和水中工程以及不受高水压作用的工程。灌浆料使用P·Ⅰ (P·Ⅱ) 或P·O水泥, 就是利用其凝结较快, 早强效果好, 后期强度持续增长, 以及其与塑化剂、膨胀剂等外加剂有较好的适应性, 从而可制成在低水料比的情况下, 具有理想的流动性、微膨胀性、高的早期和后期强度等性能的水泥基灌浆料。
1.2 硫铝酸盐水泥基灌浆料
硫铝酸盐水泥是20世纪80年代由我国王燕谋、苏慕珍[4]等开发推广的。其具有早期强度发展快、水泥石结构致密、干燥收缩小和抗硫酸盐腐蚀等特点。特别适于混凝土冬期施工、抢修抢建、喷锚支护、浆锚节点、固井堵漏工程和要求抗渗或耐硫酸盐腐蚀的工程, 以及有早强、低碱要求的制品和建筑工程。该水泥执行的是国家行业标准[5]。标准规定其初凝不早于25min, 终凝不迟于180min, 也可按用户要求变动。强度等级是以3d抗压 (MPa) 强度表征的, 有42.5、52.5、62.5、72.5四个等级。显见其快硬早强性能突出。这是灌浆料所需要的。但其凝结时间短, 存在施工性的问题。有研究表明, 硼酸缓凝剂与“硫铝酸盐水泥+FDN减水剂”的二元体系适应性较好[6], 可作硫铝酸盐水泥混凝土的缓凝剂, 可通过调整其掺量, 获得较适宜的凝结时间。还有, 该水泥是一种低碱水泥, 人们自然想到它对钢筋锈蚀的影响问题。在这方面研究人员曾开展长期的考察和试验, 从近10年的钢筋埋设试验结果可以了解到, 钢筋的锈蚀程度并不随时间的延长而加剧, 而保持着最初的轻微锈斑程度, 不影响结构的长期使用[7]。显见, 灌浆料使用硫铝酸盐水泥是利用其快硬早强、适于低温施工、水泥石结构密实、微膨胀与低收缩等性能。
1.3 硅酸盐水泥与硫铝酸盐水泥复合的水泥基灌浆料
此种水泥基灌浆料的开发目的是取前两者灌浆料之长, 避两者之短。关于二者复合, 根据唐山北极熊建材有限公司的系统研究[8], 当硅酸盐水泥在硫铝酸盐水泥中的掺入比例不超过1/9时, 水泥的凝结时间缩短50%, 3h强度提高100%以上, 而后期强度没有显著变化。故在该参考文献中规定两种水泥可以混合使用, 硅酸盐水泥的掺用比例应小于10%。对于这两种水泥复合使用以获得不同的应用目的和技术效果的研究仍然不少。在研制早强微膨胀水泥基灌浆料方面也有相关报道[9,10,11], 尽管相关报道关于两种的掺配比例不同, 甚至差别很大, 但是通过外加剂及活性掺和料的调整, 所获得的灌浆料的性能及特点是相近的。此类灌浆料的特点概括起来有: (1) 早强、高强, 1d抗压强度可达35MPa以上, 28d强度可达70~80MPa。 (2) 无收缩、微膨胀。 (3) 施工使用性能适应。 (4) 施工速度快, 经济效益好, 同传统环氧砂浆相比, 造价低。正因如此, 生产厂家采用两种水泥掺配复合使用, 并选用适宜的塑化剂和掺合料生产灌浆料满足用户的不同要求。
1.4 硅酸盐水泥与铝酸盐水泥复合的水泥基灌浆料
桑国臣、刘加平试验研究了利用二者复合的水泥基无收缩复合灌浆料[12]。该灌浆料通过二者的合理复合, 并掺加适宜的掺合料、减水剂及缓凝剂等, 使其具有凝结时间可控、早强、高强、后期强度持续稳定增长, 并具适宜的流动性等性能。以普通硅酸盐水泥、铝酸盐水泥和硬石膏作胶凝材料, 通过选择多种专用外加剂可制得大流动度、微膨胀、早强、高强的水泥基灌浆料[13]。此类灌浆料所复合的铝酸盐水泥多半是CA-50类型。之所以复合使用CA-50型, 是利用其快硬、早强、高强性能, 标准[14]规定CA-50型的初凝不早于30min, 终凝不迟于6h, 6h、1d、3d的抗压强度分别不低于20MPa、40 MPa、50 MPa, 可见通过合理复合CA-50类型可提高水泥基灌浆料的快凝、早强性能;又通过复合硬石膏等可改善灌浆料的膨胀性能。
关于此类灌浆料的研究并不少见, 但制得具有快硬、早强、高强、高流动性、高保塑性、适宜膨胀性和稳定性, 以及有适宜的施工操作性的灌浆料并非易事, 再加上考虑成本等因素, 此类产品的市售产品并不多见。
1.5 水泥基水性环氧树脂灌浆材料
目前市售的水泥基水性环氧树脂灌浆料通常称为环氧树脂灌浆料。此类灌浆料是在水泥环氧改性水泥砂浆的基础上开发的。研究人员对这类灌浆料的性能进行了深入研究[15]。环氧树脂之所以能够用于水泥基灌浆料中, 是因为以其配制的胶泥、浆料有诸多优异性能, 择其要者有: (1) 良好的工艺性能。在常温下具有良好的流动性, 易与固化剂及粉料搅拌均匀, 能获得适宜稠度和固化速度。 (2) 粘结强度高。环氧树脂分子结构中含有羟基、醚基和极为活泼的环氧基, 能与多种被粘物质表面发生作用, 有较强的粘结强度。 (3) 固化收缩性小。环氧树脂与固化剂反应时是通过直接加成反应进行的, 无副产物产生, 也不会产生气体。 (4) 化学稳定性好。在一般酸、碱和大部分有机溶剂中具有较好的化学耐蚀性。 (5) 力学强度高。环氧基、醚基、羟基等都有很强的键力, 在固化剂的作用下, 使线型的环氧树脂分子交联成致密的网状结构, 显示出优良的力学性能。 (6) 抗渗性好。环氧树脂固化后具有很小的孔隙率, 显示低的吸水性和湿气传递。显见, 此类灌浆料利用水性环氧树脂及相应的固化剂就是对硅酸盐水泥基灌浆料进行改性, 改进其力学性能、抗渗性能、抗碳化性能和化学腐蚀性等。
复合使用环氧树脂的灌浆料也有其不足的方面, 如其固化程度和固化后的强度受施工和养护温度的影响较大, 对施工温度及随后至少24h内的环境温度要求较为严格;产品一般由3组分, 即树脂、固化剂及俗称的填料 (通常由水泥、集料、高性能减水剂、膨胀剂、消泡剂等复合而成) 组成。使用时应严格按生产厂根据工程具体情况提供的配比进行;其化学耐蚀性好是相对于硅酸盐水泥基的灌浆料而言的, 就环氧胶泥本身在氧化性酸、卤素等介质中的稳定性较差[16], 此外, 其造价也相对较高。
2 水泥基灌浆料的选择
2.1 对水泥基灌浆料选择的基本依据
选择的基本依据应充分考虑应用的范围、强度要求、设备运行时环境温度、环境条件、施工环境温度、施工进度要求及工程交付使用的时间要求、灌浆层厚度 (体积、面积等) 、地脚螺栓表面与孔壁的净间距等基本条件和要求。
2.2 适用于不同应用领域或条件的水泥基灌浆料的基本性能
按2.1的选择依据, 可选择应用种类的灌浆料。同一品种的灌浆料根据不同需求在规范GB/T50448-2008中又细分为4类, 对其主要性能做了规定, 详见表1。
由表1可知, 其中的流动度、竖向膨胀率、泌水率3项指标的要求都严于标准JC/T986-2005。笔者认为满足此标准的产品是产品厂家最起码的质量控制标准, 而满足表1的要求是满足实际应用的需求, 上述规范和此标准不是矛盾的。
在规范GB/T50448-2008中, 根据不同的应用范围和具体工程特点对表1中不同类别产品选择做了明确、详细的规定和说明, 详见该规范第6章, 此不赘述。
2.3 水泥基灌浆料的适用范围
原则上说上述水泥基灌浆料均适用于各种机器设备安装的座浆和二次灌浆, 钢结构柱底脚板灌浆, 植筋、锚杆、锚钉、地脚螺栓锚固, 抢修抢建工程、结构加固改造工程及楼板灌缝、结构后浇带, 建筑物、构筑物缺陷部位修补、加固、补强, 轨道与基础的连接、机场跑道修补、水库及大坝裂缝灌浆修补, 后张预应力混凝土结构孔道灌浆等。
2.4 对不同种类水泥基灌浆料的选择
前述的五种灌浆料, 其中两种水泥复合的少见, 硅酸盐水泥基的、硫铝酸盐水泥基的和环氧树脂的三种灌浆料较为常用, 故仅对这三者做以分述。
2.4.1 硅酸盐水泥基灌浆料。
此灌浆料是目前市场上广为应用的。对于上述应用范围, 只要不要求小时强度高或者不要求在正常施工和养护条件下施工后急于投入使用的工程都可选用此灌浆料。严寒地区或寒冷地区的冬期施工应用, 也可选用此灌浆料, 但施工时必须严格执行GB/T50448-2008规范和JGJ/T104-2011规程的相关规定。
2.4.2 硫铝酸盐水泥基灌浆料。
原则上在前述的应用范围都可使用此灌浆料, 但考虑成本 (高于硅酸盐水泥基的) 和施工性等, 一般多在抢修抢建、喷锚支护、浆锚节点、固井堵漏、严寒及寒冷地区的冬期施工应用等工程及要求抗渗或耐硫酸盐浸蚀的工程所优先选用。
2.4.3 环氧树脂灌浆料。
该灌浆料从技术性能上看完全适用于前述的应用范围, 但前述范围的一般工程并未优先选择此材料, 主要是由于经济性方面的原因, 因为其造价远高于前两种。此灌浆料最适用于压缩机、泵、冲压机、粉碎机、球磨机等高振动性设备的二次灌浆, 易受化学侵蚀的设备基础区域灌浆, 轨道基础、桥梁支撑等强压力区域灌浆, 以及锚栓、钢筋种植、建筑结构混凝土补强加固等工程。
3 水泥基灌浆料的使用方法及注意事项
3.1 施工准备
无论使用哪一种水泥基灌浆料, 其施工准备工作大体相同, 一般要做到: (1) 施工现场质量管理应有相应的施工技术标准、健全的质量管理体系、施工质量控制办法等技术文件。 (2) 灌浆前应有施工组织设计或施工技术方案, 必要时灌浆前应通过灌浆料使用性能试验结果验证施工技术方案, 确保其可行。 (3) 准备、检查搅拌机具、灌浆设备及器具、模板及养护物品等。
