高強(qiáng)水泥灌漿材料的制備

1、摘 要近年來，灌漿材料在堵漏止水、帷幕防滲、基礎(chǔ)加固和裂縫修補(bǔ)等方面的應(yīng)用越來越廣泛。其中水泥基灌漿材料是最受歡迎的，因?yàn)樗嗷酀{料加水拌合后具有流動性好、微膨脹、早期和后期強(qiáng)度高、不泌水等性能。高強(qiáng)水泥基灌漿材料指由膠結(jié)料、細(xì)集料、水以及為實(shí)現(xiàn)某種功能而加入的外加劑或摻加料，按一定比例配制而成的，攪拌后澆注時無需振搗靠自重便可自由流變，達(dá)到要求均勻密實(shí)狀態(tài)的結(jié)構(gòu)用的灌漿材料。本文采用試驗(yàn)研究的方法，通過改變砂膠比、水膠比以及外加劑和礦物摻合料等來測定水泥基灌漿材料的工作性能和力學(xué)性能，分析確定出影響水泥基灌漿材料性能的主要因素以及各因素的影響規(guī)律和最佳取值范圍，最終優(yōu)化出28d普通硅酸鹽水

2、泥基灌漿料抗壓強(qiáng)度大于70Mpa的配合比。關(guān)鍵詞：水泥基灌漿材料；加固；流動性；抗壓強(qiáng)度；配合比ABSTRACTIn recent years, the grouting materials have been used more and more widely in water blocking, anti-seepage curtain, reinforcing in the foundation and repairing cracks. Cement-based grouting material is most welcomed for it mixed with water has

3、 some characteristics of good fluidity, micro-expansibility, high early and later strength and no bleeding.High strength cementations grout is made up of binders, fine aggregate, water as well as some chemical or mineral admixtures with proper proportion. When placing, the mixture can flow freely to

4、 reach uniform and compact state without vibrating.This paper measured the workability and mechanical properties of cementations grout by changing sand -to- binder ratio, water-to-binder ratio and chemical or mineral admixtures, and analyzed every factors affect on the performance of cementations gr

5、out and their optimal value range ,consequently determined the main factors. Finally, the optimal mix of P.0 grout at 28d with the compressive strength more than70Mpa was determined. Key words: cementations grout; strengthening, fluidity, compressive strength, mix ratio目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK

6、l _Toc264362498 摘 要 PAGEREF _Toc264362498 h I HYPERLINK l _Toc264362499 ABSTRACT PAGEREF _Toc264362499 h II1 前言1 HYPERLINK l _Toc264362502 1.1 灌漿料的發(fā)展歷程2 HYPERLINK l _Toc264362503 1.2 灌漿料的分類 PAGEREF _Toc264362503 h 3 HYPERLINK l _Toc264362504 1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀5 HYPERLINK l _Toc264362505 1.4 水泥基灌漿材料性能要求7 HY

7、PERLINK l _Toc264362507 1.5 當(dāng)前存在的問題8 HYPERLINK l _Toc264362514 2 試驗(yàn)材料與方法 PAGEREF _Toc264362514 h 11 HYPERLINK l _Toc264362515 2.1試驗(yàn)材料11 HYPERLINK l _Toc264362516 2.1.1 實(shí)驗(yàn)材料選擇依據(jù) PAGEREF _Toc264362516 h 11 HYPERLINK l _Toc264362517 2.1.2 試驗(yàn)所用原材料 PAGEREF _Toc264362517 h 13 HYPERLINK l _Toc264362518 2.2

8、 實(shí)驗(yàn)方法 PAGEREF _Toc264362518 h 15 HYPERLINK l _Toc264362516 2.2.1 實(shí)驗(yàn)研究手段 PAGEREF _Toc264362516 h 15 HYPERLINK l _Toc264362516 2.2.2 實(shí)驗(yàn)儀器與設(shè)備 PAGEREF _Toc264362516 h 15 HYPERLINK l _Toc264362519 3 實(shí)驗(yàn)研究與結(jié)果分析 PAGEREF _Toc264362519 h 17 HYPERLINK l _Toc264362520 3.1 研究目的與研究內(nèi)容 PAGEREF _Toc264362520 h 17 HY

9、PERLINK l _Toc264362517 3.1.1 研究目的 PAGEREF _Toc264362517 h 17 HYPERLINK l _Toc264362517 3.1.2 研究內(nèi)容 PAGEREF _Toc264362517 h 17 HYPERLINK l _Toc264362521 3.2 相關(guān)因素試驗(yàn)分析 PAGEREF _Toc264362521 h 18 HYPERLINK l _Toc264362521 3.3 高強(qiáng)水泥基灌漿材料配制23 HYPERLINK l _Toc264362517 補(bǔ)充相容性試驗(yàn)23 HYPERLINK l _Toc264362517 3.

10、3.2 配合比確定24 HYPERLINK l _Toc264362517 物理性能實(shí)驗(yàn)25 HYPERLINK l _Toc264362521 3.4 本試驗(yàn)研究不足之處26 HYPERLINK l _Toc264362522 結(jié) 論27 HYPERLINK l _Toc264362523 參 考 文 獻(xiàn)28 HYPERLINK l _Toc264362524 致 謝30前言歷史上，建筑業(yè)的發(fā)展大體經(jīng)歷了三階段：即從大規(guī)模新建階段，新建與維修并舉階段，到重點(diǎn)轉(zhuǎn)向舊建筑物的維修、改造和加固階段1。在世界新興經(jīng)濟(jì)體，隨著經(jīng)濟(jì)建設(shè)的快速發(fā)展，它們的城市建設(shè)和水利、交通、房建等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)速度和規(guī)模

11、也相應(yīng)加快和擴(kuò)大。他們的建筑業(yè)還處于第一或第二階段。在世界發(fā)達(dá)國家和地區(qū)，二戰(zhàn)后經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，歷經(jīng)半個多世紀(jì)的高速建設(shè)，他們的建筑業(yè)已經(jīng)進(jìn)入到第三階段，建筑物的鑒定、維修和加固改造技術(shù)已成為這些國家和地區(qū)現(xiàn)代建筑技術(shù)中極其重要、最富活力的新興技術(shù)分支。對于他們的建筑業(yè)來說，二十一世紀(jì)是修補(bǔ)的世紀(jì)。此外，城市大規(guī)模基本建設(shè)速度的加快，在促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展的同時，也帶來了城市人口和企業(yè)密度過大、城市土地價格高、交通擁擠以及環(huán)境污染嚴(yán)重等問題，即所謂城市發(fā)展綜合癥。在陸上空間發(fā)展到了極致之時，地下空間的開發(fā)為“治療”發(fā)展綜合癥提供了很好的思路。因此，一些國內(nèi)外專家預(yù)言：二十一世紀(jì)是城市地下空間等巖土

12、工程建設(shè)全面開展的世紀(jì)。建筑業(yè)的發(fā)展，不可避免遇到填充加固、防水堵漏等技術(shù)難題，灌漿技術(shù)的應(yīng)用可以很好解決這些問題，是工程建設(shè)中不可或缺的一個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，對地下空間的開發(fā)和建筑物的修補(bǔ)加固都具有重要的意義。灌漿材料作為灌漿技術(shù)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，其性能優(yōu)劣直接影響了建筑工程的質(zhì)量，因此，對灌漿材料進(jìn)行研究具有重要的意義。灌漿(Grouting) 2，是把適量的可以凝結(jié)的漿液灌入裂隙含水巖層、混凝土或松散土層中，從而降低被灌基體的滲透性并提高其強(qiáng)度、延長其使用壽命的方法，又稱注漿。灌漿在建筑土木工程上應(yīng)用非常廣泛，是一項(xiàng)起防滲、補(bǔ)強(qiáng)、加固、增強(qiáng)、堵漏作用的重要技術(shù)。灌漿涉及工程地質(zhì)學(xué)、水文地質(zhì)學(xué)、環(huán)境

