高強混凝土灌漿料的研制

我國現(xiàn)階段水泥混凝土路面整體建設存在著設計強度低、面板薄、施工質(zhì)量差等弊端，加之維修不及時，致使水泥混凝土路面使用一段時間后，損壞現(xiàn)象隨處可見，且日益嚴重。特別是在使用5年以后會出現(xiàn)各種不同程度的損壞，裂縫類病害在路面病害中所占的比例較大。目前研究人員希望開發(fā)出一種能夠快速修補好道路的材料，這種材料既能大大地縮短交通封閉的時間，又能夠保證修復后路面的強度，不會給使用帶來不便，而且還經(jīng)濟實惠。而超早強水泥基灌漿料恰好能解決這個問題，修補時將需要修補的路面舊混凝土破碎，然后直接將超早強灌漿料灌入碎裂的再生骨料中，混凝土就會凝結(jié)硬化并產(chǎn)生強度，2h即可開放交通，大大的節(jié)省修補時間，為交通帶來便利[1-4]。本研究旨在研制出具有大流動性超早強的灌注砂漿，這種砂漿能夠利用自身重力迅速地流進碎裂的混凝土塊中，將集料包裹，并在其中硬化凝結(jié)，短時間內(nèi)產(chǎn)生強度，恢復完整的結(jié)構(gòu)，使用條件要求不高，施工程序簡單，可大大節(jié)省施工時間，并保證施工質(zhì)量；而且成本相對很低，能夠普遍的用于混凝土制品的維修及各種灌注工藝中，具有現(xiàn)實意義。

1、試驗部分

1.1原材料

水泥：唐山冀東水泥廠生產(chǎn)的42.5級快硬硫鋁酸鹽水泥；42.5級普通硅酸鹽水泥。砂：石英砂在建材市場購得，普通河砂為渾河河砂，石英砂和普通河砂全部經(jīng)過仔細的清洗，自然風干后使用。經(jīng)過測試，石英砂細度模數(shù)0.95，普通河砂細度模數(shù)3.1，砂級配均良好。減水劑：蘇州弗克外加劑生產(chǎn)的聚羧酸高性能減水劑，含固量40%，減水率30%。水：自來水。1.2高強混凝土灌漿料的制備及性能測試方法根據(jù)文獻資料及前期試驗結(jié)果，初步確定水膠比為0.27，膠砂比的范圍1∶1~1∶1.5，普砂與石英砂比的范圍2∶1~4∶1，減水劑含量的范圍2‰~4‰[5-6]，以抗折強度和抗壓強度為主要指標，研究不同膠砂比、不同減水劑、不同普砂與石英砂比對材料性能的影響規(guī)律。選擇硫鋁酸鹽水泥和普通水泥的復合體系，普通水泥分別占總組分的0%、20%、40%、60%，按照標準攪拌方法對材料攪拌制成灌漿料，用40mm×40mm×160mm的模具對攪拌后漿體進行成型，并且放在標準養(yǎng)護箱內(nèi)進行養(yǎng)護，隨后根據(jù)水泥膠砂強度檢驗方法進行力學性能測試。力學性能測試儀器：YAW-300型壓力試驗機（沈陽市長城機電廠），電子液壓式壓力試驗機（北京海智科技開發(fā)中心），JJ-5型行星式水泥膠砂攪拌機（中國沈陽市北市檢測儀器廠）。參照GB/T50448—2015《水泥基灌漿材料應用技術規(guī)范》進行流動性測試試驗。本試驗中復合水泥體系的混合水泥砂漿的抗壓、抗折強度參照GB/T17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》進行測試。

2、結(jié)果與討論

2.1灌漿料組成對其性能的影響普通硅酸鹽水泥摻量對不同齡期下灌漿料的抗壓強度和抗折強度的影響分別如圖1、圖2所示。由圖1可知，隨著養(yǎng)護齡期的增加，灌漿料的抗壓強度有所增長。普通硅酸鹽水泥摻量在20%～40%之間時，灌漿料28d抗壓強度隨著水泥摻量的增加而增長，其他摻量的灌漿料抗壓強度都隨著普通硅酸鹽水泥摻量的增加而下降。灌漿料1d和3d抗壓強度隨著普通硅酸鹽水泥摻量的增加而下降的原因是：由于硫鋁酸鹽水泥具有快硬早強的性質(zhì)，完成水化反應在早期就能產(chǎn)生大量的鈣礬石以提高抗壓強度，使得內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加完善[7]；與普通硅酸鹽水泥相比，硫鋁酸鹽水泥能夠大幅提高早期強度。但是對于28d強度而言，當普通硅酸鹽水泥摻量在40%和60%時，抗壓強度較20%摻量的有所增加，這是因為普通硅酸鹽水泥產(chǎn)生對強度有利的鈣礬石會比較慢，后期的抗壓強度會大于具有快硬早強的硫鋁水泥所形成的強度[8]，28d抗壓強度穩(wěn)定在70MPa左右，最低的是摻量為20%的67.27MPa。3d抗壓強度最低為34.79MPa，此時普通硅酸鹽水泥摻量為60%，1d抗壓強度最低為30.24MPa，此時普通硅酸鹽水泥摻量為40%。圖1普通硅酸鹽水泥摻量對灌漿料抗壓強度的影響由圖２可知，隨著齡期的增加，灌漿料的抗折強度逐漸增加。隨著普通硅酸鹽水泥摻量的增加，灌漿料的1d和3d抗折強度逐漸降低，并且幅度很大，但是28d的變化不再跟隨這個形式，而且隨著普通硅酸鹽水泥摻量的增加，28d與3d抗折強度的差值逐漸增加，說明隨著普通硅酸鹽水泥摻量的增加，試塊的后期強度更加明顯，這是由于普通硅酸鹽水泥的后期強度會繼續(xù)擁有較大的增加能力，所以隨著齡期的增長，普通硅酸鹽水泥摻量為40%和60%時的強度增長值較大。綜上所述，普通硅酸鹽水泥摻量可以選擇0%～20%之間，在保證后期強度不降低的條件下充分保證了灌漿料的早期強度。圖2普通硅酸鹽水泥摻量對灌漿料抗折強度的影響2.2灌漿料膠砂比對其性能的影響試驗選取了3組膠砂比，分別是1∶1、1∶1.2、1∶1.5，不同膠砂比對灌漿料流動度的影響如圖3所示。由圖3可知，隨著膠砂比的減少，灌漿料的初始流動度及30min后的流動度呈明顯下降趨勢；而且30min后灌漿料的流動度損失十分大，不利于工程中的施工控制，當膠砂比為1∶1.5時，初始流動度和30min后的流動度均過小，不能滿足國家要求，在自身的重力下無法填充到裂縫中、無法包裹住骨料。