3.2 施工操作
环氧树脂灌浆料的使用方法与硅酸盐水泥基和硫铝酸盐水泥基的灌浆料不同, 而后两者大体相同, 故分两种情况加以叙述。同时此类材料的应用均有相应的规范、规程予以明确规定, 且每种灌浆料的使用一般均有生产厂的说明书, 故仅对一些注意事项加以说明。
3.2.1 硅酸盐水泥基和硫铝酸盐水泥基灌浆料施工注意事项
1) 拌和。按产品要求的水料比 (一般为0.12~0.15) 或施工前应用试验确定的水料比加水搅拌;宜采用强制式搅拌机搅拌, 搅拌时宜先加入2/3的水搅拌, 待拌和料团块全部打开后加入剩余水量搅拌直至均匀;在满足灌浆施工要求的前提下, 尽量降低水料比 (建议每半个小时测定一次流动度, 以便依此微调水料比) , 尤其对灌浆层较厚、体积较大及面积较大的情况, 更应如此;搅拌地点应尽量靠近灌浆地点。严禁搅拌中外掺任何外加剂、掺合料及集料等, 以免影响使用效果。
2) 地脚螺栓锚固灌浆。认真检查螺栓孔的水平偏差和垂直度, 确保符合标准要求;灌浆前, 应清除地脚螺栓表面的油污和铁锈, 同时务必将与灌浆料接触的设备底板和混凝土孔壁表面清理干净, 灌浆前24h, 与浆料接触的混凝土表面应充分用水浸泡润湿, 灌浆前1h将积水清理干净;当环境温度低于5℃时应采取措施预热, 使温度保持10℃以上;灌浆过程中严禁振捣, 必要时适当插捣, 灌浆结束后不得再次调整螺栓;孔内灌浆层上表面宜低于混凝土表面50mm左右。
3) 二次灌浆。灌浆前对设备底板和混凝土表面按与上一条的同样方法处理, 确保浆料与混凝土基面的粘结强度, 以防灌浆层与基层离鼓;灌浆时应从一侧进行, 直到从另一侧溢出为止, 不得从两侧或多侧同时进行灌浆;灌浆开始后必须连续进行, 并尽量缩短灌浆时间;轨道基础或灌浆距离较长时, 视工程情况可留伸缩缝 (每段不宜超过10m) 分段施工;灌浆过程中不得振捣, 必要时可采用灌浆助推器沿浆体流动方向的底部推动灌浆料, 严禁从灌浆层的中、上部推动;设备基础灌浆完毕后, 宜在灌浆后3h~6h沿底板边缘向外切50°斜角, 以防边缘外的浆料产生裂缝。
4) 混凝土结构改造和加固灌浆。与灌浆料接触的混凝土表面应充分凿毛、清理、预处理;缺陷修补区应剔除酥松部分, 使其露出钢筋, 将边缘切成垂直形状, 深度不少于20mm (至少不少于浆料中最大骨料直径的2倍) , 有益于修补层与基面的结合;将拌和均匀的灌浆料灌入模板中并适当敲击模板, 消除模板表面气泡, 且使填充密实;灌浆层较厚时应通过尽量降低水料比、加强保湿养护、严格控制灌浆层与环境的温差等措施, 防止产生温度裂纹。
5) 后张预应力混凝土结构孔道灌浆。灌浆方法根据现行国家标准GB50010《混凝土结构设计规范》环境类别分类, 选择相应的灌浆工艺;正式灌浆前应选择有代表性的管道进行灌浆试验;灌浆过程中不得在灌浆料中掺入其他外加剂、掺合料等。
6) 冬期施工。日平均温度低于5℃时应按冬期施工要求施工。灌浆前要采取措施充分预热基础表面, 使其温度保持在10℃以上, 并清除积水;应采用不超过65℃的温水拌和灌浆料, 浆体的入模温度在10℃以上;受冻前, 灌浆料的抗压强度不得低于5 MPa。使用硫铝酸盐水泥基灌浆料时, 拌和水温不宜超过50℃, 拌和物温度宜为5℃~15℃, 流动度应略高于硅酸盐水泥基灌浆料, 尽量缩短浇灌时间, 不得二次加水, 随拌随用, 入模温度不得低于2℃。
7) 高温气候环境施工。灌浆部位温度大于35℃应按高温气候环境施工。灌浆前应采取适当措施做到与灌浆料接触的混凝土基础和设备底板的温度不应大于35℃;浆体的入模温度不应大于30℃;灌浆后应及时采取保湿养护措施。高温条件下使用硫铝酸盐水泥基灌浆料多半是抢修抢建等尽快要求投入使用的工程, 即使这种情况也要选择其中与施工操作时间相适应的产品型号。
8) 常温养护。灌浆时, 日平均温度不应低于5℃, 灌浆后裸露部分应及时喷洒养护剂或严密覆盖塑料薄膜, 加盖湿草袋保持湿润。灌浆料表面不便浇水时, 可喷洒养护剂, 应保持灌浆料处于湿润状态, 养护时间不得少于7d。当使用硫铝酸盐水泥基灌浆料时其养护应严格按相应的产品说明进行。
9) 冬期施工养护。冬期施工务必做到: (1) 工程对强度增长无特殊要求时, 灌浆完毕后裸露部分应及时覆盖塑料薄膜并加盖保温材料;起始养护温度不应低于5℃;在负温条件养护时不得浇水;拆模后灌浆料表面应采用保温材料覆盖养护。如环境温度低于水泥基灌浆料要求的最低施工温度或需要加快强度增长时, 可采用蒸汽养护法、暖棚法、电热毯法等人工加热养护方式。 (2) 重视环境及灌浆料的温度监测和记录, 为拆模的预估期限提供参考, 当然更适宜的拆模期限应以同条件养护的试件抗压强度来确定, 故浆料试块的留置除应按现行国家标准GB50204《混凝土结构工程施工质量验收规范》的规定及符合设计要求外, 尚应增加不少于2组同条件养护试件。 (3) 使用硫铝酸盐水泥基灌浆料时, 同样应重视养护控制, 起码应做到灌浆后应立即在其表面覆盖一层塑料薄膜防止失水, 并根据气温情况及时覆盖保温材料。如此, 其一, 为了蓄热, 避免使浆料受冻, 同时可加速硬化;其二, 当浆料达到温升最高温度后, 保温层也减缓温度降速, 防止温度裂缝。浆料养护温度不宜高于30℃;当灌浆料体积较大时, 可采用蓄热法养护。模板和保温层在浆料达到要求强度并冷却到5℃后方可拆除。拆模时浆料表面与环境温差大于20℃时, 浆料表面应及时覆盖, 缓慢冷却。
关于拆模和养护时间与环境温度的关系, 参考文献[3]作出明确规定, 见表2。
3.2.2 环氧树脂灌浆料施工注意事项
1) 施工准备。除做好本文3.1的各项工作外, 还必须加强与产品供方沟通, 必要时针对具体工程、施工时的预计温度等做施工前的施工模拟试验, 进而形成施工方案。如施工方人员无此产品的施工经验且未经事前培训, 最好施工时在供方专业人员指导下进行为宜。笔者曾见证了这样一个实例:甲、乙两厂的此类产品经试验, 性能相当, 都符合某公司进口空压机设备二次灌浆所用, 甲未派专业人员进行现场施工指导, 结果工程未达到预期效果造成返工, 而乙派了专业人员精心地进行施工指导, 达到了预期效果。
2) 施工温度及控制
为获得最佳的效果, 灌浆前最好将材料在15~25℃环境下放置24h;施工时及随后24h环境温度宜控制在10~32℃, 且以20℃左右为佳。夏季施工避免中午高温, 必要时应搭设遮阳棚;冬季气温较低时, 应在灌浆区域搭建暖棚升温, 保证施工环境温度大于10℃, 且施工宜选择在中午。之所以如此是因该料固化程度和固化后强度受温度影响较大, 低温下施工和养护达不到预期的强度。
3) 混合及搅拌。按事先确定的配料比, 用手提式搅拌器 (200~250r.p.m) 充分混合A (树脂) 、B (固化剂) 约3min;在低速大功率搅拌机 (15~20r.p.m) 中加入C (填料) 使之与A、B混合物混合, 充分搅拌至骨料全部被浸润为宜, 一般需5~10min;在气温较低时为了保证混合物的流动性, 可适当减少C (填料) 的用量 (最多可减少1/2) , 具体以事先的模拟试验为依据进行调整。
4) 灌浆。灌浆应从一侧灌向另一侧, 不得双向或多向进行;灌浆过程中可挤压但勿振捣, 以防夹杂空气滞留其中;灌浆距离较长 (如大于1.5m) 时, 应使用高位漏斗法, 利用压差辅助灌浆;灌浆工作必须连续尽快完成;单次灌浆厚度控制在25mm~350mm间;灌浆区域较大如需设置伸缩预留条, 要符合设计要求或相关规定。
5) 密实性检查。灌浆结束后, 用铁锤敲击设备基板, 发出叮叮声表明灌浆层密实, 发出咚咚声表明灌浆层空鼓。
6) 表面收光及拆模。灌浆后及浆料初凝前, 为美观起见, 可将暴露的表面用灰刀收光;终凝后, 即可拆模。
7) 施工安全防护。此类产品略有轻微刺激性, 使用时应避免吸入大量蒸汽或与皮肤长期接触;使用时注意佩戴必要防护用品并保持环境通风, 接触皮肤后应及时洗净, 如溅入眼内应立即用大量清水冲洗。
4 结语
1) 水泥基灌浆料的种类较多, 依其所用胶凝材料、塑化剂、膨胀组分等材料的不同有其不同的性能特点和适用性。
2) 工程特点、强度要求、设备 (设施) 运行或使用环境温度条件、施工环境温度、施工进度要求等是水泥基灌浆料选择的基本依据;对同一种灌浆料, 也因工程性质等条件的不同而选择其中的相应类别或型号。
3) 产品的应用应遵循相应规范、规程、标准, 如本文的参考文献[1]、[2]、[3]、[8]等, 应用某种产品, 还要充分解析相应的说明书, 必要时还要先行模拟试验, 以制定有效的施工方案。
4) 关于硫铝酸盐水泥等特种水泥基灌浆料, 由于复合了专用功能性外加剂而使施工性能等有较大差异, 而又细分或派生出不同型号的系列产品, 所以选择使用时不仅要考虑种类, 还要考虑该品种下的型号, 必要时还要辅以试验确定。
本文为笔者开发和应用此类产品的体会, 定有不确甚至是错误之处, 诚望业内同仁不吝指正。
水泥基灌浆材料 篇2
【关键词】 水泥基渗透结晶型防水材料(XYPEX) 防渗技术 施工工艺