13、地質(zhì)學(xué)、土力學(xué)、巖體力學(xué)、流體力學(xué)、化學(xué)、巖土工程化學(xué)、材料學(xué)、礦物結(jié)構(gòu)學(xué)、工程機(jī)械學(xué)、地球物理學(xué)等學(xué)科，并與泵技術(shù)、射流技術(shù)、液壓技術(shù)、電子信息技術(shù)等密切相關(guān)。國外一直認(rèn)為灌漿是項(xiàng)以經(jīng)驗(yàn)為主的“技術(shù)(Technique)”，個別理論還認(rèn)為其是一門“工藝(Art)”。近年來，國內(nèi)有關(guān)學(xué)者提出“巖土灌漿工程學(xué)”概念。一般的灌漿定義包括灌漿形式、灌漿材料、作用機(jī)理、灌漿目的四個部分，灌漿分類就是以其定義的四部分為分類依據(jù)。灌漿形式包括簡單倒填、機(jī)械壓注、氣壓、電動、噴射切割和機(jī)械攪拌等，注漿形式是注漿參數(shù)設(shè)計的依據(jù),同時也是注漿施工的關(guān)鍵。灌漿材料包括化學(xué)灌漿、水泥灌漿、粘土類漿液灌漿漿; 漿液的

14、作用機(jī)理可分為充填注漿法、滲透注漿法、擠密注漿法和劈裂注漿法。灌漿用途包括加固注漿、防滲注漿以及基礎(chǔ)托換注漿。此外, 近幾年在土層注漿中又出現(xiàn)了高壓噴射注漿、旋噴注漿等注漿法, 豐富了注漿內(nèi)容, 擴(kuò)大了注漿法的應(yīng)用范圍。灌漿是一種形式與內(nèi)容的統(tǒng)一。日本把灌漿稱為“土質(zhì)穩(wěn)定”，而歐美則稱為“地基處理或“地基加固”。盡管世界各地對灌漿的完整定義有所不同，但其實(shí)質(zhì)都是指用氣壓、液壓或電化學(xué)原理，把某些可固化的漿液注入各種介質(zhì)的裂隙和孔隙中進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)，以改善處理對象的物理力學(xué)性能，并最終滿足工程需要。1.1 灌漿料的發(fā)展歷程自1802年法國土木工程師查理士.貝里尼在港口城市戴佩利用灌漿技術(shù)加固修復(fù)砌

15、筑墻3以來，灌漿在人類文明史上已存在二百多年。歷經(jīng)二百多年的發(fā)展，灌漿材料不斷變革，灌漿技術(shù)不斷革新，灌漿已經(jīng)成為最有效也是最有前途的加固、堵漏方法?？v觀灌漿發(fā)展史，其是以水泥化學(xué)類灌漿材料水泥基灌漿材料為主線4，逐漸向大流動度、早強(qiáng)、高致密度方向發(fā)展的。灌漿的發(fā)展歷程可以大致分成四個階段（1）原始粘土漿液階段有了查理士.貝里尼成功應(yīng)用灌漿技術(shù)的先例，法國開始不斷地對灌漿材料和灌漿技術(shù)進(jìn)行探索，灌漿開始被用于建筑物地基加固并在之后傳入英國、埃及。但是此階段灌漿方法原始、漿液簡單只使用一些粘土、火山灰、生石灰混合配制而成。（2）初級水泥漿液灌漿階段1824年10月21日，英國利茲城（Leeds）

16、的泥水匠阿斯普丁(JosephAspdin)獲得了英國第5022號“波特蘭(Portland)水泥”專利證書，從此水泥被大量應(yīng)用于土木建筑工程中，與此同時，歐洲人探索把水泥應(yīng)用到灌漿領(lǐng)域中。1838年，英國人開始在湯姆遜隧道使用水泥灌漿材料，并達(dá)到理想的效果。在此之后幾十年里，水泥灌漿在灌漿領(lǐng)域一直占據(jù)著主導(dǎo)地位。1845年美國沃森第一次在溢洪道陡槽基礎(chǔ)下灌注水泥砂漿；18561858年英國基尼普爾成果完成水泥注漿試驗(yàn)；1864年巴洛利用水泥漿液進(jìn)行隧道襯砌壁后充填注漿，并用于倫敦、巴黎地鐵。此外，注漿設(shè)備在這階段也得到快速發(fā)展，1880年壓縮空氣及壓力注漿泵研制成功，為注漿技術(shù)更廣泛應(yīng)用創(chuàng)造

17、了條件。（3）中級化學(xué)漿液灌漿階段由于波特蘭水泥最大粒徑達(dá)到80100微米，在細(xì)微裂縫中往往難以灌入，面對這類難題，英國人豪斯古德（Hosagood）在1884年最早開始使用化學(xué)灌漿材料替代水泥灌漿材料，由于能解決水泥灌漿材料的不足，又能夠滿足工程需要，歐洲掀起了一股化學(xué)灌漿材料和灌漿技術(shù)的研究熱潮，化學(xué)灌漿材料也得以在歐美各國迅速發(fā)展起來，其中最具有開拓性的發(fā)明包括1887年德國人佐斯基(Jeyiosky)發(fā)明的化學(xué)灌漿一一雙液濃硅酸鈉化學(xué)灌漿5和1920年荷蘭尤斯登（EJJoosten)發(fā)明的水玻璃、氯化鈣雙液雙系統(tǒng)兩次壓注法。二十世紀(jì)50年代以后，以美國為首的西方國家研制成功丙烯酰銨漿液

18、等10余種性質(zhì)各異的化學(xué)漿液。時至今日，常用的化學(xué)漿材包括水玻璃類灌漿材料、丙烯酰胺類漿液、丙稀酸鹽類漿液、木質(zhì)素類漿液、環(huán)氧樹脂類注漿材料6、水泥水玻璃類漿材等。（4）現(xiàn)代灌漿階段化學(xué)灌漿材料具有良好的可灌性，但是有毒，而且造價高、易老化，另外不少化學(xué)漿材如水玻璃類灌漿材料在固結(jié)強(qiáng)度和耐久性方面還不能滿足大型工程的需要。因此，人們又開始積極探索化學(xué)灌漿材料的替代品。尤其是1974年日本福岡發(fā)生的丙烯酞胺灌漿引起環(huán)境污染造成中毒的事故，震驚了全世界。在那之后，化學(xué)灌漿材料及其技術(shù)的研究和應(yīng)用跌入到了低谷，世界各國陸續(xù)開始禁止使用毒性較大的化學(xué)灌漿材料，日本更是直接禁止除水玻璃之外的所有其它化學(xué)

19、漿液的應(yīng)用。伴隨著建筑施工技術(shù)的日益成熟以及混凝土外加劑的迅速發(fā)展，在二十世紀(jì)八十年代，科研工作者開始把目標(biāo)轉(zhuǎn)移到一類新型灌漿材料水泥基灌漿材料上來，從此水泥基灌漿材料進(jìn)入工程修補(bǔ)領(lǐng)域，并占據(jù)舉足輕重的地位，與化學(xué)灌漿材料共同占據(jù)多半灌漿材料應(yīng)用市場。我國在灌漿材料的研究和應(yīng)用方面起步比較晚，但發(fā)展迅速。直到二十世紀(jì)七十年代，為了滿足進(jìn)口設(shè)備安裝錨固的需要，我國才開始了灌漿材料的研制工作，并在1977年取得成功，從此灌漿材料在設(shè)備安裝領(lǐng)域被廣泛應(yīng)用。而此時西方發(fā)達(dá)國家已經(jīng)進(jìn)入了現(xiàn)代灌漿階段，開始為提高灌漿材料的強(qiáng)度和改善耐久性能而不懈努力。我國灌漿料的技術(shù)性能飛速提高，經(jīng)過三十多年的發(fā)展，其各

