水泥基灌漿材料性能的影響因素

燕春福，孫德環(huán), 張開偉，王俊，丁明慶

（1. 河北建設(shè)勘察研究院有限公司，河北 石家莊 050031；2. 中交一公局集團(tuán)第三工程有限公司, 北京 101102；3. 交通運輸部科學(xué)研究院，北京 100029 ）

水泥基灌漿料是以水泥、細(xì)骨料為基本材料，加入適量的混凝土外加劑及其他輔助材料形成的干混材料，加水拌和后具有大流動度，高強、早強、微膨脹等性能。最新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC/T986-2018《水泥基灌漿材料》中，按流動度將水泥基灌漿料分四類：Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類；按抗壓強度將水泥基灌漿料分為四個等級：A50、A60、A70、A80。

為取得高流態(tài)、防離析、無收縮等性能，需要在水泥基灌漿材料中摻加較多的組分，如減水劑、膨脹劑等，但上述組分物質(zhì)的摻入對水泥基灌漿材料性能的影響較大。本文擬用普通硅酸鹽水泥、普通河砂為基本材料，輔以硅灰、早強劑、減水劑等成分，制備出滿足國家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的水泥基灌漿材料。

一、試驗部分

（一）試驗原材料

水泥：曲寨P·O42.5水泥；河砂：級配范圍屬Ⅱ區(qū)，細(xì)度模數(shù)為2.9，砂子含泥量為2.5%；粉煤灰：Ⅱ級灰，需水量比為96%，活性指數(shù)為95.6%；硅灰：由山東博肯硅材料有限公司生產(chǎn)，硅含量為93%；減水劑：聚羧酸粉劑；早強劑：甲酸鈣；消泡劑：選用固體消泡劑。

（二）試驗儀器

水泥膠砂攪拌機(jī)：型號為JJ-5；水泥壓折一體機(jī)：型號為TYE-300D；恒溫恒濕標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱：型號為HBY-40A。以上設(shè)備均由無錫建儀儀器機(jī)械有限公司生產(chǎn)。

（三）試驗方法

灌漿料性能按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50448-2015（以下簡稱“國家標(biāo)準(zhǔn)”）和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水泥基灌漿材料》JC/T 986-2018（以下簡稱“行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)”）規(guī)定的方案進(jìn)行。水泥基灌漿材料配合比如表1所示。

表1.水泥基灌漿材料配合比

二、影響因素分析

（一）砂膠質(zhì)量比對水泥基灌漿材料性能的影響

1、砂膠質(zhì)量比對流動性的影響

本文分別進(jìn)行了砂膠質(zhì)量比為1、1.2、1.5的三組試驗。通過試驗發(fā)現(xiàn)，隨著砂膠質(zhì)量比的增大，水泥基灌漿材料的初始流動度和30min流動度均有所下降，當(dāng)砂膠質(zhì)量比為1.5時，30min流動度不滿足國家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對Ⅲ類水泥基灌漿材料流動度性能的要求。

2、砂膠質(zhì)量比對抗壓強度的影響

經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)砂膠質(zhì)量比為1時，水泥基灌漿材料各個齡期的抗壓強度為最優(yōu)；當(dāng)砂膠質(zhì)量比為1.5時，1d抗壓強度不能滿足國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對A50等級灌漿料的力學(xué)強度要求。通過對水泥基灌漿材料初始流動度、30min流動度和力學(xué)強度等各項指標(biāo)的綜合分析，初步確定膠砂質(zhì)量比為1:1，并繼續(xù)進(jìn)行下一步試驗。

（二）水料比對水泥基灌漿材料性能的影響

水料比是指水泥基灌漿材料中總用水量與全部組成材料總質(zhì)量的比。表2為水料比對水泥基灌漿材料的流動性和抗折、抗壓強度的影響。

表2.水料比對水泥基灌漿材料性能的影響

從表2可看出，隨著水料比的增大，灌漿料的初始流動度及30min流動度均有不同程度的增大。水料比為0.15時，初始流動度為340mm，當(dāng)水料比降到0.12時，流動度降到270mm，不符合國家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在相同減水劑摻量條件下，隨著水料比的增大，參與水泥水化的水分增多，其流動性越好。但用水量過多時，水泥基灌漿材料會產(chǎn)生泌水以及骨料沉降現(xiàn)象，強度會受到影響。

同時，隨著水料比的增大，水泥基灌漿材料的抗壓、抗折強度逐漸減小。其中，水料比對水泥基灌漿材料的1d抗壓強度影響最大，水料比為0.15的1d抗壓強度僅為12.6MPa，是水料比為0.12的1d抗壓強度的47%；水料比為0.15的28d抗壓強度為60MPa，是水料比為0.12的1d抗壓強度的68%。這表明,水料比對水泥基灌漿材料早期強度的影響最顯著，因此，在早期施工中應(yīng)該嚴(yán)格控制水料比。

（三）砂子含泥量對水泥基灌漿材料性能的影響

含泥量過高可能會影響水泥的正常水化、妨礙骨料與水泥膠結(jié)強度的充分發(fā)展。本小節(jié)研究了砂子含泥量對水泥基灌漿材料流動性和力學(xué)性能的影響。試驗結(jié)果如圖1和表3所示。

從圖1可看出，隨著砂子含泥量的提高，水泥基灌漿材料的初始流動度和30min流動度均逐漸變小，且對30min流動度的影響最顯著。與用水洗過的砂子相比，當(dāng)含泥量為2.5%時，水泥基灌漿材料的流動性明顯變差，因此，在施工過程中，應(yīng)嚴(yán)格控制砂子含泥量或者添加適量的抑泥劑。

圖1.含泥量對水泥基灌漿材料流動性的影響

表3.含泥量對灌漿料強度的影響

從表3可看出，隨著砂子含泥量的提高，水泥基灌漿材料的抗壓、抗折強度均出現(xiàn)不同程度降低。主要原因是泥隱藏于骨料與水泥膠結(jié)處，降低了骨料與水泥粘結(jié)的強度。當(dāng)砂子含泥量為2.5%時，水泥基灌漿材料的抗壓、抗折強度最高。含泥量為0時，水泥基灌漿材料的抗折、抗壓強度偏低，可能是在沖洗過程中砂子的顆粒級配出現(xiàn)短缺，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)孔隙不致密，從而對材料的抗折、抗壓強度產(chǎn)生了影響。

三、結(jié)語

本文通過系列試驗分析研究了砂膠質(zhì)量比、水料比、砂子含泥量等因素對水泥基灌漿材料流動性能、力學(xué)性能的綜合影響，得出以下結(jié)論：

（1）砂膠質(zhì)量比1:1、水料比0.13、砂子含泥量2.5%的水泥基灌漿材料的初始流動度、30min流動度分別為300mm、260mm，灌漿材料無泌水、離析現(xiàn)象，且1d、3d、28d抗壓強度均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）水料比越大，水泥基灌漿材料流動性能越好，但不同齡期的抗壓強度有所降低。

（3）隨著砂膠質(zhì)量比的增大，水泥基灌漿材料的初始流動度和30min流動度均下降，抗壓強度也有所降低。

（4）水泥基灌漿材料的初始流動度和30min流動度隨著砂子含泥量的增大而逐漸下降，其中砂子含泥量對30min流動度的影響最明顯；隨著砂子含泥量增大，灌漿材料的抗壓、抗折強度也有所下降。