用水泥基渗透结晶型防水材料(XYPEX)在缺陷混凝土表面做上涂层,就会起到良好的防水效果,施工工艺简单易于掌握,工期短,造价低,是一种值得推广的施工技术。水泥基渗透结晶型防水材料(XYPEX)是由水泥、硅砂及多种性质活泼的化学材料组成的刚性材料,它的优点在于:把XYPEX浆涂在混凝土表面后,三周内XYPEX可渗入表面以下50mm,并在混凝土的孔隙和毛细孔中产生一种不可溶的结晶,这种结晶不断生长最终堵住了渗漏通道,起到防水的目的。XYPEX在我国许多水利水电工程中广泛应用,2003年在我省东乡南阳渠3#隧道中就曾使用过,效果良好。下面,我就XYPEX施工工艺做简要总结。
一、 水泥基渗透结晶型防水材料(XYPEX)施工工艺流程
表面预处理(去污、开槽)→湿润混凝土基面→拌浆→填缝(涂刷)→养护。
二、混凝土表面清理
1.先应将混凝土基面凿刷粗糙、干净,剔掉松散物质,对于使用钢模或表面有泛碱、尘土、各种涂料、薄膜、油漆及油污或者其他外来物都必须进行处理,要用凿击、喷砂、酸洗(盐酸)、钢丝刷刷洗、高压水冲等方法进行认真细致的处理。
2.结构表面如有缺陷、裂缝(大于0.4mm)、蜂窝麻面、钢筋头、穿墙管等,或者混凝土表面有冒水、渗水现象,均应预先加强处理。把裂缝或连接处挖空(钢筋四周清理干净),呈20mm宽、20-70mm深的“U”型槽(有水流时挖深些,无水流则挖浅些),“V”型槽处理效果不明显。
3.若渗水量较大,或有冒水现象,在槽中水流最大的地方,钻至少深15mm插引水导管的孔,取一光滑并具有相当硬度,长至少0.5m的软管做引流导管,以备缓解水流的压力。
三、施工前必须用清水彻底湿润工作面,形成内部饱和,以利于水泥基渗透结晶型防水材料借助水分向混凝土结构内部渗透
但要注意湿润的表面不能有多余的浮水,如施工过程中发现局部基面还是过于干燥,必须重新湿润。
四、拌浆
首先,要求在拌料时边拌边用,缓凝型渗透结晶型防水涂料,拌好的浆料要求在20分钟内用完。速凝型“防水堵漏胶泥”,拌好的料要求在5-7分钟内用完。一般一次性拌料不能超过3kg,以免来不及用完造成浪费。如果暂时用不完快要发硬时可加少许水搅拌后赶快用掉,已经发硬的灰浆不能再用。其次,要求严格掌握好水灰比,一般要求用3.5-4份料加入1份水搅拌至粘糊状。拌料时应慢慢地加水,至料能拌开为止,拌料时应注意搅拌均匀,灰浆中不能有没拌开的干料球。
五、填补槽缝
先处理渗漏点、缝、面,再进行大面积防水施工。卫浴施工对管道接缝处须进行特别处理,可沿管壁与基面交接处,凿10mm深的V型槽进行封堵后,再做基面防水涂层。
六、表面涂刷
1.XYPEX涂刷时需用半硬的尼龙刷,喷涂时需用专用喷枪,不宜用抹子、滚筒、油漆刷或油漆喷枪。涂层要求均匀,各处都要涂到,涂刷时应注意用力,来回纵横的刷以保证凹凸处都能涂上并达到均匀。否则,涂层太厚或堆积易起皮、开裂、剥落。喷涂时喷嘴距基面要近些,以保证灰浆能喷进表面微孔或微裂纹中。
2.当涂第二层(XYPEX浓缩剂或增效剂)时,一定要等第一层初凝后仍呈潮湿状态时进行,如太干应先喷洒些水。
3.在热天露天施工时,建议在早、晚进行,防止XYPEX过快干燥,造成表面起皮龟裂,影响渗透效果。
4.对水平地面或拐角处必须注意将XYPEX涂匀,阳角要刷到,阴角及凹陷处不能有XYPEX的过厚的沉积,否则在堆积处可能开裂。
七、养护
养护十分重要,当CCCW涂层固化到不会被喷洒水损害时养护就可以开始了,必须精心养护1-2天,每天喷洒水3-5次,或用潮湿透气的粗麻布、草席覆盖三天。施工后48小时内,应避免雨淋、霜冻、日光暴晒或4℃以下的长期低温;在空气流通不良或不具备通风条件的情况下(如封闭的矿井或隧道),可采用风扇或鼓风机械协助通风。
八、回填
需要回填的部位,在XYPEX施工后36小时内可湿土回填。7天内均不可回填干土,以防止其向XYPEX涂层吸水。
九、特殊部位处理
混凝土缺陷、空腔、钢筋裸露以及蜂窝状结构的修理。剔除混凝土上有缺陷的部分,剔掉松散物质,用水浸渍基面,让水浸透混凝土然后去掉表面上的明水。在缺陷区域上涂一层XYPEX浓缩剂灰浆。在灰浆上有粘性时,用XYPEX浓缩剂半干料团填补。对于面积比较大的,使用掺入XYPEX掺合剂的防水混凝土或防水砂浆。填料凝结后再刷浆,稍微用水洒湿填缝的表面,然后在所修复的区域上再涂一道XYPEX浓缩型灰浆。定期喷洒雾状水进行养护。
十、防水效果检验及经验总结
1.在东乡南阳渠3#隧洞、青海黑泉电站、永登龙林电站等工程中采用XYPEX处理后,渗水明显减小,达到设计要求。
2.不论在隧道,还是渠涵、水池;不论在迎水面,或者在背水面,使用XYPEX防水剂后都能取得防水效果,总体看涂抹在迎水面效果好于背水面。
3.混凝土缺陷较大、部位较深时,应先按常规方法进行处理后,再使用XYPEX。这不仅节约成本,又能起到良好的效果。
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水泥基灌浆材料 篇3
水泥基灌浆材料中基本都含有膨胀成分、特种水泥等材料, 在水化过程中会产生大量的水化热, 因此, 具备一定的抗低温性能, 并且灌浆料施工一般都是结构灌浆, 体积较大, 在反应中的水化热可以防止被冻, 因此, 在0~5℃温度下可以施工。但是如果灌浆的体积太小或者太薄, 水化热产生后马上就散失了。同时对于北方寒冷地区, 冬季施工会在负温下进行, 低温使水泥水化过程、水化放热和水泥强度增长非常慢, 特别是负温时显著减慢, 在-10℃时混凝土强度增长普遍非常慢, 甚至为零。在这种环境下, 即使对施工后的机体进行保温防护, 也满足不了施工和安装设备的要求。本文对灌浆料的进一步抗低温性能进行试验研究, 以期完全满足北方寒冷地区冬季施工的需要。防冻型水泥基无收缩灌浆材料的设计原理是调整灌浆料的凝结时间, 加入特种材料增强剂、外加剂等促进水泥低温和负温水泥水化过程, 保证强度的增长。
1试验
1.1原材料
水泥:唐山冀东水泥股份公司生产的P·O42.5水泥, 基本性能见表1;石英砂:河北省灵寿县永兴矿产建材加工厂生产, 2~15目、15~30目、30~50目3种粒径按照一定比例配制而成;膨胀剂:中建材中岩科技有限公司生产的硫铝酸钙类ZY混凝土膨胀剂;外加剂1:由萘系减水组分、消泡组分按照适当比例复配制成;外加剂2:由防冻组分、早强组分、缓凝组分等按照适当比例复配制成;增强剂:特种水泥复合制成的功能材料。
1.2主要试验仪器设备
电动抗折试验机:型号KZJ-600, 沈阳合兴机械电子有限公司生产;压力试验机:型号YE-300KN, 济南试验机厂生产;砂浆搅拌机:型号JJ-5, 宁波泰富工贸有限公司生产;冰柜:北京欧亚飞制冷设备厂生产。
1.3试验方法
凝结时间采用贯入阻力法按GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》规定进行;流动度试验按照GB 50119—2003《混凝土外加剂应用技术规范》附录A进行, 其中截锥形圆模尺寸为:高度 (60±0.5) mm, 上口内径 (70±0.5) mm, 下口内径 (100±0.5) mm, 下口外径120 mm;抗压强度试验按GB 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法 (ISO法) 》进行, 但不振动, 负温下抗压强度参照JC 475—2004《混凝土防冻剂》中负温试验要求进行。灌浆料在 (20±3) ℃环境下按表2规定的时间预养后移入冰箱内并用塑料布覆盖试件, 其环境温度应于3~4 h内均匀地降至规定温度, 养护至龄期 (1d或3 d) 或7 d后 (龄期大于7 d者) 脱模, 放置在 (20±3) ℃环境温度下解冻, 解冻时间按表2的规定, 解冻后进行抗压强度试验或转标准养护;竖向膨胀率按照GB 50119—2003附录C进行, 将灌浆料倒入试模后2 h盖玻璃板安装千分表读初始值。
依据JC/T 986—2005《水泥基灌浆材料》对测试结果进行检验, 要求标准养护条件下初凝时间≥120 min;初始流动度≥260 mm, 30 min流动度保留值≥230 mm;1 d抗压强度≥22.0 MPa, 3 d抗压强度≥40.0 MPa, 28 d抗压强度≥70.0MPa;1 d竖向膨胀率≥0.020%。
1.4配合比设计
7组灌浆料的水料比均为0.15, 具体配合比见表3。
g
2结果与讨论
2.1流动性
7组灌浆料在标养和不同负温下的流动度见表4。
根据灌浆材料的施工工艺, 流动性是评价其质量高低的重要指标。流动度大, 就能完全填充灌注空间, 实现自流平和自密实。由表4可知, 在标准养护条件下和负温条件下, 初始流动度最大为335 mm, 最小为310 mm, 30 min后流动度最大为310 mm, 最小为265 mm, 均符合JC/T 986—2005要求。随着温度的降低, 灌浆料水化过程、水化放热和水泥强度增长非常慢, 所以同一配比在降温过程中流动度有所增加。如1#配比, 负温下流动度比标养条件下增大10 mm。