20、項(xiàng)指標(biāo)已達(dá)到國際水平。代表性產(chǎn)品如ANG-型灌漿料、CGM高強(qiáng)無收縮灌漿料、HL-HGM高強(qiáng)無收縮灌漿料、RGM高性能加固型灌漿料、硫鋁酸鹽水泥基灌漿料以及水泥基速凝灌漿料等。1.2 灌漿料的分類當(dāng)前市場上常用的灌漿材料主要有兩大類7，一類是有機(jī)灌漿材料，另一類是無機(jī)灌漿材料。有機(jī)灌漿材料可以分為丙烯酰胺類、脲醛樹脂類、木質(zhì)素類、聚氨酯類、糠醛樹脂類、環(huán)氧樹脂類、聚乙烯醇類，無機(jī)灌漿材料則包括單液水泥漿、水玻璃類、水泥-水玻璃類、粘土類、水泥粘土類等。在實(shí)際工程中應(yīng)用較多的灌漿材料有以下三類。（1）粘土類灌漿材料粘土類灌漿材料一般選用粘土或者亞粘土為原料，其基本要求是要具有遇水崩解，吸水膨脹，

21、有一定的穩(wěn)定性，有一定的粘結(jié)力等特點(diǎn)。根據(jù)灌漿部位不同，灌漿使用的材料要求也不同。純粘土漿的配制很簡單，只需將土料經(jīng)過浸泡、攪拌、篩濾凈化后拌和而成。但是，為了提高灌漿效果，很多灌漿都不能用純粘土漿，一般都摻加適當(dāng)?shù)乃?，這就要控制好水泥的用量。粘土類漿材由于其廣泛的來源和低廉的成本，得到了較多的應(yīng)用。在土工堤壩防滲注漿工程中，粘土類灌漿材料依靠應(yīng)力條件下的脫水固結(jié)性能，可在充填注漿、劈裂注漿的過程中和后期的應(yīng)力條件下，形成固結(jié)防滲體。但在實(shí)際工程中，粘土類漿液保水性強(qiáng)，不易“脫水”，固結(jié)時間長甚至不固結(jié)，容易產(chǎn)生結(jié)石強(qiáng)度低等缺陷，從而嚴(yán)重影響灌漿質(zhì)量。粘土類灌漿材料一般僅用于要求很低、破壞性

22、小的簡單工程。（2）化學(xué)灌漿材料化學(xué)灌漿材料是以有機(jī)高分子為基礎(chǔ)的化學(xué)材料，作為溶液型灌漿材料，它具有如下優(yōu)良的特點(diǎn)：勻質(zhì)性好。它是溶液型材料，不分層，不沉淀；可灌性好。化學(xué)灌漿材料粘度很低，有些漿材粘度甚至接近于水；固化或膠凝時間可以人為控制；可用泵灌入裂縫，填充滲漏水，具有原位修復(fù)止水結(jié)構(gòu)或單獨(dú)構(gòu)建防滲帷幕之功能，特別適用于地下隱蔽工程；固化或膠凝時體積收縮很小；固化物或膠凝體本身不滲水；固化體或膠凝體耐久性良好。但是，化學(xué)灌漿材料也具有一定的缺陷，比如具有一定毒性，污染環(huán)境，耐久性差；而且，生產(chǎn)成本高，在一定程度上限制了它的使用范圍。因此，化學(xué)灌漿材料使用量較少，一般為修補(bǔ)較小的工程缺陷

23、。（3）水泥基灌漿材料水泥基灌漿材料8是一種由水泥、集料（或不含集料）、外加劑和礦物摻合料等原材料，經(jīng)工廠化配制生產(chǎn)而成的具有合理級配的干混料。加水拌和均勻后具有可灌注的流動性、微膨脹、不離析、不泌水、有效承載面高等性能。水泥基灌漿材料的優(yōu)點(diǎn)是加水?dāng)嚢杈鶆蚝?，其具有硬化快、自流平、微膨脹、不泌水、不離析特點(diǎn)，因而早強(qiáng)、高強(qiáng)、耐久性好。另外，和化學(xué)灌漿料相比，水泥基灌漿料無毒、無污染、價格便宜。與普通砂漿相比，水泥基灌漿料有更好的工作性能，流動度更大，保水性能更好，還具有更高的強(qiáng)度、更短的凝結(jié)硬化時間、更小的收縮和更好的耐久性能；與結(jié)構(gòu)修補(bǔ)加固用混凝土相比，具有小空隙灌漿的優(yōu)勢，可灌性更好，均勻

24、密實(shí)度更好，能夠改善干縮引起的裂縫及耐久性。目前，世界上許多已有建筑物由于其使用功能的改變，無法達(dá)到生產(chǎn)生活所要求的承載力，有些由于逐年老化，承載力降低，耐久性退化。這些建筑物都急需進(jìn)行加固和改造。然而，在加固和改造過程中，如何選擇適宜的材料，以滿足施工要求以及建筑物的使用功能和安全環(huán)保要求，是一項(xiàng)十分重要的內(nèi)容。灌漿料作為一類重要的修補(bǔ)加固材料，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于工程建設(shè)中的堵漏止水、帷幕防滲、基礎(chǔ)加固和裂縫修補(bǔ)等方面。水泥基灌漿材料的漿液穩(wěn)定性好，流動性得到改善，而且硬化后的結(jié)石體具有微膨脹性等優(yōu)越性能，適用于地腳螺栓錨固、設(shè)備基礎(chǔ)或鋼結(jié)構(gòu)柱腳底板的灌漿、混凝土結(jié)構(gòu)加固改造及后張預(yù)應(yīng)力混凝土

25、結(jié)構(gòu)孔道灌漿。同時，水泥基灌漿材料具有結(jié)石體強(qiáng)度高和抗?jié)B性強(qiáng)的特點(diǎn)，既可用于防滲又可用來加固地基，而且原材料成本較低，無毒性和環(huán)境污染問題。隨著人們對建筑和工程質(zhì)量要求的提高9，一系列比較優(yōu)勢使得水泥基灌漿材料在水電、建筑、采礦和交通等行業(yè)應(yīng)用越來越廣泛，水泥基灌漿材料是目前注漿工程中應(yīng)用最廣泛的灌漿材料。當(dāng)然，水泥基灌漿材料也有一些不可忽視的缺點(diǎn)。如水泥漿析水性大，穩(wěn)定性差，注入能力有限，且凝膠時間長，在地下水流速較大的條件下，漿液易受沖刷和稀釋，影響注入效果。（4）超細(xì)水泥自從70年代初日本研制成功MC-500型超細(xì)水泥10以來，由于其漿液穩(wěn)定性好，流動性比普通水泥有顯著改善，并在固結(jié)時很

