一種新型混凝土灌漿料的研究

鄭成艷 劉圣偉 齊繼 郭春

摘 要：本論文通過大量的實(shí)驗(yàn)，以普通硅酸鹽水泥為基礎(chǔ)，通過骨料級(jí)配和多種外加劑的調(diào)試，研制開發(fā)出一種具有良好流動(dòng)性的高強(qiáng)灌漿料。該灌漿材料初始流動(dòng)度大于335mm，1h流動(dòng)度可達(dá)260 mm，硬化漿體強(qiáng)度高，2h強(qiáng)度可達(dá)22 MPa，24h抗壓強(qiáng)度可達(dá)40MPa，其性能滿足標(biāo)準(zhǔn)，達(dá)國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平。該灌漿料具有較高的流動(dòng)性，在不振搗或少振搗的情況下可以自流平而充滿模板，并能夠保持不離析、不泌水、成型質(zhì)量均勻，不會(huì)產(chǎn)生普通混凝土由于振搗不充分而產(chǎn)生的蜂窩麻面和內(nèi)部空洞等質(zhì)量缺陷，是非常有前景發(fā)展的一種材料。

關(guān)鍵詞：灌漿料；流動(dòng)度；高性能

Study of a new concrete grout

ZHENG Chengyan 1 LIU shengwei 2 QIji 3 GUO chun 4

（1.Jilin communications polytechnic，Changchun，130000；2. Changchun Water Resources and Hydropower Engineering Co.，Ltd. Huayu， Changchun，130021；3. Jilin Province Science and Technology Association， Changchun，130000； 4. China Water Northeastern？Investigation Design&Research; ， Co.，Ltd， Changchun，130000；）

Abstract：In this paper， through a large number of experiments to ordinary portland cement for the foundation. Through a variety of additives aggregate gradation and debugging， developed a kind of high strength with good mobility grout. The grouting material is greater than the initial flow of 335 mm， 1 h flow of up to 260 mm， high strength hardened paste， 2h strength up to 22 MPa， 24h compressive strength of up to 40 MPa， its performance to meet the standards of the domestic advanced level . The grout has high mobility， without vibration or less self-leveling and vibration can be filled with templates and the ability to maintain no segregation， no bleeding， even forming quality， does not produce normal concrete due to vibration honeycomb quality defects and internal cavities， such as fully produced， It is a kind of development prospects material.

Keywords： Grout； fluidity； performance

0.前言

混凝土灌漿料與傳統(tǒng)的細(xì)石混凝土相比，具有流動(dòng)性更好、強(qiáng)度更高和施工易于控制的特點(diǎn)；與傳統(tǒng)環(huán)氧砂漿相比，具有 膨脹性好、施工簡(jiǎn)便快捷等特點(diǎn)。自20世紀(jì)90年代初，我國(guó)自主研發(fā)生產(chǎn)的混凝土灌漿材料在眾多大中型企業(yè)的設(shè)備安裝、建筑結(jié)構(gòu)加固改造工程以及橋梁工程中得到廣泛應(yīng)用。

混凝土灌漿料是以高強(qiáng)度材料作為骨料，以水泥作為結(jié)合劑，輔以高流態(tài)、微膨脹、防離析等物質(zhì)配制而成。它在施工現(xiàn)場(chǎng)加入一定量的水，攪拌均勻后即可使用。它是一種具有早強(qiáng)、高強(qiáng)、微膨脹和耐久性好等多種優(yōu)點(diǎn)的新型復(fù)合材料，是將流態(tài)混凝土技術(shù)、高強(qiáng)混凝土技術(shù)、膨脹混凝土技術(shù)和外加劑應(yīng)用技術(shù)等多中現(xiàn)代混凝土技術(shù)有效運(yùn)用的結(jié)果。

1 實(shí)驗(yàn)材料

（1）水泥：采用長(zhǎng)春亞泰水泥公司生產(chǎn)的P·O 42.5#普通硅酸鹽水泥。

（2）砂子：采用長(zhǎng)春本地提供的50-100目砂。

（3）高效減水劑：采用萘系（UNF-5）和氨基磺酸鹽（ASPF）高效減水劑。

（4）膨脹劑：UEA膨脹劑、YS-2膨脹劑、EA-L膨脹劑。

2 試驗(yàn)