在相同温度下, 随着增强剂用量从0增加至20 g, 初始流动度没有明显变化, 但是30 min流动度明显减小, 损失增大。由此看出, 在灌浆料中增加增强剂的比例, 流动度损失随之增大。根据4#~7#配比测试结果, 在正温和负温下增大外加剂2的用量, 流动度没有明显变化。
2.2抗压强度
7组灌浆料在标养和不同负温下的抗压强度见表5, 负温条件下 (-5℃) 抗压强度随增强剂用量的变化见图1, 负温条件下 (-10℃) 抗压强度随外加剂2用量的变化见图2。
冬季施工, 普通灌浆材料水化速度变慢, 在较低温度下, 还有可能停止水化, 这就严重影响强度的增长。本实验配比中, 设计添加有效成分, 保证在低温、负温条件下抗压强度能有效增长。由表5可见, 在标养条件下, 增大增强剂的用量, 强度变化不是很明显;但在-5℃条件下 (见图1) , 早期强度增长幅度很大, 在增强剂用量增大至20 g后, 3 d强度已达到44.5MPa。根据冬季施工时混凝土的临界强度概念[2], 混凝土达到临界强度时, 在受冻的情况下不会造成强度、抗冻融性和结构质量的不利影响。由此可见, 4#配比中, 没有添加外加剂2, 仅加入20 g增强剂后, 在-5℃条件下, 早期强度增长很快, 达到受冻的临界强度, 后期强度相比标养条件下略有损失。在实际施工过程中, 对基体进行保温防护, 可以满足低温 (-5℃) 下的施工需要。但是4#配比在-10℃环境中, 早期强度增加缓慢, 1 d几乎没有强度, 不能满足工程要求。通过增加外加剂2用量 (见图2) , 在-10℃条件下, 随着外加剂2用量的增加, 当加至10 g时, 早期强度从2.3 MPa增加至13.2 MPa, 3 d强度增至25.6 MPa, 后期28 d强度没有损失过大。这是因为在反应过程中, 加入的特种材料和外加剂使之产生大量的水化热, 早期强度上升很快, 同时降低材料的冰点。在施工过程中, 按冬季施工规定进行养护, 注意施工后的保暖, 在-10℃可以满足施工需要。
2.3凝结时间
7组灌浆料在标养下的初凝时间 (测试温度为20℃) 见表6。
由表6可见, 随着增强剂用量的增大, 灌浆料的初凝时间缩短, 但是增加外加剂2的用量, 灌浆料的初凝时间没有明显变化, 均符合JC/T 986—2005标准要求。
2.4竖向膨胀率
7组灌浆料在标养下的1 d竖向膨胀率 (测试温度为20℃) 见表7。
在表7竖向膨胀率的测试实验中, 由于各配比中膨胀剂的用量相同, 虽然增强剂和外加剂2的用量有所不同, 但是竖向膨胀率基本持平, 符合JC/T 986—2005的要求。也就是说, 增强剂用量影响凝结时间, 但对竖向膨胀基本没有影响, 而外加剂2对凝结时间和膨胀基本都没有影响。
综合以上实验结果, 在4#配比中, 通过添加20 g增强剂后, 在-5℃环境下, 初始流动度为329 mm, 3 d早期强度达到44.5 MPa, 远远超过受冻的临界强度, 可以满足低温 (-5℃) 下施工需要;在7#配比中, 同时添加10 g外加剂2和20 g增强剂后, 在-10℃环境下, 初始流动度为330 mm, 3 d强度达到25.6 MPa, 按冬季施工规定进行养护, 注意施工后的保暖, 在-10℃外界环境下此配比能够满足施工要求。
用上述2种配方生产的中岩牌防冻型无收缩灌浆材料在2009~2010年北京冬季最冷至-18℃的情况下, 在亦庄地铁工程和上海宝冶京唐工地施工中实际使用, 达到施工方要求, 强度满足设计标号。
3结语
(1) 通过在普通水泥基无收缩灌浆材料中设计添加特种材料增强剂、各种复合外加剂, 在标准养护条件下抗压强度、竖向膨胀率和凝结时间完全符合JC/T 986—2005要求。同时无收缩灌浆材料在-5~-10℃环境下, 有较高的早期强度, 新拌性能良好, 可以实现水泥基无收缩灌浆材料在冬季低温下的施工要求。
(2) 在本实验4#配比中, 通过添加20 g增强剂后, 可以满足低温 (-5℃) 下施工需要;在实验7#配比中, 同时添加10 g外加剂2和20 g增强剂后, 按冬季施工规定进行养护, 在-10℃外界环境此配比能够满足工程要求。
参考文献
[1]颜亨吉, 何丹, 仲晓林《.水泥基灌浆材料》建材行业标准的编制说明[C]//混凝土膨胀剂及其应用——混凝土裂渗控制新技术——第四届全国混凝土膨胀剂学术交流会论文集.北京, 2006:618-619.
水泥基灌浆材料 篇4
随着中国经济的快速发展, 中国道路建设日新月异, 半刚性基层公路得到了广泛应用。水泥稳定碎石基层是一种半刚性基层, 主要以水泥作为胶结料, 以碎石为主要骨料, 配以适量的水, 在搅拌之后形成混合料, 经摊铺、碾压成型的一种道路基层[1]。水泥稳定碎石基层具有承载力大、强度和刚度高、抗冻性好、耐冲刷、且易于就地取材等优点[2]。但随着水泥稳定碎石基层逐渐大量应用于公路及城市主干路沥青混凝土路面的基层, 其容易开裂的缺陷也逐渐显露出来[3]。
裂缝是道路病害中最常见的一种, 包括路面裂缝和路基隐含裂缝。水泥稳定碎石半刚性基层的裂缝有的是在路基养生时就开始出现, 包括路基不均匀沉降裂缝、干缩裂缝和温度裂缝;有的是通车后在荷载的作用下才出现[4]。基层隐含路基一旦产生裂缝, 其破坏效果是相当严重的。裂缝发展对路面的影响如图1所示[5]。由图1可知, 道路公路基层隐含裂缝的延伸、扩展, 会逐渐造成面层的破坏。路面板的病害会使路面承载力大大降低, 路面稳定性被破坏[6], 严重影响交通舒适度, 甚至引发交通安全事故。
灌浆法是常用的道路病害修补方法之一。现有的灌浆材料大体可分为有机浆材、无机浆材以及有机-无机复合浆材三大类。有机化学浆材[7,8]包括聚氨酯类、环氧树脂类、丙烯酰胺类等, 其粘度低, 可注性好, 且固化时间可调节, 因此, 在道路、桥梁、隧道、水工建筑等许多领域显示出极好的应用价值。然而, 有机材料具有毒性大、耐久性差、结石体强度不高、价格昂贵等缺点[9]。无机灌浆材料包括单液水泥类、水泥砂浆类, 以及21世纪以来日本和我国先后研制出的超细水泥[10]等。水泥类无机材料粒径大, 可注性差, 一般只能注入到直径或宽度大于0.2mm的孔隙或裂隙中[8]。但水泥浆液凝结强度高, 取材方便, 廉价环保。目前, 很多专家学者用多种方法进一步深化研究无机材料以改善其不足, 如水玻璃与水泥复合[11]、水泥的改性和超细水泥的应用[10]等。
无机水泥类灌浆材料高效环保且实际工程应用方便, 但其可灌性有一定限制。水泥浆液的可灌性主要决定于浆液的流动性和粒子的粒径, 根据国内外的灌浆经验, 水泥粒子的粒径与可灌性有如下关系[12]:
式中:B为裂隙宽度;D95为95%的水泥粒子粒径小于该值。
一般认为NR≥3~5时, 浆液的可灌性较好[12], 据此来判断水泥浆材的可灌性。
公路半刚性基层的隐含裂缝一般在基层顶面沿横向展开, 缝宽4mm左右[13]。不同型号水泥粒子的粒径范围为30~100μm。目前, 工程上灌浆治理路面裂缝或路面板底脱空大多是采用水泥砂浆[14], 由水泥、砂、粉煤灰、外加剂等组成, 其中细砂的要求为最大粒径<0.3mm。通过简单计算可知, 水泥砂浆不满足基层裂缝的可灌性要求, 而单水泥基灌浆材料满足。用于灌注水泥稳定碎石半刚性基层隐含裂缝的水泥基灌浆材料, 必须具备如下性质[15,16]: (1) 快硬早强; (2) 具有良好的流动度; (3) 凝结硬化过程中体积适当膨胀将裂缝填满; (4) 具有较小的干缩、温缩特性; (5) 具有良好的与水泥稳定碎石粘结的性能。普通硅酸盐水泥作为灌浆材料普遍存在凝结时间过长、早期强度不高的缺陷, 不能完全满足灌浆的要求。针对这种不足, 可采用硫铝酸盐水泥与之复配来改善[17]。硫铝酸盐水泥属于特种水泥, 普遍用在抢修抢建工程中, 其特点是凝结时间快, 早期强度高[18]。对灌浆工程而言, 其最大问题是流动性不好, 凝结时间过快。目前已有研究主要停留在普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥的配合上, 直接用于道路隐含裂缝灌浆的文献尚未见报道。为了使水泥基灌浆材料能够进一步满足道路半刚性基层隐含裂缝的灌浆要求, 研究具有凝结硬化快、早期强度高、流动度大等性能的水泥基灌浆材料配比显得尤为重要。
本文调研各种文献资料, 分析现有的道路灌浆材料和修补技术, 采用实验室和道路现场试验相结合的方法, 通过试验配比及数据拟合处理, 研究出了一种快硬硫铝酸盐水泥与普通硅酸盐水泥复配的水泥基灌浆材料, 同时辅以减水剂对其灌浆特性进行配合比试验研究。
1 试验原材料和方法
1.1 试验原材料及设备
普通硅酸盐水泥:河南某公司生产的P·O 42.5级水泥。
快硬硫铝酸盐水泥:郑州某特种水泥厂生产的R·SAC 42.5级水泥。
减水剂:北京某外加剂有限公司生产的FDN萘系减水剂和AS氨基磺酸系减水剂。
水:取自饮用水。
主要试验仪器设备:用水泥净浆搅拌机 (NJ-160A型) 进行水泥净浆的拌合;用水泥标准稠度凝结测定仪进行凝结时间的测定;将标准恒温恒湿养护箱 (YH-40B型) 设定为温度19~21℃、湿度95%进行试件养护;用抗折抗压强度试验机及其夹具进行试件强度测定。
