摘要 本文研究了高效減水劑、緩凝劑及礦物摻合料對(duì)硫鋁酸鹽水泥的影響，結(jié)合擴(kuò)展度、抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度等指標(biāo)確定試驗(yàn)配比，制備水泥基灌漿材料。研究表明，該灌漿水泥初始擴(kuò)展度可達(dá)到275 mm，凝結(jié)時(shí)間可調(diào)，硬化漿體結(jié)石強(qiáng)度高，12 h抗壓強(qiáng)度可達(dá)48 MPa，3 d強(qiáng)度達(dá)到55 MPa。28d膨脹值為7.8×10-4，屬微膨脹。通過(guò)SEM、EDS等方法對(duì)灌漿料水化產(chǎn)物進(jìn)行微觀結(jié)構(gòu)分析表明，12 h內(nèi)即生成了大量鈣礬石晶體,水泥石迅速產(chǎn)生強(qiáng)度,隨著水化反應(yīng)的進(jìn)行,鈣礬石晶體不斷地生長(zhǎng)、長(zhǎng)大，并有大量的鈣礬石繼續(xù)生成，產(chǎn)生體積膨脹，宏觀表現(xiàn)為較高的早期強(qiáng)度和體積膨脹性。
關(guān)鍵詞 硫鋁酸鹽水泥 灌漿料 力學(xué)性能 膨脹干縮
0 前言
長(zhǎng)期以來(lái)，灌漿料在建筑工程中是一類應(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[1-2]。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)致支座安裝后造成支座板下不密貼，另外,強(qiáng)度發(fā)展慢，而且耐久性差，影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和使用壽命。硫鋁酸鹽水泥自誕生以來(lái)，以其早強(qiáng)、高強(qiáng)、高抗?jié)B、高抗凍、耐蝕、低堿度等特點(diǎn)在工程中得到廣泛應(yīng)用[3-6]，特別是在冬季施工、水工工程、修補(bǔ)工程等特殊工程中應(yīng)用，更發(fā)揮出了其優(yōu)良的性能。由于硫鋁酸鹽水泥具有快硬、早強(qiáng)、微膨脹、高流動(dòng)性及適宜可操作時(shí)間等特點(diǎn)，可以用來(lái)開(kāi)發(fā)研制自流平灌漿料。
1實(shí)驗(yàn)原料
實(shí)驗(yàn)所用的主要原料：水泥硫鋁酸鹽水泥，淄博生產(chǎn),比表面積為450 m2/kg；磨細(xì)礦渣（slag），濟(jì)鋼產(chǎn)；Ⅰ級(jí)粉煤灰(FA)，鄒城電廠產(chǎn)；砂，標(biāo)準(zhǔn)砂（ISO）；濟(jì)南產(chǎn)；高效減水劑，上海產(chǎn)；緩凝劑，上海產(chǎn)；硫鋁酸鹽水泥，磨細(xì)礦渣，粉煤灰的化學(xué)成分見(jiàn)表1：
2 試驗(yàn)及結(jié)果分析
2.1 自流平性能試驗(yàn)
擴(kuò)展度試驗(yàn)按GB50119—2003《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》和《水泥基灌漿材料》中的規(guī)定進(jìn)行。擴(kuò)展度和經(jīng)時(shí)損失可以反應(yīng)水泥砂漿材料的流變特性，擴(kuò)展度大小反應(yīng)了材料內(nèi)部結(jié)構(gòu)的強(qiáng)弱。新拌的自流平灌漿料隨加水后時(shí)間的推移，其擴(kuò)展度逐漸減小，當(dāng)擴(kuò)展度小于190 ㎜時(shí)，漿體擴(kuò)展后表面略呈拱形，可以認(rèn)為此時(shí)已失去自流平效果[7]。水泥基灌漿料擴(kuò)展度和經(jīng)時(shí)損失是受諸多因素影響的，其中減水劑品種及摻量是重要因素。在探討減水劑和緩凝劑對(duì)自流平性的影響試驗(yàn)中，砂漿灰砂比為1:1.2 ，水灰比為0.32，減水劑和緩凝劑總量占水泥總量的0.6 %。減水劑摻量對(duì)灌漿料擴(kuò)展度、經(jīng)時(shí)損失影響的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表2。
對(duì)于自流平灌漿料來(lái)說(shuō)，既要保證其具有良好的流動(dòng)性，又要保證其不泌水，并盡量避免離析，采用低水膠比，通過(guò)復(fù)摻減水劑和緩凝劑調(diào)整擴(kuò)展度和經(jīng)時(shí)損失[8-10]。從表3可知，隨著減水劑摻量增加，砂漿的流動(dòng)性增強(qiáng)，當(dāng)摻量大于0.6 %時(shí)，擴(kuò)展度增加幅度的不明顯。減水劑可以增加流動(dòng)性，但經(jīng)時(shí)損失比較大。隨著緩凝組分的增加，經(jīng)時(shí)損失明顯減少。對(duì)于可使用時(shí)間大于60 min的灌漿料材料，減水劑和緩凝劑配比應(yīng)在4：1～6：1。
2.2 灌漿料擴(kuò)展度和強(qiáng)度試驗(yàn)
抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)參照《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》( GB/T176712-1999) ，由于本灌漿料屬于自流平砂漿，取消振動(dòng)成型,將材料灌入試模，選擇需要的齡期進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)。
由于水灰比、砂灰比、礦物摻合料等配合比參數(shù)均可以影響灌漿料性能，因此試驗(yàn)中水灰比取0.32，摻合料等量取代水泥20%，粉煤灰與礦渣之比為3：2?？疾旎疑氨葘?duì)灌漿料擴(kuò)展度和強(qiáng)度的影響。表3為不同灰砂比灌漿料組成設(shè)計(jì)，試驗(yàn)結(jié)果如膘4所示。
由表4可知，隨著灰砂比的增大，泌水現(xiàn)象逐漸消失，擴(kuò)展度逐漸減小但仍大240 ㎜，滿足自流平要求。各配比強(qiáng)度均滿JC/T986-2005《水泥基灌漿材料》的技術(shù)要求。12 h抗壓強(qiáng)度大于40 MPa，3 d強(qiáng)度達(dá)到65.2 MPa，并且隨著膠凝材料用量的增加，抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度逐漸提高。
2.3 膨脹干縮性能試驗(yàn)
膨脹干縮試驗(yàn)參照J(rèn)C313 - 82《膨脹水泥膨脹率試驗(yàn)方法》和《水泥膠砂干縮試驗(yàn)方法》，測(cè)試不同養(yǎng)護(hù)條件下的砂漿膨脹率。成型1d后拆模測(cè)初值，成型兩組試樣，一組水中養(yǎng)護(hù)至各齡期，一組水養(yǎng)3 d后置于干燥空氣中測(cè)各齡期膨脹值。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖1和圖2。
由圖2和圖3可知，各配合比砂漿試件在常溫下都有一定程度的膨脹，水中養(yǎng)護(hù)的試樣膨脹率值較大，特別是水化早期，1 d膨脹率值為6.92×10 -4。隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的延長(zhǎng)，膨脹持續(xù)增長(zhǎng)28 d膨脹率值為7.8×10 -4。置于干空氣中的試樣，7 d膨脹率值較3 d時(shí)有所減小，SL3號(hào)試樣7 d與3 d相比膨脹率值縮小了2×10-4，7 d后基本穩(wěn)定。28 d膨脹率值為1.82×10-4。SL4號(hào)和SL5號(hào)試樣干縮比較嚴(yán)重，28 d膨脹率值為－1.35×10-4和-0.71×10-4。這是由于硫鋁酸鹽水泥水化生成鈣礬石晶體，產(chǎn)生體積膨脹，硫鋁酸鹽水泥空白樣的膨脹不易控制，摻加礦物摻合料的灌漿料均具有早期膨脹增長(zhǎng)較快，后期增長(zhǎng)緩慢的趨勢(shì)，膨脹率值隨著膠凝材料所占比例的增大而增大。
2.4 微觀結(jié)構(gòu)分析
通過(guò)擴(kuò)展度、強(qiáng)度和膨脹干縮試驗(yàn)研究，并結(jié)合經(jīng)濟(jì)等綜合因素考慮，本試驗(yàn)SL5號(hào)和SL6號(hào)配合比滿足施工要求。利用掃描電鏡和能譜分析對(duì)灌漿料水化產(chǎn)物的微觀結(jié)構(gòu)進(jìn)一步進(jìn)行分析。見(jiàn)圖3-圖5。
灌漿料水化完全，水泥石結(jié)構(gòu)致密，可從硬化漿體的SEM照片（圖3、圖4和圖5）中清楚地看出，SL5號(hào)和SL6號(hào)試樣1 d就生成了大量鈣礬石和凝膠。隨著水化的進(jìn)行，3 d和28 d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，形成了致密的結(jié)構(gòu)。另外，由于球狀粉煤灰填充作用，孔隙分布更加合理，大孔比例減小，結(jié)構(gòu)進(jìn)一步密實(shí)。從圖5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)。
3 結(jié)論
1. 通過(guò)調(diào)整外加劑可以配制出性能優(yōu)良的自流平砂漿。其中減水劑摻量在0.6%時(shí)達(dá)到飽和，擴(kuò)展度為270 ㎜，減水劑和緩凝劑復(fù)摻時(shí)，能顯著改善經(jīng)時(shí)損失，當(dāng)減水劑和緩凝劑配比在4:1～6:1時(shí)，60 min擴(kuò)展度仍可達(dá)230㎜。
2. 不同養(yǎng)護(hù)時(shí)間對(duì)膨脹干縮性能影響較大。水中養(yǎng)護(hù)的灌漿料，早期膨脹較大，1 d 膨脹率值為6.92×10 -4。隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的延長(zhǎng)，膨脹持續(xù)增長(zhǎng)28 d膨脹率值為7.8×10-4。置于干空氣中的試樣，7 d膨脹率值減小，甚至出現(xiàn)干縮，7 d后基本穩(wěn)定。
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