2.1 骨料的選擇

本實(shí)驗(yàn)采用兩種不同粒徑的優(yōu)質(zhì)石英砂作為骨料配置砂漿，石英砂A為10～40目，石英砂B為40～70目，通過改變A與B的質(zhì)量比，研究不同骨料級(jí)配對(duì)砂漿流動(dòng)性和強(qiáng)度的影響，確定骨料的級(jí)配，試驗(yàn)結(jié)果如表2-1所示。

從表2-1中可以看出，砂的級(jí)配對(duì)灌漿料的流動(dòng)性及強(qiáng)度都有很大的影響。石英砂A相對(duì)石英砂B粒徑大，A比例越大，砂漿的工作性能越優(yōu)良，30min后的流動(dòng)性也越大，但是強(qiáng)度會(huì)有所降低。主要是因?yàn)榇稚跋鄬?duì)比表面積較小，需水量較小，有助于改善砂漿的工作性能，粗砂的骨架作用比較明顯，但孔隙比較多；而細(xì)砂較多時(shí)，砂漿中的空隙被填充，呈緊密堆積狀態(tài)，沒有粗砂的骨架作用。石英砂A與B按質(zhì)量比為6：4、7：3、8：2時(shí)砂漿具有良好的流動(dòng)性及強(qiáng)度。

2.2 高效減水劑的選擇

本實(shí)驗(yàn)中采用兩種減水劑（萘系減水劑和聚羧酸鹽減水劑）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，研究減水劑對(duì)砂漿工作性能的影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2-2。

從表3-2中可以看出：減水劑對(duì)灌漿料的工作性能的影響十分敏感，萘系減水劑摻量在1.0～1.25%之間，超過該范圍，砂漿易造成泌水，影響強(qiáng)度的提高。聚羧酸鹽減水劑摻量在0.6～0.8%之間，灌漿料具有良好的工作性能。聚羧酸鹽減水劑可在低水料比時(shí)保持較好的流動(dòng)性，且泌水率小，是比較理想的減水材料。從用量方面考慮，選擇聚羧酸鹽減水劑作為實(shí)驗(yàn)所用減水劑。

2.3 膨脹劑的選擇

水泥基灌漿料的膨脹性至關(guān)重要，由于灌漿料中水泥用量較大，為避免灌漿料加水后收縮，需摻加膨脹劑補(bǔ)償收縮，并且提高灌漿料與設(shè)備的粘結(jié)力?！端嗷酀{料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》中明確提出水泥基灌漿材料在1～3h內(nèi)必須具有0.1%～0.35%的豎向膨脹率。

本實(shí)驗(yàn)分別將UEA、EA-L、YS-2三種型號(hào)的膨脹劑進(jìn)行了復(fù)檢，試驗(yàn)結(jié)果見表2-3。

根據(jù)以上試驗(yàn)結(jié)果可以看出：從限制膨脹率方面考慮，UEA、EA-L、YS-2三種膨脹劑都可滿足要求，且三種膨脹劑之間的差距不大；從抗壓強(qiáng)度以及抗折強(qiáng)度方面考慮，三種膨脹劑相比，UEA膨脹劑性能更好，并且UEA膨脹劑用量比較廣泛，比較容易購(gòu)買。綜上優(yōu)選UEA膨脹劑作為此次配制灌漿料使用的膨脹物質(zhì)。

3 灌漿料優(yōu)化配比

通過以上原材料的對(duì)比試驗(yàn)及實(shí)驗(yàn)結(jié)果，確定最優(yōu)的原材料：選擇石英砂A（10～40目）與石英砂B（40～70目）質(zhì)量比為6：4、7：3、8：2的石英砂作為骨料，吉林亞泰水泥有限公司生產(chǎn)的42.5普通硅酸鹽水泥作為結(jié)合劑，聚羧酸鹽減水劑作為實(shí)驗(yàn)中所用減水劑，UEA膨脹劑作為漿膨脹物質(zhì)進(jìn)行試配。

3.1 確定基準(zhǔn)配合比

通過對(duì)不同灰砂比的砂漿大量的模擬實(shí)驗(yàn)，優(yōu)選出以下三種灰砂比進(jìn)行試拌，做出強(qiáng)度以及流動(dòng)度的對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果見表3-1。

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果，從強(qiáng)度，流動(dòng)度以及其它方面的考慮，確定序號(hào)1配合比作為基準(zhǔn)配合比。

3.2 確定高效減水劑摻量

分別將聚羧酸鹽減水劑摻以砂漿總量的0.60%、0.65%、0.70%、0.75%于確定的基準(zhǔn)配合比中，進(jìn)行試拌，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)結(jié)果見表3-2。