1.2 试验方法
水泥基灌浆材料复配时, 采用R·SAC 42.5级快硬硫铝酸盐水泥, 以使灌浆材料凝结时间快, 且具有较高的早期强度和微膨胀[19]的特性。采用P·O42.5级的水泥以保证后期强度。为了使水泥基灌浆材料同时具有较好的粘性和流动性, 必须加入减水剂, 但其影响浆体的膨胀率及强度[20], 应酌情合理使用。目前我国使用较为广泛的FDN萘系减水剂与水泥存在一定的不相容性[21], 但其与现阶段较流行的AS氨基磺酸系高效减水剂复配是一种经济有效、切实可行的技术途径, 从表1可知, 两者按照1:1的比例复配时, 经时流动度损失最小[22]。
目标硫铝酸盐水泥与普通硅酸盐水泥复配改性灌浆材料应具有较短的凝结时间、高强度和高流动性。凝结时间短可尽早放行通车, 降低对道路通行能力的影响;强度影响灌浆材料凝结硬化后的承载能力;流动性影响浆体的可灌性, 但流动性过大时往往黏聚性不够, 将引发离析、泌水等现象[23]。综合以上因素, 拟定水泥基灌浆材料要达到的试验指标值[24]如表2所示。
水泥基灌浆材料中各成分的掺量通过试验来确定。其中快硬硫铝酸盐水泥的掺量影响灌浆材料的凝结时间、早期强度和膨胀性, 是最重要的参数。水胶比[25]是一个主要参数, 影响水泥基灌浆材料的流变性能及硬化后的密实度。流动度是影响材料可灌性的主要原因[18], 流动度试验用来测定水泥净浆的流动性及减水剂的减水率[26], 由此来确定减水剂的最佳掺量。需要说明的是, 由于现有规范或研究未对道路灌浆材料的强度值 (包括抗折强度和抗压强度) 做出明确限制, 故在试验中未将强度作为水泥基灌浆材料的性能指标。本文所用水泥强度等级为42.5级, 以求最终所得水泥浆材有较高的强度。
本文试验具体测定方法如下:
(1) 水泥净浆的凝结时间测定:按照GB/T1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》规定的方法进行。
(2) 水泥净浆的流动度测定:按照GB 8077-2008《混凝土外加剂匀质性试验方法》规定的方法进行。
(3) 水泥抗压和抗折强度的测定:按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法 (ISO法) 》规定的方法进行。
2 结果和讨论
2.1 水胶比对水泥基灌浆材料性能的影响
根据试验指标及经验确定的初始配合比范围为水泥∶水∶粉状减水剂=1∶0.25~0.59∶0.01~0.015[14,17]。袁进科等[17]对普通硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥复配体系进行了试验研究, 所得试验数据 (部分) 见表3。
表3中, 第5组配比的凝结时间最短, 但82min的初凝时间稍长, 不满足本文的指标要求。要获得更短的凝结时间, 硫铝酸盐水泥掺量和硅酸盐水泥掺量的比值应大于180g/600g=0.3。第5组配比下的流动度值较理想, 其粉状减水剂与水泥用量的比例为12g/ (600g+180g) ≈1.5%, 将此值作为本试验的参考值。由于减水剂由AS氨基磺酸系与FDN萘系按1:1复配可达到较好的减水效果, 故AS与FDN应各占0.75%。
水胶比对流动性和凝结时间都有较大的影响, 特别是对流动性, 但水胶比对流动性的影响是有规律、稳定的。表4为水胶比试验的数据记录。当水胶比较大时, 水泥基材料的粘度较低, 甚至出现离析、泌水现象;随着水胶比的减小, 浆液的粘度逐渐增大, 凝结时间也逐渐变短。根据水泥基灌浆材料的性能指标, 由表4的初配情况可以判断出, 选用0.35的水胶比较为适宜。
2.2 两种水泥掺量的确定
普通硅酸盐水泥早期强度低且凝结时间慢, 而硫铝酸盐水泥快硬早强, 因此, 复配灌浆材料的凝结时间由两者的掺量比例来调节。为了研究水泥配合掺量对凝结时间的影响, 用控制变量法通过试验得出一组试验数据, 如表5所示。水泥净浆搅拌机单次搅拌水泥质量为500g[27], 故硫铝酸盐水泥掺量增加时硅酸盐水泥掺量相应减少。可认为在该组试验中, 硫铝酸盐水泥与硅酸盐水泥的掺量比值为自变量, 凝结时间为因变量。由表5可知, 随着硫铝酸盐水泥与硅酸盐水泥掺量比的增大, 凝结时间测定值逐渐变短。
根据表5作出初凝时间随两种水泥掺量比例的变化趋势图线 (4阶拟合) , 见图2。由图2可知, 初凝时间随硫铝酸盐水泥比重增大而减少的趋势较缓。本文中水泥基灌浆材料的初凝时间指标值为30min。若通过试验得出30min初凝所对应的两种水泥的复配比例, 需要做大量试验, 既费时又费力, 故本文拟用多项式曲线来求得最佳水泥复配比例。为便于计算, 将图2中的x坐标与y坐标转换, 并将数据进行3阶拟合, 得到图3和公式 (2) , 其中相关系数R2=0.9832, 趋近于1, 故该曲线可靠性较高。图3中x表示初凝时间, min;y为硫铝酸盐水泥与硅酸盐水泥质量之比。两者关系如公式 (2) 所示。
由公式 (2) 可计算出:当x=30min时, y=0.5652, 即当硫铝酸盐水泥掺量与硅酸盐水泥掺量之比为0.5652时, 初凝时间能达到30min。本文按照表5的试验梯度, 取硫铝酸盐水泥180g、硅酸盐水泥320g作为最终的复配掺量。180/320=0.5625, 与模拟值0.5652较为接近。
2.3 水泥基灌浆材料配合比的指标检验
由30min初凝时间这一控制指标得到了快硬硫铝酸盐水泥和普通硅酸盐水泥的配合比例为0.5625, 即硅酸盐水泥掺量占水泥总量的64%, 硫铝酸盐水泥占36%。据此进行该配合比下的凝结时间测定、流动度测定以及养护2h后强度测定。按照试验规范所得的试验结果分别如表6~表8所示。
该组配合比的水泥基灌浆材料流动度测定值完全满足水泥基灌浆材料的性能指标, 能达到灌浆工程的要求。从养护2h的强度测试值来看, 该水泥基灌浆材料的强度增长较快, 施工后可较早开放交通。然而, 该配比下的水泥净浆初凝时间为31min, 未达到原模拟值30min, 可能原因是计时工具精度不够而导致计时不准确。无论对于室内试验还是工程施工, 此1min的误差影响较小, 在允许误差范围内。由于试验时间及条件限制, 未进行水泥基灌浆材料膨胀性能试验以及与水泥稳定碎石材料的粘结强度试验, 一般情况下二者之间粘结良好[28,29]。
3 结论
(1) 无机水泥类灌浆材料高效环保, 耐久经济, 适合一般工程使用。但其可灌性具有一定的限制。经计算可知, 单液水泥类灌浆材料满足半刚性基层隐含裂缝的可灌性要求。
(2) 硫铝硅酸盐水泥快硬早强, 但流动性不佳;普通硅酸盐水泥后期强度大, 但凝结时间慢。两者复配形成的水泥基灌浆材料可满足灌浆材料的性能要求。
(3) 灌注半刚性基层隐含裂缝用水泥基灌浆材料的最佳配合比为水泥∶水∶减水剂=1∶0.35∶0.015。其中快硬硫铝酸盐水泥与普通硅酸盐水泥的比值为0.5625。AS氨基磺酸系减水剂与FDN萘系减水剂1:1复合使用。
水泥基灌浆材料 篇5
灌浆材料最早是在第二次世界大战中由于军事需要而出现的。到20世纪50年代,发达国家将其应用于工业部门的机械设备安装中。20世纪70年代,由于进口设备的需要,我国开始了灌浆料的研制工作,并于1977年研制成功,开始在冶金设备安装中大量应用。纵观灌浆技术的发展史,其发展动向是粘土+石灰→水泥→化学类灌浆材料→水泥基灌浆材料。目前,水泥基灌浆材料是一种应用最多的材料,它具有耐久性好、强度高、无毒、无污染、价格便宜等优点。国内外对水泥基灌浆材料进行了很多研究,并且取得了不少的成果,为进一步的开发提供了研究基础[1~3]。
2004年,东南大学王思源、张晓青等[4,5]针对预应力混凝土孔道灌浆技术的改进,进行了专题研究。研究的内容包括灌浆材料的选择、最佳配比和预应力孔道灌浆工法及工艺参数的改进。2005年,万宇等人[6]报道了一种快硬灌浆料的试验研究:采用特种水泥、石英砂和适宜的外加剂,研制出具有快硬早强、高流动度、适宜的可操作时间、微膨胀等特点的快硬灌浆料。该研究反映了目前国内研究的基本思路和现有水平。
目前国内外对灌浆材料的研究一般重在个案,即针对某类具特殊用途或具备某项特点的灌浆材料进行研发[7,8]。而对当前市场上灌浆材料的普遍要求,诸如高强,高耐久,微膨胀,绿色环保等等特性[9]与灌浆料常用各组分水泥、掺合料、砂、减水剂、膨胀剂等等之间关系的系统研究却难得一见。本研究目的是在现有文献和同济大学建筑材料研究所近年进行的灌浆料研究基础上[10],归纳干粉水泥基灌浆用砂浆中最主要的组分,建立其与灌浆料新拌性能(流动性和凝结时间)和硬化性能(力学性能和竖向膨胀)之间的关系模型,为水泥基灌浆材料的研发和生产提供清晰明确的参考资料。
1 试验内容及方法
1.1 原材料
水泥:安徽P·O 52.5R级水泥、河南52.5级快硬硫铝酸盐水泥。
掺合料:Ⅱ级粉煤灰与S95级矿粉。
河砂:表观密度2630kg/m3。按试验要求,筛分后再按不同编号而组成不同级配的人工砂并分别贮存(见表1)。
