早強(qiáng)微膨脹水泥基灌漿料性能研究

早強(qiáng)微膨脹水泥基灌漿料性能研究

0新一代早強(qiáng)微膨脹灌漿料目前，市場(chǎng)上有許多水泥基繃帶材料，不同的繃帶材料的性能參差不齊，這導(dǎo)致了許多缺點(diǎn)。例如，流動(dòng)性差，無法滿足自流平衡和致密要求。初始模式低，后期施工延遲。由于材料膨脹性能不足，出現(xiàn)收縮和開裂。后續(xù)強(qiáng)度不能繼續(xù)發(fā)展，這將影響設(shè)計(jì)的最終質(zhì)量。隨著建筑材料研究技術(shù)的進(jìn)步,材料產(chǎn)業(yè)的飛速發(fā)展,水泥基灌漿料也從普通的無收縮高強(qiáng)灌漿料逐步向高性能早強(qiáng)微膨脹灌漿料發(fā)展。高性能早強(qiáng)微膨脹灌漿料是采用普通硅酸鹽水泥與硫鋁酸鹽水泥為膠凝材料,采用高強(qiáng)骨料、微膨脹劑、減水劑、增稠劑等組分配制而成的干混料,具有流動(dòng)性更大、用水量范圍寬、早期強(qiáng)度發(fā)展更早、后期強(qiáng)度更高、膨脹性更好等優(yōu)點(diǎn)。本文主要從灌漿料的流動(dòng)度、微膨脹、強(qiáng)度等方面著手,對(duì)影響其性能的各項(xiàng)因素進(jìn)行研究。1微膨脹水泥基灌漿料漿體優(yōu)化試驗(yàn)基于表1基礎(chǔ)配合比,對(duì)早強(qiáng)微膨脹水泥基灌漿料性能開展研究。試驗(yàn)按JC/T986—2005《水泥基灌漿材料》要求進(jìn)行,用摻量不同的添加劑進(jìn)行試驗(yàn)時(shí),其質(zhì)量百分比全部為早強(qiáng)微膨脹水泥基灌漿料總質(zhì)量的百分比。2高效減水劑的用量及用量眾所周知,水泥與水接觸后,水泥熟料中各種化合物與水起化學(xué)變化或被水分解而形成水化物。這些水化物在與飽和石灰溶液接觸時(shí)保持穩(wěn)定,但若將其置于水中,就會(huì)發(fā)生水解。水泥水化產(chǎn)物全是溶解度比較低的化合物,因此,當(dāng)水灰比較大時(shí),砂漿中的游離水過多,初期水泥水化產(chǎn)物便會(huì)被分解,形成不了較高強(qiáng)度。根據(jù)國(guó)內(nèi)外砂漿學(xué)者的研究結(jié)果,水泥完全水化所需的水灰比只要0.26~0.29,然而,實(shí)際工作應(yīng)用中則遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于此值。水泥水化需要一個(gè)長(zhǎng)期的過程,早期不可能達(dá)到完全水化,這表明水泥早期水化所需的水灰比更小。但水灰比過小時(shí),會(huì)降低灌漿料的流動(dòng)性。因此,在灌漿料中摻入高效減水劑,盡可能的降低水灰比,對(duì)提高灌漿料的流動(dòng)度、強(qiáng)度具有很大的作用。目前市場(chǎng)上出現(xiàn)的高效減水劑主要有萘磺酸系、三聚氰胺系和聚羧酸系三種高效減水劑,本文選用萘磺酸系高效減水劑A和三聚氰胺系高效減水劑B及自己生產(chǎn)的改性密胺高效減水劑C,在用水量相同的情況下對(duì)這三種減水劑做對(duì)比性試驗(yàn),具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表2。由表2試驗(yàn)結(jié)果可知,摻A的灌漿料流動(dòng)度損失大,減水效果也沒有摻B和C的好;摻B的灌漿料流動(dòng)度損失最小,減水效果也比較好,但考慮其價(jià)格較貴,本文決定采用自己生產(chǎn)的改性密胺高效減水劑C。