高強(qiáng)混凝土灌漿料的研制

我國(guó)現(xiàn)階段水泥混凝土路面整體建設(shè)存在著設(shè)計(jì)強(qiáng)度低、面板薄、施工質(zhì)量差等弊端，加之維修不及時(shí)，致使水泥混凝土路面使用一段時(shí)間后，損壞現(xiàn)象隨處可見，且日益嚴(yán)重。特別是在使用5年以后會(huì)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(bǔ)好道路的材料，這種材料既能大大地縮短交通封閉的時(shí)間，又能夠保證修復(fù)后路面的強(qiáng)度，不會(huì)給使用帶來(lái)不便，而且還經(jīng)濟(jì)實(shí)惠。而超早強(qiáng)水泥基灌漿料恰好能解決這個(gè)問(wèn)題，修補(bǔ)時(shí)將需要修補(bǔ)的路面舊混凝土破碎，然后直接將超早強(qiáng)灌漿料灌入碎裂的再生骨料中，混凝土就會(huì)凝結(jié)硬化并產(chǎn)生強(qiáng)度，2h即可開放交通，大大的節(jié)省修補(bǔ)時(shí)間，為交通帶來(lái)便利[1-4]。本研究旨在研制出具有大流動(dòng)性超早強(qiáng)的灌注砂漿，這種砂漿能夠利用自身重力迅速地流進(jìn)碎裂的混凝土塊中，將集料包裹，并在其中硬化凝結(jié)，短時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生強(qiáng)度，恢復(fù)完整的結(jié)構(gòu)，使用條件要求不高，施工程序簡(jiǎn)單，可大大節(jié)省施工時(shí)間，并保證施工質(zhì)量；而且成本相對(duì)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(shí)意義。

1、試驗(yàn)部分

1.1原材料

水泥：唐山冀東水泥廠生產(chǎn)的42.5級(jí)快硬硫鋁酸鹽水泥；42.5級(jí)普通硅酸鹽水泥。砂：石英砂在建材市場(chǎng)購(gòu)得，普通河砂為渾河河砂，石英砂和普通河砂全部經(jīng)過(guò)仔細(xì)的清洗，自然風(fēng)干后使用。經(jīng)過(guò)測(cè)試，石英砂細(xì)度模數(shù)0.95，普通河砂細(xì)度模數(shù)3.1，砂級(jí)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(lái)水。1.2高強(qiáng)混凝土灌漿料的制備及性能測(cè)試方法根據(jù)文獻(xiàn)資料及前期試驗(yàn)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(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度為主要指標(biāo)，研究不同膠砂比、不同減水劑、不同普砂與石英砂比對(duì)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(fù)合體系，普通水泥分別占總組分的0%、20%、40%、60%，按照標(biāo)準(zhǔn)攪拌方法對(duì)材料攪拌制成灌漿料，用40mm×40mm×160mm的模具對(duì)攪拌后漿體進(jìn)行成型，并且放在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，隨后根據(jù)水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法進(jìn)行力學(xué)性能測(cè)試。力學(xué)性能測(cè)試儀器：YAW-300型壓力試驗(yàn)機(jī)（沈陽(yáng)市長(zhǎng)城機(jī)電廠），電子液壓式壓力試驗(yàn)機(jī)（北京海智科技開發(fā)中心），JJ-5型行星式水泥膠砂攪拌機(jī)（中國(guó)沈陽(yáng)市北市檢測(cè)儀器廠）。參照GB/T50448—2015《水泥基灌漿材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行流動(dòng)性測(cè)試試驗(yàn)。本試驗(yàn)中復(fù)合水泥體系的混合水泥砂漿的抗壓、抗折強(qiáng)度參照GB/T17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》進(jìn)行測(cè)試。

2、結(jié)果與討論

2.1灌漿料組成對(duì)其性能的影響普通硅酸鹽水泥摻量對(duì)不同齡期下灌漿料的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度的影響分別如圖1、圖2所示。由圖1可知，隨著養(yǎng)護(hù)齡期的增加，灌漿料的抗壓強(qiáng)度有所增長(zhǎng)。普通硅酸鹽水泥摻量在20%～40%之間時(shí)，灌漿料28d抗壓強(qiáng)度隨著水泥摻量的增加而增長(zhǎng)，其他摻量的灌漿料抗壓強(qiáng)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(qiáng)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(qiáng)的性質(zhì)，完成水化反應(yīng)在早期就能產(chǎn)生大量的鈣礬石以提高抗壓強(qiáng)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(qiáng)度。但是對(duì)于28d強(qiáng)度而言，當(dāng)普通硅酸鹽水泥摻量在40%和60%時(shí)，抗壓強(qiáng)度較20%摻量的有所增加，這是因?yàn)槠胀ü杷猁}水泥產(chǎn)生對(duì)強(qiáng)度有利的鈣礬石會(huì)比較慢，后期的抗壓強(qiáng)度會(huì)大于具有快硬早強(qiáng)的硫鋁水泥所形成的強(qiáng)度[8]，28d抗壓強(qiáng)度穩(wěn)定在70MPa左右，最低的是摻量為20%的67.27MPa。3d抗壓強(qiáng)度最低為34.79MPa，此時(shí)普通硅酸鹽水泥摻量為60%，1d抗壓強(qiáng)度最低為30.24MPa，此時(shí)普通硅酸鹽水泥摻量為40%。圖1普通硅酸鹽水泥摻量對(duì)灌漿料抗壓強(qiáng)度的影響由圖２可知，隨著齡期的增加，灌漿料的抗折強(qiáng)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(qiáng)度逐漸降低，并且幅度很大，但是28d的變化不再跟隨這個(gè)形式，而且隨著普通硅酸鹽水泥摻量的增加，28d與3d抗折強(qiáng)度的差值逐漸增加，說(shuō)明隨著普通硅酸鹽水泥摻量的增加，試塊的后期強(qiáng)度更加明顯，這是由于普通硅酸鹽水泥的后期強(qiáng)度會(huì)繼續(xù)擁有較大的增加能力，所以隨著齡期的增長(zhǎng)，普通硅酸鹽水泥摻量為40%和60%時(shí)的強(qiáng)度增長(zhǎng)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(qiáng)度不降低的條件下充分保證了灌漿料的早期強(qiáng)度。圖2普通硅酸鹽水泥摻量對(duì)灌漿料抗折強(qiáng)度的影響2.2灌漿料膠砂比對(duì)其性能的影響試驗(yàn)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(duì)灌漿料流動(dòng)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(dòng)度及30min后的流動(dòng)度呈明顯下降趨勢(shì)；而且30min后灌漿料的流動(dòng)度損失十分大，不利于工程中的施工控制，當(dāng)膠砂比為1∶1.5時(shí)，初始流動(dòng)度和30min后的流動(dòng)度均過(guò)小，不能滿足國(guó)家要求，在自身的重力下無(wú)法填充到裂縫中、無(wú)法包裹住骨料。