水:城市自来水。
减水剂:聚羧酸减水剂A,商品名ADV,减水率30%以上,推荐掺量0.1%~0.3%;聚羧酸减水剂B,商品名265F,减水率30%,推荐掺量0.1%~0.3%;磺化三聚氰胺类减水剂,减水率可达30%,推荐掺量0.4%~0.7%;萘系减水剂,商品名FDN,减水率15%~20%,推荐掺量0.5%~1.0%。
消泡剂:商品名P803,粉剂。
膨胀剂:UEA膨胀剂,上海产。
无水石膏:安徽产。
1.2 试验方法
试验以同济大学建筑材料研究所近年研发的水泥基灌浆材料基本配方作为依据(表2)。实验过程中保持胶砂比和水灰比不变,调整其他各种主要成分的种类或用量,测定灌浆材料的性能变化,建立关系模型。
在试验过程中,保持基本参数不变,按一定规律调整单一组分的掺量或更换其种类,以考察该种组分的种类和掺量对水泥基灌浆料性能的影响。所有试验都在20℃左右室温下完成。
主要试验方法包括:流动性试验,按《公路桥涵施工技术规范》JTJ 041附录G-11进行,试验结果为三次测量的平均值。力学性能试验,按《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》GB/T 17671进行。凝结时间试验,按《建筑砂浆基本性能试验方法》JGJ70进行。砂的级配和堆积密度、空隙率试验,按《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ 52进行。体积变化性能试验包括:a)竖向膨胀率,按《混凝土外加剂应用技术规范》GB50119附录C进行;b)干体积密度试验,按《加气混凝土体积密度、含水率和吸水率试验方法》GB/T 11970进行。
2 试验结果与分析
2.1 主要组分对灌浆料流动性的影响
(1)胶凝材料对灌浆料流动性的影响
由图1可见,掺合料按一定比例等量替代灌浆材料中的水泥,都可以起到一定程度的改善流动性的作用。而且随着掺量的提高,流动性也呈提高的趋势。但胶凝材料中,分别掺入粉煤灰、矿粉或硫铝酸盐水泥后,其各自对流动性的影响则没有明显优劣高下之分。
(2)骨料对灌浆料流动性的影响
试验考察了人工级配砂对流动性的影响。前期试验证明,在较低流动性的范围内,使用自然级配的中砂灌浆料与使用人工级配砂的灌浆料相比,其流动性相差不明显;但在高流动性灌浆料范畴内,使用人工级配砂至关重要,不但可以提高灌浆料流动性,还可以保证灌浆料生产的质量稳定性。试验采用了5种不同级配组成的人工级配砂(如表1)。图2表示了5种人工级配砂随着细度模数增大,灌浆料的流动性也随之增大。但在试验过程中可以发现,使用编号E的人工砂灌浆料有“跑浆”现象,即由于砂的保水性不好而产生浆体与骨料分离的现象。
(3)减水剂对灌浆料流动性的影响
如图3,4,5所示,聚羧酸减水剂的减水率大大高于三聚氰胺系和萘系减水剂,可以使灌浆料的流动性大大提高。试验将各种减水剂的掺量从下限逐步增加到上限(表2),无论是掺加聚羧酸系、三聚氰胺系还是萘系减水剂,其试样流动性都经历了一个由大幅提高到稳定不变甚至略有下降的过程。在提高流动性方面,聚羧酸系减水剂的最佳掺量为0.2%,三聚氰胺系减水剂为0.5%,萘系减水剂为0.8%。两种聚羧酸减水剂之间比较,265F减水剂较ADV的减水率更高,对提高灌浆料流动性效果更明显。
(4)消泡剂对灌浆料流动性的影响
由于聚羧酸系减水剂均有引气的副作用,而且发气速率快,气泡不均匀,会引起灌浆料拌合物的泛浆和泌水,还会使灌浆料硬化后的强度下降,所以,在使用聚羧酸减水剂的干粉砂浆中,经常按减水剂的一定比例掺入消泡剂,以消除气泡。但由于新拌灌浆料缺少了气泡的润滑作用,其流动性会下降。由图6知,当消泡剂与减水剂比例达到0.5以后,灌浆料流动性的下降趋势减缓。
(5)膨胀剂对灌浆料流动性的影响
由图7知,UEA膨胀剂和石膏的掺入,可以在一定程度上改善灌浆料的流动性,但总的来看影响均不大。
2.2 主要组分对灌浆料凝结时间的影响
(1)胶凝材料对灌浆料凝结时间的影响
由图8可知,使用掺加10%硫铝酸盐水泥的胶凝材料配制的灌浆料凝结时间将大幅下降,降幅可达37.5%。掺加10%粉煤灰的灌浆料凝结时间较空白组略有延长,而掺加矿粉的则相反,略有缩短,这是由于矿粉的活性较粉煤灰高。
(2)减水剂对灌浆料凝结时间的影响
聚羧酸减水剂由于其减水率较大,提高了水泥浆体的分散性,虽然有利于灌浆料在较长时间内保持流动性,但也不可避免地延长了凝结时间。从图9可知,最佳掺量下的聚羧酸减水剂灌浆料凝结时间较掺加三聚氰胺系和萘系减水剂灌浆料大幅延长;然而,三聚氰胺减水剂的减水率虽然要大于萘系减水剂,但使用三聚氰胺减水剂的灌浆料凝结时间并未较使用萘系减水剂的有所延长。三种减水剂掺量提高后,其对应灌浆料凝结时间也都有不同程度延长。
注:图中百分数为掺量。
(3)膨胀剂对灌浆料凝结时间的影响
由图10可见,无论UEA膨胀剂或石膏都延长了灌浆料的凝结时间,而两者之间没有明显差异。
2.3 主要组分对灌浆料力学性能的影响
(1)胶凝材料对灌浆料强度的影响
掺加硫铝酸盐水泥的目的是希望能提高灌浆料的早期强度,但由图11可见,在15%掺量范围内,硫铝酸盐水泥对灌浆料强度并没有提高作用,甚至在28d龄期出现了强度下降。由图12可知,掺加掺合料矿粉和粉煤灰的灌浆料早期强度较空白组有所下降,但部分试样后期强度却超过了空白组。总体来讲,因为矿粉的活性较高,掺矿粉的灌浆料比掺加粉煤灰的强度高。矿粉的最佳掺加比例在10%左右。
(2)骨料对灌浆料强度的影响
由图13可知,分别使用5种不同级配人工砂的灌浆料,早期强度区别并不大,然而在后期,强度差别加大,且随着骨料的细度模数由细到粗,强度逐渐提高。细度模数为3.2的E类砂灌浆料的强度较其他高。但其试块分层严重,浆体和骨料分离明显。
(3)减水剂对灌浆料强度的影响
从图14,15,16可见,在水胶比相同的情况下,掺加聚羧酸系减水剂灌浆料的28d强度要明显高于掺加三聚氰胺和萘系减水剂。萘系减水剂随着掺量增加,强度反而下降,0.8%~1.2%掺量的试样各龄期强度反而低于0.6%掺量的;掺加三聚氰胺减水剂的试样也有类似现象。聚羧酸减水剂对强度而言的最佳掺量在0.2%,多掺或少掺均对强度不利。两种聚羧酸减水剂比较而言,ADV减水剂的效果明显好于265F减水剂。
(4)消泡剂对灌浆料强度的影响
由图17可知,掺加消泡剂后,灌浆料试样的干体积密度明显提高,体积密度提高也伴随着强度的提高,而且趋势相似,如图18。消泡剂掺量达到减水剂比例50%以上后,强度提高不明显。
(5)膨胀剂对灌浆料强度的影响
适量掺加UEA膨胀剂和石膏对灌浆料各龄期强度均有一定提高,从图19可见,就强度而言,UEA膨胀剂的最佳掺量为10%~15%,石膏最佳掺量为10%。UEA膨胀剂和石膏的过量掺加均会降低灌浆料的强度。
2.4 主要组分对灌浆料竖向膨胀的影响
UEA膨胀剂和石膏对灌浆料的膨胀作用主要发生在硬化初期,膨胀剂对竖向膨胀率的影响试验中,未添加任何膨胀剂的空白组,7d的竖向膨胀率为0,而添加了UEA膨胀剂和石膏的灌浆料试样则均有一定膨胀,如图20所示。UEA膨胀剂的掺量以10%为宜,而石膏的掺量越高,膨胀越大。
3 结论
(1)掺入矿粉和粉煤灰可以降低灌浆料成本,并且在一定程度上改善流动性。掺加掺合料对灌浆料凝结时间影响不大,而掺加硫铝酸盐水泥可大幅缩短凝结时间。强度方面,掺加掺合料降低了灌浆料的早期强度,掺加粉煤灰对灌浆料后期强度影响不大,矿粉掺量在10%左右时还可提高后期强度。在胶凝材料中掺加一定量硫铝酸盐水泥,不利于灌浆料强度的发展。
(2)使用人工级配砂可以保证高流动性灌浆料的生产质量。在中粗砂级配区里,砂的细度模数增大,灌浆料的流动性和强度都随之增大,但灌浆料的保水性和粘聚性却会下降,使用粗砂的灌浆料有明显的分层离析现象。根据实验,砂的粒径不宜大于1.25mm。灌浆料用砂的细度模数以在2.4~2.8之间为宜。
(3)在相同水胶比的前提下,聚羧酸减水剂可以较三聚氰胺系和萘系减水剂大幅提高灌浆料的强度和流动性;但聚羧酸减水剂的副作用是同样大幅的延长了凝结时间和增加了泌水现象。综合考量灌浆料的各性能,聚羧酸减水剂的最佳掺量应在0.2%左右,三聚氰胺减水剂的最佳掺量为0.5%,萘系减水剂的最佳掺量为1.0%。ADV聚羧酸减水剂较265F减水剂的整体性能为优。
(4)在使用聚羧酸减水剂的情况下,消泡剂的掺加可以有效提高灌浆料硬化后的干体积密度,从而提高灌浆料的强度。但消泡剂的掺加对灌浆料流动性有一定负面影响。综合来看,消泡剂掺量应在聚羧酸减水剂的50%左右为宜。
(5)适量掺入UEA膨胀剂可以提供硬化后灌浆料一定的膨胀,而且还有益于灌浆料的强度发展,掺量以10%~15%为佳。石膏的膨胀效果与UEA膨胀剂相似,但掺量过大对强度会产生负面影响。
参考文献
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水泥基灌浆材料 篇6
灌浆料是一种无收缩、早强、高强、自流性能好的胶结材料, 广泛应用于工业设备基础的二次灌浆、地脚螺栓的锚固、混凝土构件的维修加固等工程。