26、少析水或不析水，具有良好的防滲固結(jié)效果，達(dá)到與化學(xué)漿液相媲美的可灌性，其結(jié)石強(qiáng)度大大高于化學(xué)漿材，無污染，不老化，價格低。目前，關(guān)于超細(xì)水泥還沒有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，一般以其粒徑大小來定義。一般認(rèn)為，超細(xì)水泥最大粒徑小于20微米，平均粒徑小于5微米，比表面積大于800 /。超細(xì)水泥的生產(chǎn)原料與普通水泥相同，只是采用超細(xì)粉磨設(shè)備和技術(shù)使其顆粒微細(xì)化。它們的區(qū)別主要表現(xiàn)在顆粒大小與比表面積方面。隨著水泥顆粒的超細(xì)化，也會產(chǎn)生一些應(yīng)用問題，影響水泥的灌漿效果?？梢栽诔?xì)水泥的制備過程中加入了一些性能調(diào)節(jié)劑來解決這類問題。性能調(diào)節(jié)劑的選擇和摻量是根據(jù)灌漿工程的需要決定的。1.3 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 灌漿理論研究現(xiàn)狀

27、灌漿材料快速發(fā)展的同時，人們對灌漿理論的研究也收獲頗豐。目前，國內(nèi)外灌漿理論11的研究成果主要包括流變理論、滲透灌漿理論、壓密灌漿理論、劈裂灌漿理論以及漿液充填機(jī)理。（1）流變理論根據(jù)流變學(xué)觀點(diǎn)，任何灌漿載體和漿液基質(zhì)均可以用流變模型來描述。灌漿載體在彈性與塑性之間變化，漿液基質(zhì)(水泥漿液或化學(xué)漿液)用粘性和粘-塑性來界定。在流變學(xué)中，一般將其分為牛頓(Newton)流體和賓漢(Bingham)流體。根據(jù)牛頓粘滯定律描述，在牛頓流體中漿液流動時剪應(yīng)力與剪應(yīng)變成正比關(guān)系。在賓漢流體中同時具有粘性和塑性的流體，漿液流動時剪應(yīng)力與剪應(yīng)變不成正比關(guān)系。在灌漿研究中，一般將流動性好的化學(xué)漿液視為牛頓流體

28、，而把水泥或水泥粘土的懸浮漿液視為賓漢流體。（2）滲透灌漿理論滲透灌漿是在不破壞地層顆粒排列條件下，通過灌漿壓力使?jié){液克服阻力滲透到土體的孔隙或巖石、混凝土的裂隙中，將顆粒膠結(jié)成整體，在漿液凝固后達(dá)到加固和防滲作用的灌漿方法。使用滲透灌漿法時灌漿壓力最小。灌漿必要條件是滿足漿液粒徑遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于土粒粒徑。國內(nèi)外學(xué)者通過對滲透灌漿法的理論試驗(yàn)研究，提出了不少滲透灌漿理論，有代表性的包括球形擴(kuò)散理論、柱形擴(kuò)散滲透理論、袖套管法理論。我國對滲透灌漿理論的研究沒有建立系統(tǒng)性的研究成果，主要側(cè)重于對灌漿機(jī)理的研究。（3）壓密灌漿理論壓密灌漿是指采用嚴(yán)密施工控制方法，通過鉆孔在土中灌入極濃的漿液，在灌漿點(diǎn)處擠向

29、被灌載體形成漿泡，灌漿管端部周圍被置換和壓密載體。壓密灌漿能夠壓密周圍土體，使土體產(chǎn)生塑性變形，但不使土體產(chǎn)生劈裂破壞。漿泡形狀一般為球形或回柱形，向外擴(kuò)張的漿泡在土體中引起復(fù)雜的徑向和切向應(yīng)力體系，壓密灌漿可能引起三種灌漿載體變形模型：腔膨脹、錐型破壞和水力劈裂，主要取決于漿泡與周圍載體接觸面的空腔壓力。壓密灌漿主要用于中砂地基，或有適宜排水條件的粘性土。（4）劈裂灌漿理論劈裂灌漿是指漿液在灌漿壓力作用下，先克服底層的切應(yīng)力和抗拉強(qiáng)度，使其垂直于小主應(yīng)力的平面發(fā)生劈裂，形成新的裂縫，或原有裂縫繼續(xù)擴(kuò)展、張開，漿液沿此劈裂面滲入和擠密底層體，形成脈狀或條帶狀膠結(jié)體，對灌漿載體起到加固固結(jié)作用。

30、其主要應(yīng)用于土體加固、裂隙巖體防滲加固、高壓擴(kuò)縫效應(yīng)。山東科技大學(xué)喬衛(wèi)國教授在劈裂灌漿理論的基礎(chǔ)上對壓水?dāng)U縫注漿工藝進(jìn)行了可行性分析并提出了壓水?dāng)U縫計算方法12，這是近期國內(nèi)劈裂灌漿的重要研究成果。（5）充填或裂隙注漿理論充填或裂隙注漿理論認(rèn)為，在以水泥為代表的粒狀灌漿材料，其漿液內(nèi)的大部分多余水都可以在灌漿過程中給予排除。該理論又涵蓋三種觀點(diǎn)：壓迫濾水論、流動沉積論以及兩種觀點(diǎn)的綜合理論。充填或裂隙注漿主要用于大洞穴，構(gòu)造斷裂帶，襯砌壁后注漿及節(jié)理裂隙的防滲固結(jié)注漿，壓力可小可大。1.3.2 灌漿應(yīng)用研究現(xiàn)狀經(jīng)過多年的快速發(fā)展,高強(qiáng)無收縮灌漿材料已經(jīng)從傳統(tǒng)的用于機(jī)械設(shè)備安裝的二次灌漿發(fā)展到用

31、于地腳螺栓錨固,鋼結(jié)構(gòu)柱腳底板的二次灌漿,混凝土結(jié)構(gòu)改造、加固及后張預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)預(yù)留孔道灌漿與封錨等新的領(lǐng)域。其具體應(yīng)用領(lǐng)域13大體如下：（1）大壩、水庫、涵閘、水渠等基礎(chǔ)防滲帷幕和基礎(chǔ)加固；（2）港工建筑物(如碼頭、船閘、防波堤等)的基礎(chǔ)防滲和加固；（3）橋基加固及橋體裂縫補(bǔ)強(qiáng)；（4）機(jī)場跑道和停機(jī)坪、公路和鐵路特殊路段的軟弱地層加固、防滲和混凝土裂縫補(bǔ)強(qiáng)加固；（5）礦山、工廠有毒廢渣、廢水和城市垃圾場等截滲工程的防滲帷幕； （6）礦井建設(shè)中的涌水堵漏、流沙治理及對軟弱地層加固、穩(wěn)定的預(yù)灌漿；（7）地下建筑物的防滲、堵漏止水、基礎(chǔ)加固和裂縫的修補(bǔ)加固；（8）核電站等的封閉止水防滲和基礎(chǔ)加

32、固。1.4 水泥基灌漿料的性能要求高強(qiáng)水泥灌漿材料的性能要求高強(qiáng)水泥灌漿材料的性能要求具有高強(qiáng)度、高流動性、不泌水、收縮微小、細(xì)度小、可灌性強(qiáng)等特點(diǎn)，具體指標(biāo)達(dá)到JCT 986-2005水泥基灌漿材料標(biāo)準(zhǔn)要求。表1.1 水泥基灌漿料標(biāo)準(zhǔn)要求項(xiàng)目技術(shù)指標(biāo)粒徑4.75mm方孔篩篩余/ %2.0凝結(jié)時間初凝/min120泌水率/ %1.0流動度/mm初始流動度26030min流動度保留值230抗壓強(qiáng)度/Mpa1d22.03d40.028d70.0豎向膨脹率/%1d0.020鋼筋握裹強(qiáng)度/Mpa28d4.0對鋼筋銹蝕作用應(yīng)說明對鋼筋有無銹蝕作用（1）抗壓強(qiáng)度：它表示水泥漿液硬化后的抗壓強(qiáng)度。采用 40