圖3不同膠砂比下灌漿料的流動(dòng)度2.3膠砂比對(duì)灌漿料力學(xué)性能的影響不同膠砂比灌漿料在不同齡期下的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度如圖４、圖5所示。由圖４可知，灌漿料的抗壓強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加而增加，而且28d抗壓強(qiáng)度相對(duì)于3d抗壓強(qiáng)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(qiáng)度并沒(méi)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(duì)穩(wěn)定。膠砂比為1∶1.2時(shí)，灌漿料的1d和3d抗壓強(qiáng)度最高，分別為45.86MPa、54.12MPa，都達(dá)到了國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，28d抗壓強(qiáng)度為64.96MPa，雖然達(dá)標(biāo)，但是偏低。28d抗壓強(qiáng)度隨著膠砂比的增加而逐漸降低。圖4不同膠砂比對(duì)灌漿料抗壓強(qiáng)度的影響由圖5可知，灌漿料的抗折強(qiáng)度隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加而逐漸增加，但是28d抗折強(qiáng)度相對(duì)于3d抗折強(qiáng)度增長(zhǎng)不是很大，說(shuō)明硫鋁酸鹽水泥在抗折強(qiáng)度方面具有更明顯的早強(qiáng)快硬的性質(zhì)，在1d和3d抗折強(qiáng)度測(cè)試中，膠砂比為1∶1.2時(shí)的抗折強(qiáng)度較大，其中1d抗折強(qiáng)度的前兩組膠砂比都能滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，1∶1.5膠砂比灌漿料的抗折強(qiáng)度偏低，3d和28d抗折強(qiáng)度相對(duì)比較穩(wěn)定。

圖5不同膠砂比對(duì)灌漿料抗折強(qiáng)度的影響由于骨料在結(jié)構(gòu)中起到骨架的作用，強(qiáng)度的一部分來(lái)自骨料，所以膠砂比為1∶1.2相對(duì)1∶1而言，骨料增加提高了力學(xué)性能，但是由于水膠比的因素，在砂的含量增加時(shí)，所采用的石英砂，其細(xì)度比較小，相對(duì)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(duì)整個(gè)體系的力學(xué)性能產(chǎn)生負(fù)面的影響，通過(guò)比較可以得出結(jié)論，膠砂比為1∶1～1∶1.2時(shí)，灌漿料不僅能擁有較好的流動(dòng)性，而且力學(xué)性能也很好。2.4外加劑對(duì)硫鋁酸鹽水泥灌漿料性能的影響灌漿料主要是以細(xì)集料為主，按照標(biāo)準(zhǔn)攪拌會(huì)產(chǎn)生大量的微小氣泡，從而降低整體的強(qiáng)度。加入磷酸二丁酯作為消泡劑之后，會(huì)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(cè)試其流動(dòng)度，具體試驗(yàn)配合比見表1，試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。表1灌漿料試驗(yàn)配合比由圖6可知，4組試樣在30min后都有流動(dòng)度的損失，但是損失比較穩(wěn)定，基本都在20mm左右，其流動(dòng)度損失的穩(wěn)定性比較高，能夠更好地運(yùn)用到施工中去，減少施工中會(huì)遇到的問(wèn)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(dòng)度和30min后流動(dòng)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(guò)多過(guò)大會(huì)影響到水泥的水化，有些氣泡會(huì)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(dòng)度，而且通過(guò)圖6可以看出，4組灌漿料的流動(dòng)度十分穩(wěn)定，初始流動(dòng)度在330～350mm之間，30min后流動(dòng)度在310～320mm之間，正好滿足GB50448—2015《水泥基灌漿材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》中提到Ⅱ類灌漿料在最大尺寸粒徑≤4.75時(shí)，其初始流動(dòng)度不低于340mm、30min后不低于310mm的要求，而且流動(dòng)度不是很大，沒(méi)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(dòng)度結(jié)論

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