該減水劑是含有磺酸根的強(qiáng)陰離子電解質(zhì)大分子聚合物,既有親水基又有憎水基,磺酸強(qiáng)陰離子對(duì)水泥產(chǎn)生強(qiáng)烈的特殊吸附,使水泥顆粒表面帶有同種電荷,在電性斥力作用下,使水泥-水體系處于相對(duì)穩(wěn)定、懸浮狀態(tài),水泥顆粒分散不致凝聚,從而增加流動(dòng)度;同時(shí),其還形成定向排列吸附層,進(jìn)而形成穩(wěn)定的溶劑化水膜,阻止水泥顆粒間的直接接觸,使包裹的拌合水釋放出來,因而可減少拌合用水量,發(fā)揮其減水分散作用,提高水泥石的密實(shí)度,并提高灌漿材料的抗?jié)B性、抗壓強(qiáng)度、抗碳化及耐久性性能。高效減水劑C的加入,顯著提高了灌漿材料的流動(dòng)性,改善了施工性,滿足灌漿材料的自流平、自密實(shí)性能。此外,本課題還就減水劑摻量對(duì)灌漿料的影響進(jìn)行了研究,在相同用水量和相同流動(dòng)度的情況下,對(duì)減水劑不同摻量對(duì)灌漿料性能的影響進(jìn)行試驗(yàn),以確定減水劑的正確摻量。試驗(yàn)結(jié)果見表3。表3說明減水劑摻量對(duì)灌漿料的影響非常顯著,減水劑摻量太少,達(dá)不到減水效果、流動(dòng)度差;摻量過大,會(huì)導(dǎo)致灌漿料離析分層,影響其抗壓強(qiáng)度。由表3試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知,減水劑摻量在0.8%~1.2%時(shí),灌漿料的流動(dòng)度和強(qiáng)度性能達(dá)到最佳。3試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析水泥漿在硬化過程中會(huì)產(chǎn)生體積收縮,灌漿料在使用過程中也會(huì)因各種物理和化學(xué)的原因而產(chǎn)生體積的收縮。灌漿料的體積收縮主要來自于以下幾個(gè)方面:(1)灌漿料在周圍介質(zhì)的影響下,水分散失會(huì)引起灌漿料的體積收縮,稱為失水干縮。盡管影響灌漿料干縮的因素很多,但最根本的影響因素還是灌漿料的水灰比。水灰比越大,灌漿料中的游離水越多,毛細(xì)孔及膠孔水的蒸發(fā)散失量越大,干縮率越大。(2)灌漿料原材料自身溫度的變化,氣溫的升高,水泥水化放出的熱量,都會(huì)導(dǎo)致灌漿料溫度升高,受熱膨脹。升溫必然會(huì)帶來降溫,降溫則會(huì)引起灌漿料的冷縮。(3)水泥水化過程中,由于無水熟料礦物轉(zhuǎn)變?yōu)樗?所以水化后的固相體積比水化前要大得多。但對(duì)水泥-水體系的總體積來說,卻是縮小了。灌漿料水化后產(chǎn)生的自身減縮,是由于水化前后反應(yīng)物和生成物的平均密度不同所致。無論哪種收縮都因受到約束作用而產(chǎn)生拉應(yīng)力,當(dāng)拉應(yīng)力超過灌漿料抗拉強(qiáng)度時(shí),灌漿料就出現(xiàn)裂縫。在灌漿料中摻加膨脹劑,依靠膨脹劑本身或與水泥中某些組分的反應(yīng),使灌漿料具有微膨脹性能,以補(bǔ)償水泥在水化過程中的體積收縮。采用鈣礬系膨脹劑,水泥在水化過程中與該膨脹劑反應(yīng),生成具有微膨脹效應(yīng)的水化硫鋁酸鈣(鈣礬石)或氫氧化鈣等,在約束條件下產(chǎn)生有制約的膨脹,建立0.2~0.7MPa的預(yù)壓應(yīng)力,補(bǔ)償由于灌漿料的收縮而產(chǎn)生對(duì)灌漿料的拉應(yīng)力,從而起到控制裂縫的目的。由于膨脹劑本身具有活性,視為水泥的一部分,故采用等量取代水泥的內(nèi)摻法。由于我國(guó)水泥大多數(shù)摻入混合材,其活性不同,膨脹劑替代水泥率也有所差異,其摻量依據(jù)補(bǔ)償收縮灌漿料的技術(shù)性能指標(biāo)來確定。根據(jù)膨脹劑不同的摻量對(duì)灌漿料豎向膨脹率和抗壓強(qiáng)度的影響來進(jìn)行研究,具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表4。