高性能水泥基灌浆料试验研究

刘晓斌，熊卫锋

（北京东方雨虹防水技术股份有限公司，北京 101309）

0 引言

水泥基灌浆料以其良好的流动灌注、早强高强、微膨胀、与混凝土结构良好的结合力等特性，在大型设备安装的地脚螺栓灌浆、二次灌浆以及混凝土结构加固等方面有着广泛的应用[1-2]。目前应用较为广泛的水泥基灌浆料一般为高强度速凝型的硅酸盐水泥结合速凝剂或硫铝酸盐水泥作为其胶凝材料，以满足早强高强的要求。然而采用普通硅酸盐水泥与快硬硫铝酸盐水泥进行复合使用，可在满足灌浆料各种性能要求的同时，进一步提高产品的性价比，具有较大的意义。

本实验在采用普通硅酸盐水泥与硫铝酸盐水泥复合的基础上，分别考察了减水剂、膨胀剂等主要功能组分对灌浆料关键物理力学性能的影响，总结出规律性的结论。

1 实验内容及方法

1.1 原材料

水泥：冀东P·O42.5，企鹅R·SAC42.5；砂：级配石英砂，粒径分别为 0.125～0.18mm、0.18～0.425mm和0.425～0.8mm。

减水剂：北京慕湖 UNF-5 萘系高效减水剂。膨胀剂：北京新中岩 ZY 膨胀剂，UEA 类。水：自来水。

1.2 试验方法

试验以公司原有的结合促凝剂的硅酸盐水泥基灌浆材料的基本配比为依据，胶砂比为 0.45∶0.55，水灰比为0.33～0.35，减水剂掺量范围为 0.5%～3.0%，膨胀剂掺量为0～5%（替换对应量的 0.125～0.18mm 石英砂）。在试验过程中，保持基本配合比不变，按一定的规律调整主要功能组分的用量，考察该组分对灌浆料性能的影响。

试验方法以及指标要求，参照 GB/T50448—2008《水泥基灌浆材料应用技术规范》中的Ⅱ类产品进行[3]，其主要的指标要求为：①最大集料粒径≤4.75mm；②流动度初始值≥340mm，30min保留值≥310mm；③竖向膨胀率 3h 为0.1%～0.35%，24h 与 3h 的膨胀值之差为 0.02%～0.5%；④抗压强度 1d≥20.0MPa，3d≥40.0 MPa，28d≥60.0MPa；⑤泌水率为 0%。

2 试验结果与分析

2.1 减水剂用量对灌浆料流动度的影响

减水剂是灌浆料实现其良好灌注特性的重要功能性添加剂，主要表现在其用量对灌浆料的流动度起着重要的影响。试验考察了萘系减水剂 UNF-5 用量从 0.5% 增加至 3.0% 时，在微调用水量保证不泌水的条件下测试灌浆料流动度初始值及 30min 保留值，试验结果如表1 所示。

表1 减水剂用量对流动度影响测试结果

从表1 所示的测试结果可以观察到，随着减水剂用量从0.5% 逐渐增加到 3.0%，灌浆料的流动度初始值及 30min 保留值均随之增加，并且在用量达到 2.3% 时，流动度初始值为350mm，30min 保留值为 320mm，符合指标的要求。此外，在减水剂从 0.5% 增加到 2.0% 的过程中，流动度 30min 保留值增加幅度逐渐增大，也在一定程度上体现了减水剂对胶凝材料的缓凝特性。

从上述试验结果可知，减水剂的最佳用量为 2.3%。

2.2 硫铝酸盐水泥用量对灌浆料性能的影响

试验采用硫铝酸盐水泥与普通硅酸盐水泥复合使用的方式，提高灌浆料的早期强度，实现早强、高强的特性，在 2.1试验的基础上，保持胶凝材料总量不变，考察硫铝酸盐水泥与普通硅酸盐水泥的不同比例对灌浆料流动度及抗压强度的影响。

2.2.1 硫铝酸盐水泥用量对灌浆料流动度的影响

考察了硫铝酸盐水泥与普通硅酸盐水泥用量比例分别为0∶10、0.5∶9.5、1∶9、2∶8、3∶7 时，灌浆料流动度初始值及30min 保留值，试验结果如表2 所示。随着硫铝酸盐水泥在胶凝材料中的比例逐渐增大，灌浆料的流动度初始值没有出现变化，表明胶凝材料总量不变时，两种水泥的不同比例对灌浆料的流动度初始值没有明显的影响，这在侧面反映了萘系减水剂对不同胶凝材料的良好适应性。随着硫铝酸盐水泥在胶凝材料中的比例逐渐增加，流动度 30min 保留值逐渐减少，当比例小于 1∶9时，能满足标准要求的 310mm；当比例大于 1∶9 时，流动度 30min 保留值不满足要求。

表2 硫铝酸盐水泥与普通硅酸盐水泥用量比例对流动度的影响测试结果

2.2.2 硫铝酸盐水泥用量对灌浆料抗压强度的影响

考察了硫铝酸盐水泥与普通硅酸盐水泥用量比例分别为0∶10、0.5∶9.5、1∶9、2∶8、3∶7 时，灌浆料 1d，3d 和28d 抗压强度，测试结果如表3 所示。