33、mm*40mm*160mm立方體砂漿試模， 測定 1d、3d、28d齡期抗壓強(qiáng)度，要求強(qiáng)度分別達(dá)到22Mpa、40Mpa、70Mpa以上，越高越好。（2）流動度：它表示水泥漿液的稀稠程度，也表示漿液流動性的高低。灌漿料是一種高流動度的材料。國外測定灌漿料流動度主要采用讀秒的方法。如日本相關(guān)文獻(xiàn)介紹：用上口徑為70mm，下口徑為14mm，高400mm的圓錐截體，堵在下口，在其中灌滿漿料，放開下口并同時計時，到截錐內(nèi)漿料流完為止。美國材料試驗(yàn)協(xié)會也推薦了類似的方法，據(jù)ASTM C939介紹國內(nèi)生產(chǎn)的灌漿料由于其骨料粒徑一般大于2mm，不宜直接采用讀秒的方法，而是根據(jù)YB/T9261-98水泥基灌漿

34、材料施工技術(shù)規(guī)程，將拌合料倒入砂漿跳桌用圓錐試模，提起試模讓灌漿料自流直至停止，測定流開料的直徑。灌漿料不但要求初始流動度達(dá)到一定值，而且要求流動度經(jīng)時損失小，一般情況要求30min流動度保持值達(dá)到90%以上。不同等級的水泥基灌漿料流動度具體要求14見表1.2：表1.2 不同等級的水泥基灌漿料流動度要求類別最大集料粒徑/(mm)流動度(坍落度)(mm)初始值不小于30min保留值不小于 = 1 * ROMAN I類不大于4.75380340 = 2 * ROMAN II類340310 = 3 * ROMAN III類300270 = 4 * ROMAN IV類260230 = 5 * ROMA

35、N V類大于4.75且不大于16270*240*（3）離析泌水：由于水泥漿液中，水泥的表觀密度與水不同，容易產(chǎn)生水泥沉積而漿液泌水現(xiàn)象，為保證灌漿質(zhì)量，漿液的分層、離析應(yīng)越小越好。分層度憑實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在試驗(yàn)中通過定性來評價。（4）細(xì)度：為了使?jié){液能夠充分充填蜂窩、孔隙、層隙，保證灌注質(zhì)量，水泥及摻合料細(xì)度應(yīng)盡可能小。其中集料細(xì)度要求保證4.75mm方孔篩篩余不大于百分之二。（5）自由干縮率：它表示漿液硬化后的干縮大小。采用水泥膠砂干縮試驗(yàn)方法， 測定7d、14d、28d、60d齡期的自由干縮率。漿液的干縮越小越好，要求不大于千分之一。（6）限制膨脹率：它表示漿液硬化后內(nèi)包鋼筋時的膨脹性能，采用混

36、凝土膨脹劑標(biāo)準(zhǔn)中的限制膨脹率試驗(yàn)方法，測定14d、28d、60d齡期的限制膨脹率。要求膨脹率不小于萬分之二。1.5 當(dāng)前存在的問題 理論研究的誤區(qū)目前，國內(nèi)外對于灌漿材料的研究往往是針對某些具體項(xiàng)目進(jìn)行的，即針對相關(guān)工程研究出某類具有特殊用途或具備某項(xiàng)特點(diǎn)的灌漿材料。公開文獻(xiàn)中，一方面許多研究人員對水泥、砂、減水劑、膨脹劑等灌漿料常用組分的性能做了系統(tǒng)研究，另一方面也有不少灌漿材料的研究者在研究中提及灌漿料的配合比。但是，關(guān)于高性能水泥基結(jié)構(gòu)灌漿料的配合比設(shè)計方法的詳細(xì)資料和系統(tǒng)研究很少。當(dāng)前這種研究現(xiàn)狀導(dǎo)致的直接后果是：（1）嚴(yán)重影響灌漿理論的進(jìn)一步發(fā)展；（2）灌漿劑和灌漿料種類多樣、成分復(fù)

37、雜，影響其性能的穩(wěn)定性，也不利于針對實(shí)際情況對出現(xiàn)的問題做出快速反應(yīng)；（3）同品種灌漿料的生產(chǎn)和應(yīng)用難以形成規(guī)模效應(yīng)，致使當(dāng)前市場上性能優(yōu)越的灌漿劑價格高昂，限制了其在施工中更廣泛的應(yīng)用。 工程應(yīng)用中凸顯的問題經(jīng)過幾十年的發(fā)展，灌漿料及灌漿技術(shù)的發(fā)展都得到了長足進(jìn)步。但是，在建筑快速發(fā)展、對建筑材料要求越來越高的今天，灌漿料依然存在不少實(shí)際問題（1）流動度小有些生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)中將灌漿料的流動度控制在標(biāo)準(zhǔn)的最低要求，而由于施工現(xiàn)場和試驗(yàn)室的環(huán)境和原料狀況的差異性，導(dǎo)致這樣的灌漿料在很多場合根本不能使用。現(xiàn)場只能臨時增加拌合用水量，這又會引起強(qiáng)度等其他性能改變，導(dǎo)致灌漿料的使用性能達(dá)不到設(shè)計性能。

38、（2）用水量帶寬小用水量帶寬15是指產(chǎn)品的拌和用水量范圍，通常進(jìn)口產(chǎn)品以及國內(nèi)較好的水泥基灌漿料產(chǎn)品，其推薦用水量一般都是一個范圍，例如干料量的13-15，在推薦的用水量范圍，其產(chǎn)品的各項(xiàng)性能指標(biāo)均能符合標(biāo)準(zhǔn)要求且差別不大，即使采用推薦用水量的上限值進(jìn)行現(xiàn)場旋工，現(xiàn)場也不會發(fā)生離析、泌水等問題。與此不同的是，國內(nèi)有些廠家的灌漿料產(chǎn)品，其用水量往往是一個固定的值。當(dāng)用水量小于這個值時，產(chǎn)品流動性不夠；當(dāng)用水量大于這個值，產(chǎn)品會發(fā)生泌水、離析、硬化強(qiáng)度遠(yuǎn)低于材料檢驗(yàn)強(qiáng)度等問題。但是，現(xiàn)場對用水量往往做不到這樣精確的計量，所以這樣的產(chǎn)品對現(xiàn)場施工要求太苛刻，在應(yīng)用中發(fā)生一些工程問題也是在所難免。（3

39、）膨脹性能差有些產(chǎn)品不能精確控制產(chǎn)品的膨脹量，導(dǎo)致膨脹不穩(wěn)定。灌漿料的膨脹值必須限制在規(guī)定范圍，當(dāng)膨脹量過小時，無法補(bǔ)償漿體硬化過程產(chǎn)生的收縮，導(dǎo)致灌漿料與設(shè)備底板接觸面較小甚至虛接觸；當(dāng)膨脹量過大時，會對設(shè)備底板造啦擠壓，導(dǎo)致已經(jīng)調(diào)整好的底板發(fā)生變形，造成工程事故。（4）有效承載面低二次灌漿的目的是為了有效傳遞荷載。只有確保有效承載面較高和適當(dāng)?shù)膹?qiáng)度，才能確保最佳灌注效果。美國標(biāo)準(zhǔn)ASTM C1339給出了耐化學(xué)腐蝕聚合物設(shè)備灌漿料的流動性和承載面積的試驗(yàn)方法。對有效承載面進(jìn)行測量并在試驗(yàn)中不斷提高有效承載面也反映了一個灌漿料廠家的技術(shù)實(shí)力，目前國內(nèi)只有少數(shù)幾個廠家提出這個概念。（5）性能改