通過表4的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知,膨脹劑摻量在水泥用量的8%~14%為最佳。灌漿料的限制膨脹值隨著膨脹劑摻量的增加而增大,摻量的多少?zèng)Q定著膨脹值的大小。摻入膨脹劑后,要求膨脹量能補(bǔ)償灌漿料的收縮,實(shí)踐證明,當(dāng)膨脹率達(dá)到一定條件時(shí)有可能造成灌漿料結(jié)構(gòu)的破壞,使灌漿料的強(qiáng)度大幅降低。4影響強(qiáng)微擴(kuò)張速度的一些因素的強(qiáng)度4.1試驗(yàn)對(duì)比及結(jié)果采用普通硅酸鹽水泥和硫鋁酸鹽水泥復(fù)合,考察水泥灌漿料的性能。硫鋁酸鹽的加入,會(huì)加快材料的凝結(jié)時(shí)間,促使早期鈣礬石迅速生長(zhǎng)。鈣礬石是一種體積膨脹的針狀晶體,可以填充硬化漿體內(nèi)部空隙,使材料密實(shí)度提高,抑制硬化漿體的收縮,提高材料的早期強(qiáng)度。通過采用高強(qiáng)度等級(jí)硅酸鹽水泥和硫鋁酸鹽水泥按一定百分比(水泥總量不變)做對(duì)比性試驗(yàn)(灌漿料其它成分不變),通過試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)來確定硅酸鹽水泥和硫鋁酸鹽水泥的百分比,具體試驗(yàn)數(shù)據(jù)見表5。通過表5可知,硫鋁酸水泥所占比例越大,凝結(jié)時(shí)間越快,早期強(qiáng)度越高,但后期強(qiáng)度有所下降。因此,本課題根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)來確定硅酸鹽水泥與硫鋁酸鹽水泥適宜的配比,配制成復(fù)合的膠凝材料,通過該膠凝材料的凝結(jié)硬化,保證灌漿料中各組分粘結(jié)成一個(gè)統(tǒng)一的整體,使該灌漿料具有早強(qiáng)高強(qiáng)的特點(diǎn)。4.2灌漿料成型性試驗(yàn)灌漿料抗壓強(qiáng)度按JC/T986—2005《水泥基灌漿材料》的要求進(jìn)行試驗(yàn),將灌漿料按不同水灰比配制,將拌好的灌漿料倒入試模中,不需要振動(dòng),自流平成型即可,試驗(yàn)結(jié)果見表6。由表6可知,水灰比對(duì)灌漿料的強(qiáng)度影響非常大,當(dāng)水灰比小于0.12時(shí),強(qiáng)度非常高,但流動(dòng)性差,不容易施工;當(dāng)水灰比大于0.17時(shí),流動(dòng)性好,但強(qiáng)度下降很快,尤其是后期強(qiáng)度,很難滿足要求。因此,隨著水灰比的增大,其強(qiáng)度越來越低,最佳水灰比應(yīng)在0.13~0.15之間。4.3室外溫度對(duì)灌漿料養(yǎng)護(hù)的影響水泥在水化過程中,受外界環(huán)境的影響非常大。不同的養(yǎng)護(hù)條件,水泥水化速度完全不同,灌漿料強(qiáng)度的增長(zhǎng)也有很大差別。例如,外界溫度高,水泥水化速度快,灌漿料的強(qiáng)度增長(zhǎng)也快;外界溫度低,就會(huì)很大程度上影響灌漿料強(qiáng)度的增長(zhǎng),尤其是當(dāng)溫度低于0℃時(shí),灌漿料中的水分就會(huì)凍結(jié),水泥就不可能充分水化,灌漿料的強(qiáng)度就不可能提高。在固定水灰比的條件下,按JC/T986—2005的要求進(jìn)行試驗(yàn),將拌好的灌漿料倒入試模中,不需要振動(dòng),自流平成型,分別放在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)和室外養(yǎng)護(hù)(室外溫度為-1~9℃),試驗(yàn)結(jié)果見表7。