高性能水泥基灌漿料試驗(yàn)研究.doc

高性能水泥基灌漿料試驗(yàn)研究第22卷第1期2008年1月濟(jì)南大學(xué)(自然科學(xué)版)JOURNALOFUNIVERSITYOFJINAN(Sci.&Teeh.)V01.22No.1Jan.2008文章編號(hào):16713559(2008)01001104高性能水泥基灌漿料試驗(yàn)研究杜紀(jì)鋒,葉正茂,蘆令超,常鈞(濟(jì)南大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院,山東濟(jì)南250022)摘要:利用硫鋁酸鹽水泥,粉煤灰,砂,減水劑等配制高流動(dòng)性硫鋁酸鹽水泥基灌漿材料(SAGM).采用均勻性試驗(yàn)設(shè)計(jì),并用灰色關(guān)聯(lián)度軟件計(jì)算機(jī)分析試驗(yàn).試驗(yàn)表明:1d,3d抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到48MPa,62MPa;1d,3d抗折強(qiáng)度分別達(dá)到9.3MPa,10MPa,展現(xiàn)出良好的力學(xué)性能;1d膨脹率為+0.038%,屬于微膨脹,可避免因收縮引起的表面裂微.滿(mǎn)足自流平灌漿料技術(shù)要求.利用SEM,EDS等測(cè)試手段進(jìn)行微觀(guān)分析,發(fā)現(xiàn)水化1d就有大量凝膠和針柱狀鈣礬石生成,得出該灌漿料具有快硬早強(qiáng)特點(diǎn)的原因.關(guān)鍵詞:硫鋁酸鹽水泥;灌漿料;力學(xué)性能;膨脹干縮;灰色關(guān)聯(lián)度中圖分類(lèi)號(hào):TQ172文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A長(zhǎng)期以來(lái),灌漿料在建筑工程中是一類(lèi)應(yīng)用量大,使用面廣的建筑材料.特別是自流平材料,先后開(kāi)發(fā)了石膏系,水泥系及聚合物水泥自流平砂漿,普遍應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備安裝和加固修補(bǔ)工程中J.目前在使用水泥基灌漿料時(shí),由于普通水泥體積收縮容易產(chǎn)生微裂紋,導(dǎo)致支座安裝后支座板下不密貼;另外,強(qiáng)度發(fā)展慢,耐久性差,影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和使用壽命.因此,開(kāi)發(fā)新型高性能水泥基灌漿料已成為當(dāng)務(wù)之急,自流平砂漿作為薄層材料,應(yīng)在數(shù)小時(shí)內(nèi)硬化,ld強(qiáng)度可允許在上面行走,最終硬化的砂漿應(yīng)具有均勻,堅(jiān)硬,平整和光滑的表面.硫鋁酸鹽水泥水化產(chǎn)物主要為鈣礬石,具有形成速度快,高結(jié)合水能力以及微膨脹性等特點(diǎn).本試驗(yàn)用特種水泥為基材,通過(guò)對(duì)多種新材料的選擇和試配,制備硫鋁酸鹽水泥基灌漿料簡(jiǎn)稱(chēng)SAGM灌漿料.收稿日期:20070904基金項(xiàng)目:國(guó)家自然科學(xué)基金(50672033);山東省自然科學(xué)基金(Z2006F01);濟(jì)南市科技攻關(guān)計(jì)劃(051085)作者簡(jiǎn)介:杜紀(jì)鋒(1980一),男,山東聊城人,碩士生;蘆令超(1963一),男,山東鄒平人,教授,碩士生導(dǎo)師.1原材料試驗(yàn)所用的主要原料:水泥SAC為硫鋁酸鹽水泥(R?SAC42.5),淄博生產(chǎn),比表面積為450in/kg;I級(jí)粉煤灰(FA),鄒城電廠(chǎng)產(chǎn);標(biāo)準(zhǔn)砂(ISO);NCK型修補(bǔ)劑,濟(jì)南產(chǎn);FNC一3緩凝型復(fù)合高效減水劑,濟(jì)南產(chǎn).2試驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果2.1灌漿料檢驗(yàn)指標(biāo)與試驗(yàn)方法高性能灌漿料的技術(shù)指標(biāo)主要包括流動(dòng)度,限制膨脹率,抗壓強(qiáng)度.流動(dòng)度試驗(yàn)按混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范(GB501192003)和水泥基灌漿材料中的規(guī)定進(jìn)行.其中截錐形圓模的尺寸改為:高度600.5mm;上口內(nèi)徑700.5mm;下口內(nèi)徑1000.5mm;下口外徑120him.