40、善發(fā)生沖突水泥基灌漿料漿體硬化和強(qiáng)度發(fā)展與灌漿操作在時間上的矛盾突出，受結(jié)構(gòu)修補(bǔ)灌漿過程受到混凝土基礎(chǔ)二次澆筑的硬化和養(yǎng)護(hù)時間的限制，強(qiáng)度發(fā)展緩慢，早期強(qiáng)度低，耐久性差，影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和使用壽命16。2 實(shí)驗(yàn)材料與方法2.1 實(shí)驗(yàn)材料 實(shí)驗(yàn)材料選擇依據(jù)（1）水泥選擇工程上使用最多的水泥是通用硅酸鹽水泥。其按混合材的品種和摻量分為硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、礦渣硅酸鹽水泥、粉煤灰硅酸鹽水泥、火山灰質(zhì)硅酸鹽水泥、復(fù)合硅酸鹽水泥；按強(qiáng)度等級分為32.5、32.5R、42.5、42.5R、52.5、52.5R六個等級。結(jié)合灌漿材料的強(qiáng)度特性，充分考慮產(chǎn)品組分簡單化和性能穩(wěn)定性要求，一般選用P.O 42

41、.5R或P.O 52.5R。另外，當(dāng)前有部分研究者在研究中使用硫鋁酸鹽水泥17。硫鋁酸鹽水泥是一種由中國建筑材料科學(xué)研究院水泥所發(fā)明并投入工業(yè)生產(chǎn)的我國特有的新品種水泥。它以由無水硫鋁酸鈣和硅酸二鈣為主要礦物組成的熟料，通過外摻二水石膏粉磨而成。硫鋁酸鹽水泥被稱作繼硅酸鹽水泥和鋁酸鹽水泥之后的第三系列水泥。其主要特性包括：早強(qiáng)高強(qiáng)性；高抗凍性能；耐蝕耐久性；高抗?jié)B性能。（2）礦物摻合料的選擇粉煤灰，是從煤燃燒后的煙氣中收集下來的細(xì)灰。粉煤灰是燃煤電廠的主要固體廢物，也是我國當(dāng)前排量最大的工業(yè)廢渣之一?！袄欠佩e了地方的寶物”，作為工業(yè)廢渣的粉煤灰同時也是混凝土行業(yè)重要的摻合料，粉煤灰18的摻

42、入對水泥漿體流動性會產(chǎn)生以下三種作用。分散作用粉煤灰中極細(xì)的一部分在漿體中能迅速吸附在水泥顆粒表面，使水泥顆粒表面由于電性的不同而產(chǎn)生吸引，破壞漿體中的絮凝結(jié)構(gòu)，提高漿體流動度。填充作用由于粉煤灰較細(xì)，加入水泥之后，使整個凝膠粉體的顆粒分布加寬，細(xì)顆粒填充到水泥顆粒之間，將孔隙中水置換成自由水，這種作用也能提高漿體流動度。表面吸附作用由于粉煤灰相對水泥來說，其比表面積大，具有較高的表面能，增加了表面吸水量，這一作用降低了漿體的流動度。因此，粉煤灰摻入對漿體流動度影響是以上三種作用的綜合。級粉煤灰的吸水量比低于95%，能有效提高漿液流動性。另外其細(xì)度、顆粒級配等性能也相對優(yōu)越，有利于降低因粉煤灰

43、摻入導(dǎo)致的強(qiáng)度下降。粉煤灰的摻量確定要綜合考慮其對流動度和強(qiáng)度的影響，摻量過低，流動度增加不明顯；摻量過高，會影響灌漿料強(qiáng)度。通過變化粉煤灰摻量，依據(jù)初始流動度、30min流動度保持值和3d強(qiáng)度，確定粉煤灰的最佳摻量。高爐礦渣是高爐煉鐵過程中排出的非金屬礦物熔渣，在高溫狀態(tài)下迅速水淬即成為?；郀t礦渣。其玻璃體含量多，結(jié)構(gòu)處在高能量狀態(tài)不穩(wěn)定，潛在活性大。?；郀t礦渣磨細(xì)后的細(xì)粉可以使活性發(fā)揮出來，稱為礦渣微粉。礦渣作為生產(chǎn)水泥基膠凝材料的原料，影響其潛在活性發(fā)揮的主要因素有：玻璃體含量、礦渣的化學(xué)組成以及礦渣微粉的細(xì)度。玻璃體是礦渣活性的主要來源，玻璃體含量的多少直接影響著礦渣的活性。礦渣中

44、玻璃體含量越多，結(jié)晶態(tài)的物質(zhì)就越少，礦渣無定形化的程度越高，礦渣的結(jié)構(gòu)越不穩(wěn)定，活性越大。礦渣微粉用作灌漿料的摻合料能改善或提高灌漿料的綜合性能，其作用機(jī)理在于礦渣微粉在灌漿料中具有三大效應(yīng)19：微集料效應(yīng)；微晶核效應(yīng)；火山灰效應(yīng)。礦渣微粉的摻入能提高水泥基灌漿材料的強(qiáng)度，但是由于其比表面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于水泥的比表面積一般在500/以上，所以會有較大的吸水作用，導(dǎo)致漿液流動度下降。通過變化礦渣摻量，依據(jù)初始流動度、30min流動度保持值和3d強(qiáng)度，確定礦渣的最佳摻量。在水泥基灌漿材料配合比設(shè)計中摻加礦物摻合料主要是提高流動性和后期強(qiáng)度。前者主要通過摻加級粉煤灰，后者主要通過摻加礦渣微粉。值得注意的是

45、：摻加粉煤灰提高了漿液的流動性，但是其活性指數(shù)較低，會影響灌漿料的強(qiáng)度；而礦渣微粉能提高產(chǎn)品強(qiáng)度，尤其是后期強(qiáng)度，但是會降低漿液流動性。（3）早強(qiáng)劑的選擇通過加入早強(qiáng)劑或者早強(qiáng)性外摻料，可以方便有效地加速混凝土早期強(qiáng)度發(fā)展，提高混凝土早期強(qiáng)度。早強(qiáng)劑與早強(qiáng)性摻合料在混凝土中的作用機(jī)理主要有以下兩方面20：通過激發(fā)等作用提高水泥等材料的早期活性或化學(xué)反應(yīng)速度；參與水泥的化學(xué)反應(yīng)，迅速產(chǎn)生具有超早強(qiáng)特性的新成分。目前工程中較常用的早強(qiáng)性成分主要有氯化物、硫酸鹽、硝酸鹽或亞硝酸鹽、二乙醇胺、三乙醇胺等。（4）晶種的選擇當(dāng)前，晶核誘導(dǎo)技術(shù)已經(jīng)在陶瓷和水泥工業(yè)中得到廣泛應(yīng)用， 并且取得了明顯的經(jīng)濟(jì)效益和