由表7可知,灌漿料在室外養(yǎng)護(hù)與標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件相比,強(qiáng)度下降很多,尤其是1d強(qiáng)度,室外養(yǎng)護(hù)基本沒有增長(zhǎng)。因此,灌漿料澆注之后要注意養(yǎng)護(hù),確保灌漿料強(qiáng)度的增長(zhǎng)。5施工質(zhì)量及施工特點(diǎn)早強(qiáng)微膨脹水泥基灌漿料通過各方面的試驗(yàn)和各權(quán)威機(jī)構(gòu)的檢測(cè),具有以下特點(diǎn):(1)早強(qiáng)、高強(qiáng):1d強(qiáng)度可達(dá)35MPa以上,28d強(qiáng)度可達(dá)70~80MPa。(2)自流態(tài)、免振搗:現(xiàn)場(chǎng)只需要加水?dāng)嚢?可直接灌入孔洞,不需振搗就可填充空隙。(3)無收縮、微膨脹:保證空隙之間填充密實(shí)。(4)抗油滲、耐久性好:無機(jī)材料與混凝土緊密結(jié)合為一體,耐高、低溫。(5)施工速度快、經(jīng)濟(jì)效益好:同傳統(tǒng)環(huán)氧砂漿相比,造價(jià)低,便于施工,能加快施工進(jìn)度。早強(qiáng)微膨脹水泥基灌漿料推出后,很快應(yīng)用到很多大型工程中,如太倉(cāng)玖瓏公司、恒力石化(大連)有限公司等灌漿工程,大部分多是應(yīng)用在大型設(shè)備的二次灌漿,通過二次灌漿將大型設(shè)備固定在混凝土基材上。具體施工工藝為:(1)基礎(chǔ)處理將原混凝土鑿毛,清掃基礎(chǔ)表面,不得有碎石、浮漿、浮灰、油污和脫模劑等雜物。施工前24h,將原混凝土表面充分濕潤(rùn)。施工前,應(yīng)吸干積水。(2)灌漿料和摻水早強(qiáng)微膨脹水泥基灌漿料拌和時(shí),推薦用水量為早強(qiáng)微膨脹水泥基灌漿料∶水=100∶15加入。拌和用水應(yīng)采用飲用水,使用其它水源時(shí),應(yīng)符合JGJ63《混凝土拌和用水標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定。早強(qiáng)微膨脹水泥基灌漿料的拌和可采用機(jī)械攪拌或人工攪拌。采用機(jī)械攪拌時(shí),攪拌時(shí)間一般為1~2min。采用人工攪拌時(shí),應(yīng)先加入2/3的用水量攪拌2min,然后再加入剩余用水量繼續(xù)攪拌至均勻。攪拌地點(diǎn)應(yīng)靠近施工地點(diǎn),距離不宜過長(zhǎng)。每次攪拌量應(yīng)視使用量多少而定,以保證40min內(nèi)將材料用完。冬季施工時(shí),早強(qiáng)微膨脹水泥基灌漿料及拌和水應(yīng)符合GB50204《鋼筋混凝土工程施工驗(yàn)收規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定。現(xiàn)場(chǎng)使用時(shí),嚴(yán)禁在早強(qiáng)微膨脹水泥基灌漿料中摻入任何外加劑、摻合料。(3)養(yǎng)護(hù)澆注完畢后立即覆蓋草袋并澆水養(yǎng)護(hù)。其養(yǎng)護(hù)措施應(yīng)符合GB50204的有關(guān)規(guī)定。6早強(qiáng)微膨脹水泥基灌漿料的防裂縫處理(1)在早強(qiáng)微膨脹水泥基灌漿料中采用普通硅酸鹽水泥和硫鋁酸鹽水泥復(fù)合,可以提高硬化漿體的密實(shí)度,顯著提高材料的早期強(qiáng)度,抑制硬化漿體的收縮。(2)膨脹劑的加入,能促使早強(qiáng)微膨脹水泥基灌漿料在水化過程中生成具有微膨脹效應(yīng)的水