并取消搗棒插搗,取消振動(dòng),用卡尺測(cè)量膠砂底面最大擴(kuò)散直徑及與其垂直的直徑,計(jì)算平均數(shù),取整數(shù).抗壓強(qiáng)度的檢驗(yàn)參照水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法(GB/T176711999),取消振動(dòng)成型,將材料灌入試模,選擇需要的齡期進(jìn)行試驗(yàn).膨脹率參照混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)覯范(GB501l92003)和JC31382膨脹水泥膨脹率試驗(yàn)方法進(jìn)行試驗(yàn).脫模測(cè)定初長(zhǎng)及水中養(yǎng)護(hù)ld,3d,7d,14d時(shí)的值,14d后轉(zhuǎn)入干空氣中,測(cè)干空氣中14d,28d時(shí)的膨脹率.2.2采用均勻設(shè)計(jì)安排試驗(yàn)影響灌漿料的性能因素很多,文中考慮水灰比,灰砂比,礦物摻合料,修補(bǔ)劑摻量以及高效減水劑5種因素.均勻設(shè)計(jì)是試驗(yàn)條件優(yōu)化和最優(yōu)條件尋找的常用方法,與正交試驗(yàn)相比,它具有試驗(yàn)點(diǎn)均勻分布,試驗(yàn)次數(shù)更少的特點(diǎn)j.試驗(yàn)設(shè)計(jì)通過(guò)均勻設(shè)計(jì)表來(lái)完成,每一個(gè)均勻設(shè)計(jì)表有一個(gè)代號(hào)(q),其中表示均勻設(shè)計(jì),n表示試驗(yàn)次數(shù),q表示每個(gè)因素具有的水平,s表示該表的列數(shù).表濟(jì)南大學(xué)(自然科學(xué)版)第22卷中附有組成方案的均勻度及其偏差,偏差越小,表示均勻度越好.本試驗(yàn)選擇(12)均勻設(shè)計(jì)表中第1,3,4,8,10列,并作水平轉(zhuǎn)換,相應(yīng)因素水平見(jiàn)表1.表1因素水平表2.3試驗(yàn)結(jié)果由于硫鋁酸鹽水泥3d強(qiáng)度達(dá)到28d強(qiáng)度的80%以上,因此本試驗(yàn)以初始流動(dòng)度及3d抗折,抗壓強(qiáng)度為指標(biāo).試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2.表2均勻設(shè)計(jì)試驗(yàn)結(jié)果3試驗(yàn)結(jié)果分析在數(shù)據(jù)處理方面大部分采用傳統(tǒng)的試驗(yàn)回歸方法,然而該方法僅能考慮少量影響因素的作用,且建立的計(jì)算模型十分復(fù)雜,往往帶人人為因素和相應(yīng)的局限性,目前,灰色系統(tǒng)理論已發(fā)展成一門(mén)新的邊緣學(xué)科,并在眾多科學(xué)領(lǐng)域得到了應(yīng)用,近年來(lái)灰色理論在水泥混凝土工程中得到了廣泛應(yīng)用.3.1灰色關(guān)聯(lián)度分析方法灰色關(guān)聯(lián)度的基本思想是一種相對(duì)性的排序分析.通過(guò)分析,比較參考曲線(xiàn)與結(jié)果曲線(xiàn)在幾何形狀上的差別,來(lái)確定關(guān)聯(lián)度的大小,主要用來(lái)描述各因素對(duì)結(jié)果的影響程度.灰色關(guān)聯(lián)度分析對(duì)樣本沒(méi)有特別的限制,而且能揭示因變量與自變量之間的非線(xiàn)性關(guān)系,當(dāng)試驗(yàn)次數(shù)偏少,水平數(shù)偏多時(shí)均勻試驗(yàn)更顯出其優(yōu)越性.設(shè)有參考序列,記為t,t=1,2,;k=1,2,3.比較序列記為置t,t=1,2,;=1,2,孔.第1步:數(shù)據(jù)無(wú)量綱化處理.各指標(biāo)的物理意義不同,數(shù)據(jù)的量綱也不同,為便于分析,保證各指標(biāo)具有等效性和同序性,需要對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)格化處理.常用的數(shù)據(jù)處理方法有初值化,均值化,區(qū)間相對(duì)值化和歸一化,文中采用均值化得出數(shù)據(jù)序列.=,()()Uk(t)=L一,(t)=上L一,第2步:計(jì)算與間的關(guān)聯(lián)系數(shù)和關(guān)聯(lián)度;“(t)=minminfY()一Yt()f+JDmaxmaxfY()一Y()flY(t)一Y(t)f+pmaxmaxlY(t)一Y(t)l(t)為曲線(xiàn)Y與Y在第t點(diǎn)的相對(duì)關(guān)聯(lián)系數(shù),P為分辨系數(shù),其作用是提高關(guān)聯(lián)系數(shù)之間的差異顯著性,通常情況取P=0.5;由于關(guān)聯(lián)系數(shù)的個(gè)數(shù)較多,信息過(guò)于分散,不便于比較,因此常用信息集中處理方法把各關(guān)聯(lián)系數(shù)集中為一個(gè)值.