46、社會效益。水泥砂漿的強(qiáng)度來源于水泥水化產(chǎn)物從液相中結(jié)晶。如果在砂漿混合料中摻入晶種，誘導(dǎo)其水化產(chǎn)物更快地析晶， 這無疑會提高水泥砂漿的早期強(qiáng)度。水泥晶種的研究早在40年前就有報導(dǎo)，EI艾.沃克爾等人利用水熱法合成C-S-H凝膠晶種，摻人后明顯提高水泥的強(qiáng)度，尤其是早期強(qiáng)度。石家莊鐵道大學(xué)要秉文21等人通過實(shí)驗(yàn)研究，得出以下結(jié)論：將水泥水化產(chǎn)物作晶種引入水泥砂漿和混凝土中， 可以降低晶體析出的成核位壘，加速水泥的凝結(jié)硬化，從而提高混凝土早期強(qiáng)度。摻入晶種的水泥混凝土其它性能得到改善，如泌水、收縮等?？衫镁ХN的增強(qiáng)特性將其研究開發(fā)為粉狀外加劑的載體。李遠(yuǎn)中等人也研究證明，摻人少量的C-S-H凝膠

47、后，水泥石的平均孔徑和最大孔徑降低。當(dāng)然，也有少數(shù)文獻(xiàn)指出，用C-S-H凝膠作為晶種時，水泥石強(qiáng)度不升反降。支持晶種能夠提高水泥混凝土制品早期強(qiáng)度的理論研究認(rèn)為：水泥是多組份的集合體，其水化產(chǎn)物水泥膠粒的核化是多相核化。核化是在不均勻介質(zhì)中產(chǎn)生的，而這些促進(jìn)核化的異相界面通常被稱為“核化基體”。當(dāng)核在核化基體的表面上形成時， 就產(chǎn)生了晶核-液體界面，這樣就使原來核化基體-液體的界面自由能降低，這種界面取代比界面創(chuàng)生所需要的功要小。因而，在水泥混凝土制品混合料中摻入適量的晶種，能夠起到降低核化位壘、促進(jìn)晶核的形成的作用，從而提高早期強(qiáng)度。（5）減水劑的選擇減水劑22又稱塑化劑，或稱水泥分散劑，因

48、使用時可使新拌混凝土的用水量明顯減少而得名。摻入適量的減水劑，可以在保持新拌混凝土和易性的情況下，減少用水量，降低水灰比，起到提高強(qiáng)度和改善抗凍、抗?jié)B等作用。也可以在不改變用水量的條件下增加混凝土和易性。還可以在保持混凝土拌合物有相同流動性及硬化混凝土有相近強(qiáng)度時，減少水泥用量。減水劑的種類主要有木質(zhì)素類減水劑、高級多元醇類減水劑、羥基羧酸鹽類減水劑、萘系減水劑、三聚氰胺磺酸鹽類減水劑、聚羧酸減水劑及聚羧酸鹽減水劑等等。減水劑大多是表面活性物質(zhì)，且以陰離子表面活性劑為主。其分散減水機(jī)理基本上包括以下五個方面：降低水泥顆粒固液界面能；靜電斥力作用；空間位阻斥力作用；水化膜潤滑作用；引起隔離“滾珠

49、”作用。 實(shí)驗(yàn)所用原材料（1）砂為了和工程實(shí)際應(yīng)用相匹配，實(shí)驗(yàn)過程中所用砂均為河砂。其細(xì)度模數(shù)為2.8左右。在實(shí)驗(yàn)前通過篩析，保證砂的4.75mm篩下不小于98%，200目篩余為100%。（2）水泥本實(shí)驗(yàn)中選用山水集團(tuán)東岳水泥生產(chǎn)的P. O 42.5R水泥，其各項(xiàng)主要指標(biāo)如下表。表2.1 P.O 42.5R水泥物理性能指標(biāo)安定性密度比表面積標(biāo)準(zhǔn)稠度凝結(jié)時間抗壓強(qiáng)度抗折強(qiáng)度初凝終凝3d28d3d28d/g/cm3/%minminMpaMpaMpaMpa合格3.1135027.517526029.251.35.68.5表2.2 P.O 42.5R水泥化學(xué)成分表氧化鈣二氧化硅氧化鋁氧化鎂氧化鐵三氧化

50、硫燒失量66.1820.815.422.083.331.120.24（3）礦渣微粉實(shí)驗(yàn)過程中使用兩種礦渣微粉，分別記為K1和K2。K1比表面積為500/。K2為昆鋼嘉華產(chǎn)。根據(jù)GB/T18046-2008用于水泥和混凝土中的粒化高爐礦渣粉檢測，K2主要性能指標(biāo)見下表表2.3 K2主要性能指標(biāo)比表面積含水率三氧化硫流動度比7d活性指數(shù)28d活性指數(shù)/%3600.60.81016688（4）粉煤灰實(shí)驗(yàn)過程中使用兩種粉煤灰，分別記為F1和F2。F1是級粉煤灰，細(xì)度為0%（200目方孔篩篩余），需水量比為92%。F2為級粉煤灰，昆明環(huán)恒粉煤灰有限責(zé)任公司生產(chǎn)。根據(jù)GB/T1596-2005用于水泥和混

51、凝土中的粉煤灰標(biāo)準(zhǔn)檢測，F(xiàn)2相關(guān)性能指標(biāo)如下表。表2.4 F2主要性能指標(biāo)細(xì)度含水率燒失量需水量比游離氧化鈣三氧化硫80.2207980.20.3（5）晶種水泥水化物晶種，自制，合理摻量為3-5%。（6）早強(qiáng)劑硫酸鈉，分析純，白色晶體；亞硝酸鈉，分析純，白色固體顆粒；二乙醇胺，分析純，無色液體。（7）減水劑試驗(yàn)提供五種減水劑，其中KDSP-1聚羧酸鹽減水劑、HPWP-S聚羧酸高效減水劑和HPWP-R聚羧酸高效減水劑均為山西凱迪生產(chǎn)，后兩者更是同一系列減水劑，區(qū)別在于HPWP-S為標(biāo)準(zhǔn)型，HPWP-R為緩凝型。表2.5 實(shí)驗(yàn)用減水劑編號減水劑類型固含量/%最佳摻量/%最大減水率/%HPWP-R9

52、.62.528.9HPWP-S28.570.6528.0KDSP-1聚羧酸鹽減水劑23.651.226.5聚羧酸減水劑A33.60.832.0聚羧酸減水劑B18.32.029.5（8）硫鋁酸鹽水泥熟料硫鋁酸鹽水泥熟料經(jīng)磨機(jī)磨細(xì)并通過200目方孔篩，取適量實(shí)驗(yàn)待用。2.2 實(shí)驗(yàn)方法 實(shí)驗(yàn)研究手段（1）砂漿制作砂漿攪拌23使用行星式水泥膠砂攪拌機(jī)，具體步驟為加部分水和水泥及礦渣低速攪拌30s-在30s的低速攪拌下加砂-高速攪拌30 s-停90s-加入減水劑和剩余的水-高速攪拌60s。（2）流動性試驗(yàn)采用水泥膠砂流動性測試方法中的流動試模，截錐圓模尺寸為：高度600.5mm，上口內(nèi)徑700.5mm，

53、下口內(nèi)徑1000.5mm，下口外徑120mm。將制備的漿液裝入截錐圓模，用刮刀刮平，立即將截錐圓模垂直向上輕輕提起，用卡尺測量漿體底面最大直徑及與其垂直的直徑，計算平均值，取整數(shù)。每次的流動度試驗(yàn)工作須在1min內(nèi)完成。（3）成型直接自流灌入模具中成型，無需在振實(shí)臺上振動。（4）養(yǎng)護(hù)試塊養(yǎng)護(hù)制度都采用標(biāo)養(yǎng)1d后拆模，然后在養(yǎng)護(hù)室標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。（5）強(qiáng)度試驗(yàn)抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)按GB/T 17671進(jìn)行。試體尺寸40mm*40mm*160mm的砂漿試塊。養(yǎng)護(hù)條件為標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件，養(yǎng)護(hù)齡期為ld、3d和28d。各齡期的試件留置三條。每齡期取出三條試塊先做抗折強(qiáng)度試驗(yàn)?？拐墼囼?yàn)后的兩個斷塊立即進(jìn)行抗壓試驗(yàn)。 實(shí)驗(yàn)