灌浆料包括胶凝材料组份、微膨胀组份、集料、消泡组份、减水组份等。与普通混凝土一样, 原材料、水灰比、水泥、集料、集灰比、养护等都对灌浆料的强度产生影响。
一般而言, 灌浆料以硫铝酸盐水泥配制最佳。硫铝酸盐水泥具有快硬、早强高强、微膨胀的特性, 是配制灌浆料的理想原材料。但是, 很多地区还没有生产特种水泥的企业, 而且, 硫铝酸盐水泥的烧成温度较普通硅酸盐水泥高, 其价格也较普通硅酸盐水泥高出不少。
2 实验
2.1 原材料
本实验采用原材料为江西亚东水泥有限公司洋房牌P.O52.5级水泥、工业硬石膏、ISO标准砂、河砂、苏州聚羧酸盐减水剂 (粉剂) 、工业级葡萄糖酸钠等。
2.2 流动度实验
水泥基灌浆料流动度和经时损失受诸多因素影响, 其中减水剂及缓凝剂的品种、掺量是主要影响因素。前期实验证明, 聚羧酸盐减水剂可以在低水料比时提供较好的流动性, 并且泌水率较小, 是比较理想的减水材料。葡萄糖酸钠是比较适用的缓凝剂。在探讨减水剂和缓凝剂对灌浆料的流动度影响的实验中, 灰砂比为1:2.7, 水料比为0.12, 实验按JC/T 986-2005标准进行, 实验数据如表1。
从表1可知, 减水剂掺量0.65%, 缓凝剂掺量0.12%, 可以满足灌浆料工作性的要求。
2.3 强度和竖向膨胀率实验
前期实验证明, 适量的石膏可以引起灌浆料的竖向膨胀。
改变石膏掺量, 其余原材料按B3进行实验, 结果如表3。
抗压强度实验为100×100×100三联试模成型, 带模标准养护室养护24小时;竖向膨胀率实验按JC/T 986-2005标准进行。
从表2数据可以看出, 灰砂比0.27时, 强度最佳, 过大的灰砂比并不能得到更大的抗压强度。
从表3数据可以看出, 1d竖向膨胀率随着石膏掺量的加大而增大。
2.4 砂颗粒级配实验
根据堆积理论, 将河砂晒干, 晒除5mm以上颗粒后用方孔筛分级, 以最大粒径颗粒与次大粒径颗粒按不同配比混合, 求出两种粒径混合料最大密度时的配比, 并继续掺入下一级配颗粒, 求出三种粒径混合料最大密度时的配比, 最终确定0.2~2.5mm粒径颗粒的最佳配比如表4。
将各粒径的砂按表4配制后取代ISO砂按B3配比进行实验, 1d强度为37.2MPa。
将天然河砂晒去大于5mm的组份后取代ISO砂按B3配比进行实验, 1d强度为26.5MPa。
可见, 砂的级配对强度的影响极大。
3 结论
(1) 以普通硅酸盐水泥、经筛分后混合的河砂等原材料, 可以配制出性能优良的水泥基灌浆料。
(2) 湿养护条件下, 石膏用量对竖向膨胀率的影响较大。
(3) 砂的颗粒级配对灌浆料的强度极大, 合理的颗粒级配能够得到更密实的灌浆料。
摘要：通过实验研究普通硅酸盐水泥配制高强灌浆料以及各种原材料对灌浆料性能的影响。
水泥基灌浆材料 篇7
水泥基灌浆材料(Cementitious grout)是一种由水泥为主要胶凝材料,适量的集料(或者不含集料)及加入少量的混凝土外加剂和其它材料,经过工业化生产的具有合理级配的干混材料。灌浆料具有可灌注的流动性、微膨胀、高的早期强度和后期强度、不泌水等优点,已由最初的主要用于设备基础灌浆材料,发展成为可用于建筑物基础加固,建筑物植筋,建筑物梁、板、柱改造等多种用途的系列化产品[1]。随着高强高性能混凝土的出现和发展,高强灌浆材料也得以实现并逐渐成为重要的发展方向。目前使用的水泥基灌浆料,由于普通硅酸盐水泥体积收缩易产生微裂纹,导致支座安装后支座板下产生不密实情况,而且水泥基灌浆料强度发展较慢,耐久性差,会直接影响建筑工程的结构稳定性和使用寿命[2]。另外,由于国内市场膨胀剂性能的稳定性并不十分理想,灌浆料的工程应用性能稳定性也令人堪忧[3]。本文在灌浆料中加入硫铝酸盐水泥(SAC),利用硫铝酸盐水泥快硬早强、微膨胀和水化硬化浆体孔溶液的低碱度等特性,用来改善灌浆料的性能。同时采用两种膨胀剂复配,保证灌浆料早期和后期均产生膨胀,用以补偿收缩。另外,通过掺入各种功能性外加剂,成功研制出初始流动性≥340mm、30min流动度≥290、1d强度≥30MPa、28d强度≥80MPa、3h竖向膨胀率≥0.6%的高强无收缩灌浆料。
1 原材料与实验方法
1.1 原材料
胶凝材料:福建炼石水泥有限公司生产的P·O42.5 水泥;唐山北极熊建材有限公司生产的快硬硫铝酸盐水泥42.5级。
集料:普通河砂,细度模数为2.7~2.9,含泥量小于1.0%。
膨胀剂:塑性膨胀剂,UEA膨胀剂。
减水剂:苏州兴邦化学建材有限公司生产的粉末聚羧酸减水剂。
缓凝剂:工业级的葡萄糖酸钠、酒石酸。
消泡剂:德国AGITAN-P803消泡剂。
保水剂:羟丙基甲基纤维素醚,黏度为400m Pa·s。
1.2 实验方法
试验中胶凝材料∶砂=1∶1(重量比),其中硫铝酸盐水泥等量取代硅酸盐水泥,各种外加剂掺量均为胶凝材料的质量比。
流动度、竖向膨胀率按GB/T 50448-2008《水泥基灌浆材料应用技术规范》进行测试。
抗压强度按GB/T 17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》进行测试,将拌合好的灌浆砂浆倒入试模,不振动。
泌水率按GB/T 50080-2002 《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行测试。
2 结果与讨论
2.1 硫铝酸盐水泥掺量对灌浆料的影响
图1 和图2 反映了不同硫铝酸盐水泥掺量对灌浆料的影响。从图1 可以看出,随着硫铝酸盐水泥掺量的增加,灌浆料的初始流动度逐渐减小,30min流动度损失逐渐增大。当硫铝酸盐水泥掺量为20%时,浆体在30min内已硬化。从图2可以看出,随着硫铝酸盐水泥掺量的增加,灌浆料的抗压强度增大,且早期强度增幅较为明显,后期强度的增幅逐渐减小。
硫铝酸盐水泥水化生成高硫型水化硫铝酸钙的量比普通硅酸盐水泥水化生成的多,还生成一些胶体。水化钙矾石形成的强度骨架被大量的胶体充填,使得水泥石的结构更密实,强度更高。在普通硅酸盐水泥加入硫铝酸盐水泥,会大量消耗Ca(OH)2,降低水泥浆体的碱度,加快普通硅酸盐水泥中C3S的水化作用,加快了水泥硬化速度从而使强度得到提高,但同时,也使浆体流动度减小,凝结时间缩短[4]。因此,在普通硅酸盐水泥中加入硫铝酸盐水泥时要适量,并添加缓凝剂调节凝结时间。从试验情况和产品成本考虑,硫铝酸盐水泥的掺量为10%较为适宜。
2.2 缓凝剂对灌浆料的影响
2.2.1 酒石酸对灌浆料的影响
表1 反映了不同酒石酸掺量对灌浆料的影响。可以看出,随着酒石酸掺量的增加,灌浆料的初始流动度增大,30min流动度变化并不明显,抗压强度有所下降。当酒石酸掺量超过0.08%后,灌浆料出现泌水、分层等不利现象。这说明酒石酸对硅酸盐- 硫铝酸盐水泥体系的终凝时间影响不明显,且掺量过大时还会降低抗压强度,产生不利影响。
2.2.2 葡萄糖酸钠对灌浆料的影响
表2 反映了不同葡萄糖酸钠掺量对灌浆料的影响。可以看出,随着葡萄糖酸钠掺量的增加,灌浆料的初始和30min流动度先增大后减小,抗压强度先增大后减小。葡糖糖酸钠掺量过大时,灌浆料会出现严重缓凝。从结果来看,葡萄糖酸钠会延长硅酸盐- 硫铝酸盐水泥体系的凝结时间,在掺量不超过0.08%时,对强度的影响不大,但是超过0.08%后会过度缓凝,浆体长时间无法硬化,对工程不利。另外,虽然葡萄糖酸钠会延长浆体凝结时间,但30min流动度仍然不满足要求。
2.2.3 缓凝剂复配对灌浆料的影响
考虑到单掺酒石酸和葡萄糖酸钠均不能满足产品要求,故将两种缓凝剂进行复配,形成复合缓凝剂。
表3 反映了不同复合缓凝剂掺量对灌浆料的影响。从表3 可以看出,随着缓凝剂掺量的增加,初始和30min流动度均增大,抗压强度先增大后减小,当缓凝剂掺量为0.03%时效果最佳。这表明复合缓凝剂既能够延长浆体凝结时间,又能减小30min流动度损失,同时,在一定掺量范围内对浆体和易性和强度不会产生较大影响,可以满足要求。
2.3 塑性膨胀剂掺量对灌浆料的影响
UEA类膨胀剂主要依靠钙矾石的形成来补偿水泥水化造成的收缩[5],这种膨胀主要产生于中后期,对于灌浆料的早期塑性膨胀贡献不大。为保证灌浆料在塑性阶段即产生膨胀,需添加塑性膨胀剂。
图3 和图4 反映了塑性膨胀剂掺量对灌浆料的影响。从图3可以看出,随着塑性膨胀剂掺量的增加,灌浆料的初始流动度和30min流动度变化不明显,这表明塑性膨胀剂基本不会影响灌浆料的流动性。从图4可以看出,随着塑性膨胀剂掺量的增加,灌浆料的3h和24h竖向膨胀率均增大,这说明塑性膨胀剂能够使灌浆料在塑性阶段便产生膨胀,且这种膨胀在浆体硬化后仍然存在。考虑到实际工程需要,塑性膨胀剂的掺量范围在0.03%~0.05%较为适宜。
塑性膨胀剂能够使灌浆料在水化初期便产生膨胀,补偿灌浆料的塑性收缩,防止早期裂缝的产生。此外,塑性膨胀剂的膨胀效果一直持续到浆体硬化后,与UEA膨胀剂共同作用,使得灌浆料能够持续不断的产生膨胀,补偿各阶段的收缩,防止裂缝的出现。
2.4 保水剂对灌浆料的影响