以上試驗(yàn)結(jié)果表明，第2組、第3組、第4組配合比中的高效減水劑摻量可以滿足目標(biāo)強(qiáng)度、流動(dòng)度、粘結(jié)力要求。因此，聚羧酸鹽減水劑摻量可以確定為0.65%、0.70%、0.75%。

3.3 確定膨脹劑摻量

分別將UEA膨脹劑取代水泥摻量的8%、9%、10%、11%于確定的基準(zhǔn)配合比中，進(jìn)行試拌，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)結(jié)果見表3-3。

以上試驗(yàn)結(jié)果表明：第2組、第3組、第4組配合比中的膨脹劑摻量可以滿足目標(biāo)膨脹率要求。因此，UEA膨脹劑摻量可以確定為9%、10%、11%。

3.4 確定灌漿料的配合比

根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以確定在基準(zhǔn)配合比中有三種粒徑級(jí)配的石英砂，三種摻量的聚羧酸鹽減水劑，三種摻量的UEA膨脹劑滿足目標(biāo)要求，根據(jù)正交試驗(yàn)法的三因素三水平正交表（見表3-4）分析可以確定九種混凝土灌漿料配合比，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表3-5。

綜合評(píng)分的目的，是將六個(gè)指標(biāo)化為一個(gè)評(píng)分指標(biāo)進(jìn)行分析。評(píng)分指標(biāo)反映了六個(gè)質(zhì)量指標(biāo)的要求。先列出直觀分析表和因子與指標(biāo)的關(guān)系圖，在分析因子和指標(biāo)的變化規(guī)律，根據(jù)因子影響的主次順序，選出最優(yōu)方法。配合比試驗(yàn)結(jié)果分析表如表3-6所示，配合比試驗(yàn)結(jié)果關(guān)系如圖3-2所示。

（1）因子和水平與評(píng)分關(guān)系從表4-6和圖4-2可以看清楚。

（2）因子影響指標(biāo)的主次順序從△R值看出：（主）B→C→A（次）；從表3-6和它們之間的圖形關(guān)系可以看出最優(yōu)方案是A2B3C2 。第8組灌漿料配合比效果最好，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均達(dá)到目標(biāo)要求，因此，第8組可以作為路橋用混凝土灌漿料的配合。

3.6 驗(yàn)證第八組配合比穩(wěn)定性

根據(jù)混凝土配制的一般原則，以下是對(duì)路橋用混凝土灌漿料配合比6組穩(wěn)定性試驗(yàn)結(jié)果，見表3-7。

以上試驗(yàn)結(jié)果表明，各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)值及平均值均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，該配合比穩(wěn)定性可靠。至此，已成功配制路橋用混凝土灌漿料。

結(jié)論：

（1）粗砂相對(duì)比表面積較小，需水量較小，有助于改善砂漿的工作性能；而細(xì)砂較多時(shí)，砂漿中的空隙被填充，呈緊密堆積狀態(tài)，對(duì)強(qiáng)度發(fā)展有利。綜合考慮，選擇石英砂A與石英砂B按質(zhì)量比為7：3時(shí)砂漿具有良好的流動(dòng)性及強(qiáng)度。

（2）萘系減水劑摻量在1.0～1.25%之間，超過該范圍，砂漿易造成泌水，從而影響強(qiáng)度的發(fā)展。聚羧酸鹽減水劑摻量在0.6～0.8%之間，灌漿料具有良好的工作性能。聚羧酸鹽減水劑可以在低水料比時(shí)提供較好的流動(dòng)性，并且泌水率小，是比較理想的減水材料。

（3）UEA、EA-L、YS-2三種型號(hào)的膨脹劑相比，UEA膨脹劑抗壓強(qiáng)度以及抗折強(qiáng)度性能較好。

（4）以普通硅酸鹽水泥為膠凝材料，調(diào)整骨料級(jí)配、高效減水劑及膨脹劑的摻量，配制出性能優(yōu)良的路橋用混凝土灌漿料通過正交試驗(yàn)確定本試驗(yàn)確定最佳配比為A2B3C2，即：灰砂比：7：3，聚羧酸鹽摻量為0.75%，UEA的摻量為10%。

（5）對(duì)最佳配比做穩(wěn)定性試驗(yàn)抗壓強(qiáng)度、豎向膨脹率、流動(dòng)度、與圓鋼粘結(jié)力滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

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