54、儀器與設(shè)備實(shí)驗(yàn)主要使用的儀器設(shè)備包括：（1）水泥砂漿攪拌機(jī)；（2）YE-30液壓式壓力試驗(yàn)機(jī)；（3）YH-42B標(biāo)準(zhǔn)恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱；（4）KZJ-6電動抗折儀；（5）天平、燒杯、量筒、臺秤、鋼尺等；（6）模具若干（40mm40mm160mm）；3 實(shí)驗(yàn)研究與結(jié)果分析3.1 研究目的與研究內(nèi)容 研究目的本課題根據(jù)近年來國內(nèi)外在灌漿料領(lǐng)域的研究成果和人們對水泥、砂、粉煤灰、礦渣微粉、減水劑、早強(qiáng)劑等原始材料的較深認(rèn)識，結(jié)合當(dāng)前工程領(lǐng)域?qū)酀{材料的要求以及當(dāng)前市場上常用灌漿材料亟需解決的問題，以水泥、河砂、粉煤灰、礦渣微粉、減水劑等為基礎(chǔ)原料，以提高灌漿材料的使用性能為根本目的，以組分簡單化和成本節(jié)

55、約化為基本原則，通過配合比方法研究24、性能研究及微觀結(jié)構(gòu)研究，歸納出高性能水泥基結(jié)構(gòu)灌漿料中最主要的組分對水泥基灌漿料拌合物工作性能和力學(xué)性能的影響規(guī)律，在普通硅酸鹽水泥中摻入聚羧酸系減水劑、礦渣微粉、粉煤灰、晶種、硫鋁酸鹽水泥熟料和早強(qiáng)劑等摻合料，研制出流動度大、早強(qiáng)、高強(qiáng)的水泥基灌漿材料。 研究內(nèi)容1通過研究各種減水劑、早強(qiáng)劑等外加劑對水泥砂漿流動度、泌水離析情況以及強(qiáng)度的影響，確定其最佳摻量。2研究各種外加劑以及摻合料之間的相容性問題，并參照研究目標(biāo)，找出替代材料。3根據(jù)JCT 986-2005水泥基灌漿材料標(biāo)準(zhǔn)，參照工作性能，力學(xué)性能的技術(shù)指標(biāo)，研究水膠比、膠砂比、礦物摻合料摻量等因

56、素對水泥基灌漿料性能的影響，并結(jié)合流動度、強(qiáng)度等性能指標(biāo)，對灌漿料各原料配合比進(jìn)行優(yōu)化。4選擇合理的配合比配制出滿足要求的高強(qiáng)水泥基灌漿材料，并測試其物理性能。3.2 相關(guān)因素試驗(yàn)分析 砂膠比試驗(yàn)作為高強(qiáng)水泥基灌漿材料組成的一個組分，砂子對水泥基灌漿材料性能的影響主要取決于兩大因素：一是砂子本身的物理性能，常用細(xì)度模數(shù)和顆粒級配兩大指標(biāo)來反映；二是混合料的砂膠比。當(dāng)所用砂確定之后，其本身物理性質(zhì)確定，此時只有通過改變砂的用量來改變混合砂漿的性能。配制高強(qiáng)水泥基灌漿材料，首先是必須保證其具有良好的工作性和較高的強(qiáng)度。砂子的細(xì)度模數(shù)越小，其顆粒數(shù)越多，比表面積越大，空隙率也越高，顆粒表面所需的吸附

57、水也增多，顆粒界面之間所需的水泥漿也隨之增加。這就容易產(chǎn)生三方面不良后果：對水泥需求量增大，造成材料成本上升，在經(jīng)濟(jì)層面有不利影響；水泥量增加，在滿足流動度的條件下所需單位用水量增大，這就造成了粘結(jié)、包裹砂子顆粒之間空隙的水泥漿少，使得細(xì)集料顆粒之間缺少粘結(jié)物質(zhì)，降低了顆粒間的粘結(jié)性能，使新拌砂漿的和易性降低，顆粒間間隙未能完全填充密實(shí)，從而容易產(chǎn)生孔隙，影響灌漿料的力學(xué)性能。砂漿中骨料過細(xì)同時水泥用量過高，容易導(dǎo)致灌漿料收縮過大，嚴(yán)重時導(dǎo)致灌漿料開裂。當(dāng)砂子的細(xì)度模數(shù)較大時可以獲得比較高的抗?jié)B壓力。當(dāng)然，細(xì)度模數(shù)過大，也會影響漿液的可灌性。配置高強(qiáng)水泥基灌漿材料選用砂子細(xì)度模數(shù)一般在2.6-

58、3.2之間。同樣，砂膠比的大小對高強(qiáng)水泥基灌漿材料的性能，尤其是硬化后的力學(xué)性能也會產(chǎn)生很大的影響。砂膠比過大，漿液流動性差；砂膠比過小，由于骨料少而水泥多，同樣引起硬化收縮，導(dǎo)致力學(xué)性能下降。參考其他學(xué)者研究成果，根據(jù)高強(qiáng)水泥基灌漿料大流動度要求，能同時滿足流動性和強(qiáng)度要求的灌漿料水灰比一般在0.25-0.4之間。選用HPWP-S減水劑，水灰比取中值0.33進(jìn)行砂膠比實(shí)驗(yàn)。表3.1 砂膠比試驗(yàn)序號砂膠比初始流動度30min保留1d抗壓3d抗壓13無自流動未成型2220016014.334.831.624020518.244.841.428525521.845.451.234032023.54

59、7.561.036535016.638.9通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著砂膠比減小，漿液初始流動度和30min流動度保留值都逐漸增大。此外，在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)砂膠比降到1.0時，漿液出現(xiàn)輕微泌水現(xiàn)象。但是，砂漿的1d和3d抗壓強(qiáng)度隨砂膠比減小呈現(xiàn)先增大后減小的情況。當(dāng)砂膠比為1.2時，1d和3d抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值，初始流動度和30min流動度保留值也遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出水泥機(jī)關(guān)將材料標(biāo)準(zhǔn)要求。 減水劑選擇實(shí)驗(yàn)提供了五種減水劑，但是可能出現(xiàn)有些減水劑達(dá)不到實(shí)驗(yàn)要求或者效果不好，滿足要求的減水劑也面臨在滿足流動度和強(qiáng)度要求時的水灰比不同的情況。這就需要進(jìn)行試驗(yàn)選擇和試配。試驗(yàn)中選擇砂膠比為1.2，對不同減水劑加入不

60、同用水量至漿液流動度在290mm-310mm之間，計算此時的實(shí)際水灰比。所有減水劑以最佳摻量加入。表3.2 減水劑的選擇實(shí)驗(yàn)減水劑初始流動度30min保留值經(jīng)時損失水灰比1d強(qiáng)度3d強(qiáng)度KDSP-12951801150.3220.645.3HPWP-S300275250.3126.450.6HPWP-R305290150.3019.546.7聚羧酸A295260350.3610.027.3聚羧酸B305280250.29過低28.9從上表可以看出，KDSP-1聚羧酸鹽減水劑盡管其1d和3d抗壓強(qiáng)度都達(dá)到了標(biāo)準(zhǔn)要求，但是30min流動度保留值僅有180mm，且經(jīng)時損失高達(dá)115mm，無法滿足灌漿