求平均值即是這種信息集中處理方法之一,于是得到關(guān)聯(lián)度的計(jì)算公式:1“=()I=l3.2結(jié)果分析本試驗(yàn)采用灰色關(guān)聯(lián)分析試驗(yàn)結(jié)果,各因素與指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度見(jiàn)表3.其中:一指標(biāo)與因素的關(guān)聯(lián)度;一抗折強(qiáng)度與因素的關(guān)聯(lián)度;一抗壓強(qiáng)度與各因素的關(guān)聯(lián)度;.i一流動(dòng)度與各因素的關(guān)聯(lián)度.從關(guān)聯(lián)度分析可以看出各種因素對(duì)SAGM灌漿料力學(xué)性能的影響排序,抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度的各因素關(guān)聯(lián)度排序?yàn)?l5>l2>ll>l3>24和25>1>>33>,說(shuō)明減水劑,水灰比,灰砂比是影響灌漿料力學(xué)性能的主要因素,粉煤灰,修補(bǔ)劑為次要因素;流動(dòng)度的各因素關(guān)聯(lián)度排序?yàn)?3>>8928522338m&U&&454253191.5.D.6.掘卯000O50500000渤拗姍枷扔渤444222888l11111000如加如加m8m55858m2525251,21.21.2拍勰如m件甜甜付第1期杜紀(jì)鋒,等:高性能水泥基灌漿料試驗(yàn)研究表3灰色關(guān)聯(lián)度表0.6693590.6980210.6165610.5513190.784463“Y2i0.7732440.7113930.6959060.6053630.791997.>.>.,說(shuō)明水灰比對(duì)灌漿料流動(dòng)度的影響程度最大,灰砂比,修補(bǔ)劑,粉煤灰和減水劑依次次之.綜合考慮各指標(biāo)可知,在7號(hào)配合比的基礎(chǔ)上,適度增加修補(bǔ)劑摻量,再酌情控制粉煤灰的摻量,可進(jìn)一步提高灌漿料的力學(xué)性能,并保證必要的流動(dòng)度,以滿(mǎn)足灌漿料的可灌性指標(biāo).補(bǔ)充試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4.由數(shù)據(jù)可知:13#和1甜試樣兩組配比符合設(shè)計(jì)指標(biāo),故確定13#和14#為SAGM灌漿料的最佳配比.表4SAGM試驗(yàn)配合比試驗(yàn)結(jié)果3.3SAGM灌漿料膨脹干縮試驗(yàn)SAGM灌漿料的膨脹干縮試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1.從圖1可見(jiàn),兩組配合比砂漿試件在常溫下都有一定程度的膨脹性,膨脹率在1d為3.810一,3d就達(dá)到2010一,且7d后膨脹基本穩(wěn)定,14d后在干空氣中未發(fā)現(xiàn)干縮發(fā)生,并有一定程度的膨脹.滿(mǎn)足水泥基灌漿材料的技術(shù)要求.其中試樣13#各齡期的膨脹率值均大于試樣14#,說(shuō)明膨脹率隨著膠凝材料所占比例的增大而增大.0l020304O50齡期/d圖1SAGM灌漿料膨脹干縮試驗(yàn)3.4微觀(guān)結(jié)構(gòu)分析灌漿料水化完全,水泥石結(jié)構(gòu)致密,可從硬化漿ld體的SEM照片(圖2,圖3和圖4)中清楚地看出,試樣13#,14#1d就生成了大量鈣礬石和凝膠.隨著水化的進(jìn)行,3d和28d試樣中可看到大量凝膠,與空洞中的針狀鈣礬石互相交叉,粘連,形成了致密的硬化漿體的SEMEDS照片圖3試樣13#水化3d硬化漿體的SEMEDS照片2d圖4試樣14#水化1d.3d,28d硬化漿體的SEM照片H斛14濟(jì)南大學(xué)(自然科學(xué)版)第22卷結(jié)構(gòu).另外,由于球狀粉煤灰的填充作用,使大孔進(jìn)一步變小,結(jié)構(gòu)進(jìn)一步密實(shí).從圖4可看出界面結(jié)合良好,硬化水泥石的結(jié)構(gòu)均勻,密實(shí).4結(jié)論(1)利用均勻性試驗(yàn)安排試驗(yàn),減少了試驗(yàn)量,采用灰色關(guān)聯(lián)理論分析試驗(yàn)數(shù)據(jù),利用小樣本試驗(yàn)得出了影響灌漿料指標(biāo)的主要因素,同時(shí)找到了最佳配合比.