表3 硫铝酸盐水泥与普通硅酸盐水泥用量比例对抗压强度的影响测试结果

从表3 所示的实验结果可知，当硫铝酸盐水泥与普通硅酸盐水泥用量比例为 0∶10 时，即单独采用普硅水泥，制备的灌浆料各龄期的抗压强度均达不到指标要求；随着硫铝酸盐水泥用量的增加，制备的灌浆料的抗压强度随之增大，在比例为 1∶9 时，开始全面符合要求。

2.2.3 小结

综合 2.2.1 和 2.2.2 的试验结果可知，当硫铝酸盐水泥和普通硅酸盐水泥用量比例为 1∶9 时，灌浆料的流动度初始值、30min 保留值及不同龄期的抗压强度均满足标准的要求。

2.3 膨胀剂用量对灌浆料性能的影响

试验采用 UEA 类膨胀剂，在 2.1 和 2.2 试验结论的基础上，即减水剂用量为 2.3%，硫铝酸盐水泥与普通硅酸盐水泥用量比例为 1∶9，考察膨胀剂用量对灌浆料流动度、抗压强度及竖向膨胀率的影响，并考察了 24h 时间范围内灌浆料竖向膨胀率的变化趋势。

2.3.1 膨胀剂用量对灌浆料流动度的影响

考察了膨胀剂用量分别为 0%，1%，2%，3%，4%，5%时，灌浆料的流动度初始值及 30min 流动度保留值，测试结果如表4 所示。从表4 所示的测试结果可知，由于膨胀剂替代等量的粒径为 0.125～0.18mm 的石英砂，而粉状的膨胀剂会影响灌浆料的流动度，在膨胀剂用量为 2% 时，灌浆料流动度初始值开始略有降低；膨胀剂用量为 3% 时，灌浆料流动度 30min 保留值开始降低；膨胀剂用量达到5%时，出现了30min 流动度保留值达不到要求的现象。

表4 膨胀剂用量对流动度影响测试结果

2.3.2 膨胀剂用量对灌浆料强度的影响

考察膨胀剂用量分别为 0%、1%、2%、3%、4%、5%时，灌浆料的 1d、3d、28d 抗压强度，测试结果如表5 所示。由测试结果可知，膨胀剂用量增加会提高灌浆料的 1d 抗压强度，但对 3d 和 28d 抗压强度没有明显的作用规律，只是略有增加。

表5 膨胀剂用量比例对抗压强度的影响测试结果

2.3.3 膨胀剂用量对灌浆料竖向膨胀率的影响

考察了膨胀剂用量分别为 0%，1%，2%，3%，4%，5%时，灌浆料的 3h 竖向膨胀率，24h 竖向膨胀率以及膨胀率之差，测试结果如表6 所示。

表6 膨胀剂用量比例对竖向膨胀率的影响测试结果 %

通过对表6 竖向膨胀率测试结果进行观察可知，在不掺加膨胀剂时，灌浆料产生了微小的膨胀，这可能是由于硫铝酸盐水泥具有一定膨胀特性而产生的，但这种膨胀微小，不能满足指标要求；随着膨胀剂用量的增加，灌浆料的 3h 竖向膨胀率在用量达到 3% 时满足了要求，达到了 0.12%，且其24h 竖向膨胀率为 0.17%，两者之差为 0.05%，同样满足指标的要求。

此外，试验还考察了膨胀剂用量为 3% 时，灌浆料竖向膨胀率 24h 之内的变化趋势，如图1 所示。

图1 灌浆料竖向膨胀率变化趋势

从图1 可以看出，灌浆料竖向膨胀率在浇注后 2h 至 8h这段时间内有明显的增大变化，并在 8h 以后趋于平稳，反映了该配合比制备的灌浆料的竖向膨胀特性。

2.3.4 小结

综合 2.3.1，2.3.2，2.3.3 的试验内容分析，当膨胀剂用量为 3% 时，灌浆料具有良好的流动度初始值，30min 保留值，且竖向膨胀率及不同龄期的强度满足指相应标准的要求。

3 结语

（1）萘系减水剂 UNF-5 用量为 2.3% 时，灌浆料在不泌水的基础上具有良好流动度初始值及 30min 保留值，满足其高流动性要求；

（2）硫铝酸盐水泥与普通硅酸盐水泥用量比例为 1：9 时，灌浆料具有良好的流动度初始值及 30min 保留值，且1d，3d，28d 均满足相应要求，实现早强高强的特性；

（3）膨胀剂用量为 3% 时，灌浆料的竖向膨胀率满足要求，且其主要膨胀变化时间为浇注后 2h～8h；

（4）综上所述，萘系减水剂 UNF-5 用量为 2.3%，硫铝酸盐水泥与普通硅酸盐水泥用量比例为 1：9，膨胀剂用量为3% 时，制备的灌浆料满足 GB/T50448-2008《水泥基灌浆材料应用技术规范》中的 Ⅱ 类产品的主要技术指标要求。

[1] 任恩平，仲晓林等.膨压力法在唐钢灌浆施工中的应用[J].工业建筑，2007, (37):1257-1258.

[2] 曾明，周紫晨.一种用于水泥基灌浆料的复合膨胀剂研究[J].混凝土与水泥制品，2011(2):11-14.

[3] 邵正明，王强，等.国标《水泥基灌浆材料应用技术规范》GB/T50448 技术要求解析.交通建设与管理，2009(07):105-109.