纤维素醚在保水、增稠、缓凝、引气等方面可以显著改善水泥砂浆的特性。通常,水泥砂浆所用纤维素醚粘度一般为4万~20 万,在保水增稠之余,会产生增加用水量,降低强度等不利影响。考虑到灌浆料流动度大、早强高强的要求,高粘度的纤维素醚并不合适,故本文采用一种低粘度的纤维素醚来作为保水剂。
图5~ 图7 反映了不同保水剂掺量对灌浆料的影响。从图5 可以看出,随着保水剂掺量的增加,灌浆料的流动度降低,且流动度损失增加,当保水剂掺量超过0.03%时,30min流动度损失过大,不利于实际应用。从图6 可以看出,掺入保水剂后,浆体的泌水率明显降低,当掺量超过0.03%后,对浆体泌水率的降低作用趋于平缓。从图7 可以看出,当保水剂掺量小于0.02%时,保水剂掺量的增加对抗压强度的影响并不明显;而当保水剂掺量大于0.02%时,随着保水剂掺量的增加,抗压强度下降。这说明低粘度的纤维素醚同样能够很好的增加浆体的保水性,也同样会增加灌浆料的用水量,但对强度的影响较小。综合考虑,低粘度的纤维素醚的掺量为0.02%较为适宜。
3 结论
(1)水泥基灌浆材料通常采用普通硅酸盐水泥,但硅酸盐水泥存在早期强度不高、凝结时间过长且流动性不好的不足。在灌浆料中掺人一定量的硫铝酸盐水泥,不仅提高了普通硅酸盐水泥早期强度,而且后期强度也有所提高。从试验结果来看,硫铝酸盐水泥掺量为10%时较为适宜。
(2)将葡萄糖酸钠和酒石酸按一定比例复配后,能够延长灌浆料的凝结时间,同时对浆体和易性和强度并无不利影响,从而满足施工要求。复配缓凝剂的最佳掺量为0.03%。
(3)塑性膨胀剂能够在灌浆料硬化前便产生膨胀,弥补UEA膨胀剂在中后期才产生膨胀的缺点,二者共同使用,即能使灌浆料在各龄期均产生膨胀。从试验情况来看,塑性膨胀剂的掺量为0.03%~0.05%时较为合适。
(4) 低粘度纤维素醚同样能够很好的增加浆体的保水性,也同样会增加灌浆料的用水量,但对强度的影响较小。当纤维素醚掺量为0.02%时,能够达到产品要求。
摘要：通过在普通硅酸盐水泥中加入硫铝酸盐水泥及多种助剂配制高强无收缩灌浆料。主要研究了硫铝酸盐水泥、缓凝剂、塑性膨胀剂、保水剂对灌浆料性能的影响。结果表明,掺入10%的硫铝酸盐水泥、0.03%的复合缓凝剂、0.03%~0.05%的塑性膨胀剂及0.02%的保水剂配制的灌浆料具有大流动性、早强高强和微膨胀等特点。
关键词：高强无收缩灌浆料,大流动性,早强高强,微膨胀
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新型灌浆材料超细水泥的发展现状 篇8
随着科技的进步与科研实践的深入以及浅部资源的日益减少, 煤炭向更深层挖掘;由于地下环境恶劣, 地质环境复杂多变, 地下结构的稳定性在井下安全问题中显得尤为重要。灌浆技术在地下结构的支护中占有重要的地位, 而灌浆材料则是灌浆技术的基础。在地下工程防水及预加固处理、软土地基加固、各类建筑物结构缺陷的补强、修复及纠偏等领域, 灌浆材料和灌浆技术得到了非常广泛的应用。灌浆材料中黏土类灌浆材料粘度较大, 不利于灌浆, 而且其固结强度低、稳定性差;普通硅酸盐水泥类灌浆材料由于其颗粒粒径大, 难以满足细微裂缝的灌浆要求, 而且硬化后易收缩, 因而人们转向了对化学灌浆材料的研究;但化学灌浆材料成本高、施工复杂、固化放热, 且有毒性, 给环境和人类带来危害。因此, 专家学者又开始把研究方向转移到硅酸盐类无机灌浆材料的研究上。为了解决普通水泥颗粒粒径大, 无法有效灌入微细裂缝或缝隙中, 人们开始研究超细水泥, 即减小普通水泥的粒径, 以提高其可灌性。超细水泥首先出现在20世纪中后期的日本, 这种材料的名称为MC-500超细水泥, 由于其较小的颗粒和良好的可灌性, 能够渗透到细微裂隙中, 注浆效果可以和化学灌浆材料相比拟[1]。
1 概况
超细水泥和普通水泥原材料一样, 只是采用特殊的研磨设备使颗粒细化[2]。一般情况下把平均粒径3~6μm, D95<20μm (即允许5%的颗粒粒径大于20μm) , 或者比表面积在800 m2/kg以上的水泥称水超细水泥。浙江金华华夏灌浆材料厂生产的水泥, 其最大比表面积1 600 m2/kg以上, 平均粒径小于2μm, 甚至可以1μm以下, 是广义上的纳米级材料。该产品可注入25μm以内的裂缝之中。普通水泥与超细水泥性能方面的比较见表1。
2 超细水泥的工作性能
2.1 稳定性和流动性
超细水泥在注浆过程中, 要求有反映浆液稳定性的较高的结实率;对于水灰比为1的普通水泥浆液, 其结实率为75%以下, 浆液凝固历时90 min;而超细水泥的结实率为95%以上, 浆液凝固历时120 min, 稳定性得到了大大的提升。水泥浆在自重或外力作用下发生黏塑性变形的性能反映了浆液的流动性。水泥颗粒的细化降低了灌浆材料的流动性, 而采取增加用水量来提高其流动性的措施会导致浆液流动性降低。为了确保注浆材料具有良好的可注性, 很好地填充孔洞和裂隙, 需要加入一些掺量为0.5%左右高效减水剂降低浆液黏度。
2.2 抗压及抗渗性能
超细水泥具有较高强度的原因主要是超细水泥颗粒细, 水化物多, 水化充分, 并且其具有致密、均匀的结构。由表2可见, 超细水泥灌浆料 (MFC-GM) 3d和28d的抗压强度就已经超过P.Ⅱ42.5的硅酸盐水泥强度的28.7%和25.4%, 分别达到50.5、68.2 MPa。P.Ⅱ42.5硅酸盐水泥和超细水泥灌浆料 (MFC-GM) 7 d的抗压强度分别为41.5、57 MPa;从表2中可以看出, 超细水泥内部孔隙由于多以非连通孔形式存在而具备了优异的抗渗性能。
MPa
2.3 凝结时间和浆液温度
凝结时间既要考虑灌浆操作和浆液充分地填充破碎裂隙的时间, 也要控制其灌浆量和扩散距离, 防止浆液的浪费。不同的工程对凝结时间有不同的要求, 应根据实际情况在超细水泥制备的过程中掺加0.5%~2.5%的调凝剂, 确保灌浆材料达到所需的凝结时间。超细水泥由于具有活性高这一特性, 水化初期释放大量热量, 促使浆液温度很快升高;超过40℃的温度, 不利于结构强度的增长[3]。在超细水泥制备的过程中, 加入一些如粉煤灰、硅粉等活性掺和剂能够起到降低水化热的作用。
2.4 膨胀性及可灌性
超细水泥中加入适量的膨胀剂, 能够确保水泥结构体后期不收缩, 对裂隙尤其是细微裂隙的灌浆, 可以取得良好的抗压、防渗效果[4]。可灌性是灌浆材料的重要性能指标之一, 它是通过采用室内模拟浆液灌入一定细度砂体的能力来表示。浆液的流动性和粒子粒径是判断水泥浆液可灌性优劣的两个重要因素[5]。可灌性与水泥粒子粒径的关系为NR=B/D95, 其中B为裂隙宽度;D95表示95%的水泥粒子粒径小于该值。一般认为NR≥3~5时, 浆液的可灌性好。
3 超细水泥的发展情况
表3反映了国内外生产厂家生产的各种超细水泥的型号, 平均及最大粒径和比表面积。
MC系列注浆材料应用在圆梁山隧道 (目前全世界已成功开通隧道施工中水压力最高的隧道) 中, 其穿越多条断层和多个“高压富水”的大型溶洞, 这一成功经验的取得, 为注浆材料的应用提供了非常重要的借鉴意义。
4 存在的问题及发展方向
灌浆材料向高性能方向发展, 其高性能应该表现在:多组分复合、材料组成颗粒微细化、高可灌性、高耐久性、高体积稳定性、无毒性, 在对高性能灌浆材料研究的同时, 以下三个方面是研究的主要方向[2]。
1) 水泥的超细化技术研究。只有水泥颗粒细化后才能提高其自身的渗透能力, 注入更为细微的裂缝, 达到更好的灌浆效果。粉磨设备相对落后及粉磨技术效率低导致了超细水泥生产成本高, 严重制约了超细水泥的普及应用, 因而在粉磨技术和粉磨设备方面加强创新研发。
2) 多组分复合技术研究。实现高性能水泥基灌浆材料开发的关键技术就是通过多组分的复合, 共同提高浆液的流动性、耐久性和稳定性[6]。
3) 开发多系列高性能灌浆水泥。目前这类水泥基灌浆材料主要是在硅酸盐系列的超细水泥中掺入外加剂来改善材料的特性, 产品比较单一。可以尝试在多个方面进行研究, 比如研发超细非硅酸盐类无机灌浆材料, 或者利用有机和无机材料复合开发出聚合物类水泥基灌浆材料等。
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摘要：在相比普通水泥具有良好稳定性的超细水泥中掺入0.5%左右高效减水剂, 可以很好地降低浆液黏度, 提高流动度。P.Ⅱ42.5的硅酸盐水泥和超细水泥灌浆料 (MFCGM) 的抗压、抗渗强度的对比试验表明, 超细水泥灌浆料3d和28d的抗压强度就已经超过P.Ⅱ42.5的硅酸盐水泥强度的28.7%和25.4%, 分别达到50.5、68.2 MPa, 因而超细水泥具有更加优异的抗压强度。在超细水泥灌浆材料的制备过程中加入0.5%~2.5%的调凝剂, 能够确保浆液合理的凝结时间;与此同时, 可以通过掺入粉煤灰、硅粉等活性掺和剂起到降低水化热的作用。
关键词：超细水泥,灌浆材料,工作性能,发展现状
参考文献
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