(2)加入礦物摻合料和各種外加劑后,在水泥石中鈣礬石與氫氧化鋁凝膠,csH凝膠相互打接,使得結(jié)構(gòu)較為致密,無(wú)大氣孔缺陷,因此硬化漿體具有早強(qiáng),高強(qiáng)和抗干縮性能.(3)SAGM灌漿料的高流動(dòng)性能自動(dòng)填充孔隙,灌漿層自流平整,無(wú)需振動(dòng)密實(shí);具有微膨脹性,可使灌漿料具有較高的界面結(jié)合力,增強(qiáng)其錨固能力;可用于鐵路隧道,公路隧道的注漿處理,在不影響通車(chē)的情況下對(duì)路基進(jìn)行加固,堵漏修補(bǔ);還可用于設(shè)備基礎(chǔ)灌漿,灌漿后24h即可開(kāi)機(jī)運(yùn)行,可在冬季施工.在冶金,化工,電力,建材等工業(yè)建筑及設(shè)備的鋼筋錨固和基礎(chǔ)灌漿等工程中具有很大的應(yīng)用前景.參考文獻(xiàn)屠立玫.我國(guó)建筑砂漿的發(fā)展方向J.新型建筑材料,1997,11:1315.朱永杰.自流平灌漿料在大型設(shè)備基礎(chǔ)中的應(yīng)用J.建筑技術(shù)開(kāi)發(fā),2002,8(1):3536.ADeGasparo,JKighelman,RZurbriggen,eta1.自流平地面砂漿的性能機(jī)理及應(yīng)用J.新型建筑材料,2OO6,9:4-9.王燕謀,蘇慕珍,張量.硫鋁酸鹽水泥M.北京:北京工業(yè)大學(xué)出版社,1999.國(guó)家發(fā)改委.水泥基灌漿材料M.北京:中國(guó)建材工業(yè)出版社.2005.方開(kāi)泰.均勻設(shè)計(jì)J.應(yīng)用數(shù)學(xué),1980(34):363372.李云雁,胡傳榮.試驗(yàn)設(shè)計(jì)與數(shù)據(jù)處理M.北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004.89101213方開(kāi)泰.均勻設(shè)計(jì)與均勻設(shè)計(jì)表M.北京:科學(xué)出版社,l994.于偉民,宋洪斌,許金余.灰色系統(tǒng)理論在混凝土構(gòu)件耐久性在評(píng)定中的應(yīng)用初探c.煙臺(tái):第14屆全國(guó)結(jié)構(gòu)工程學(xué)術(shù)會(huì)議論文集(第三冊(cè)),工程力學(xué),2005:464468.SHENDerhsien,Whiaming,DUJiachong.ApplicationofGreymodeltopredictacousticalpropertiesandtire/roadnoiseonasphMtpavementC.Toronto:2006IEEEIntelligentTransporta-tionSystemsConference,2006:175180.張英姿,范穎芳,趙穎華.受鹽酸腐蝕混凝土抗壓強(qiáng)度的灰色預(yù)測(cè)模型J.建筑材料,2007,10(4):397401.劉思峰,郭天榜.灰色系統(tǒng)理論及應(yīng)用M.河南:河南大學(xué)出版社,1991.嚴(yán)智淵.灰色關(guān)聯(lián)分析與應(yīng)用M.江蘇:江蘇科學(xué)技術(shù)出版社,1989.ExperimentonHigh-PerformanceCement.BasedGroutsDUJifeng,YEZhengmao,LULingchao,CHANGJun(SchoolofMaterialScienceandEngineering,UniversityofJinan,Jinan250022,China)Abstract:Thefactorsaffectingthemixingproportionoftheselflevelinggroutswereinvestigatedincludingthequantitiesofsulphoaluminatecement,flyash,sand,andwaterreducingagentwithuniformdesignmethod.AmethodofgreyrelationalanalysiswasalSOintroducedwhichcanmeattherequirementofspecification,symmetry,consistencyandpossessisotonicityafternondimensionaldisposa1.Theresultsdemonstratedthatthecompressivestrengthofthegroutsis48MPa,62MPa,theflexurestrengthis9.3MPa,10MPaincuringagesat1dand