圖3不同膠砂比下灌漿料的流動度2.3膠砂比對灌漿料力學性能的影響不同膠砂比灌漿料在不同齡期下的抗壓強度、抗折強度如圖４、圖5所示。由圖４可知，灌漿料的抗壓強度隨養(yǎng)護時間的增加而增加，而且28d抗壓強度相對于3d抗壓強度值增加幅度很大，可見硫鋁酸鹽水泥作為膠凝材料的灌漿料，其后期強度并沒有下降。膠砂比為1∶1的灌漿料增加幅度最大，其他兩組的增加相對穩(wěn)定。膠砂比為1∶1.2時，灌漿料的1d和3d抗壓強度最高，分別為45.86MPa、54.12MPa，都達到了國家標準，28d抗壓強度為64.96MPa，雖然達標，但是偏低。28d抗壓強度隨著膠砂比的增加而逐漸降低。圖4不同膠砂比對灌漿料抗壓強度的影響由圖5可知，灌漿料的抗折強度隨著養(yǎng)護時間的增加而逐漸增加，但是28d抗折強度相對于3d抗折強度增長不是很大，說明硫鋁酸鹽水泥在抗折強度方面具有更明顯的早強快硬的性質(zhì)，在1d和3d抗折強度測試中，膠砂比為1∶1.2時的抗折強度較大，其中1d抗折強度的前兩組膠砂比都能滿足標準要求，1∶1.5膠砂比灌漿料的抗折強度偏低，3d和28d抗折強度相對比較穩(wěn)定。

圖5不同膠砂比對灌漿料抗折強度的影響由于骨料在結(jié)構(gòu)中起到骨架的作用，強度的一部分來自骨料，所以膠砂比為1∶1.2相對1∶1而言，骨料增加提高了力學性能，但是由于水膠比的因素，在砂的含量增加時，所采用的石英砂，其細度比較小，相對而言比表面積增加，需水量增加，相同水膠比條件下，水量不足，使得水泥水化不均勻，對整個體系的力學性能產(chǎn)生負面的影響，通過比較可以得出結(jié)論，膠砂比為1∶1～1∶1.2時，灌漿料不僅能擁有較好的流動性，而且力學性能也很好。2.4外加劑對硫鋁酸鹽水泥灌漿料性能的影響灌漿料主要是以細集料為主，按照標準攪拌會產(chǎn)生大量的微小氣泡，從而降低整體的強度。加入磷酸二丁酯作為消泡劑之后，會減少其中的微小氣泡。在硫鋁酸鹽水泥灌漿料中加入一定量的減水劑和消泡劑，測試其流動度，具體試驗配合比見表1，試驗結(jié)果如圖6所示。表1灌漿料試驗配合比由圖6可知，4組試樣在30min后都有流動度的損失，但是損失比較穩(wěn)定，基本都在20mm左右，其流動度損失的穩(wěn)定性比較高，能夠更好地運用到施工中去，減少施工中會遇到的問題。在水膠比和減水劑含量一定的條件下，添加消泡劑組的初始流動度和30min后流動度均大于不摻加的，這是由于隨著消泡劑的加入，攪拌后的漿體中氣泡減少，由于氣泡過多過大會影響到水泥的水化，有些氣泡會附著在集料的表面，使得水泥漿體不能完全地包裹住集料，從而降低了流動度，而且通過圖6可以看出，4組灌漿料的流動度十分穩(wěn)定，初始流動度在330～350mm之間，30min后流動度在310～320mm之間，正好滿足GB50448—2015《水泥基灌漿材料應用技術規(guī)范》中提到Ⅱ類灌漿料在最大尺寸粒徑≤4.75時，其初始流動度不低于340mm、30min后不低于310mm的要求，而且流動度不是很大，沒有產(chǎn)生離析和泌水等不良現(xiàn)象。

圖6不同組分灌漿料的流動度結(jié)論

（1）在復合膠凝材料體系中，所制備的灌漿料流動度隨著普通硅酸鹽水泥摻量的增加而略有降低。在復合水泥體系試驗中所制備的灌漿料初始流動度達到350mm，30min后流動度損失小，可以達到310mm，滿足GB50448—2015《水泥基灌漿材料應用技術規(guī)范》的要求。（2）在復合膠凝材料體系中，隨著普通硅酸鹽水泥摻量的增加，試塊的早期強度呈下降的趨勢，雖然在28d摻入60%的試塊測試中可以很高，但是因為灌漿料需要具備較高的早期強度，所以選擇0%～20%之間進行取代，在保證后期強度不降低的情況下充分保證了灌漿料的早期強度。（3）