早强微膨胀水泥基灌浆料性能研究

早强微膨胀水泥基灌浆料性能研究

0新一代早强微膨胀灌浆料目前，市场上有许多水泥基绷带材料，不同的绷带材料的性能参差不齐，这导致了许多缺点。例如，流动性差，无法满足自流平衡和致密要求。初始模式低，后期施工延迟。由于材料膨胀性能不足，出现收缩和开裂。后续强度不能继续发展，这将影响设计的最终质量。随着建筑材料研究技术的进步,材料产业的飞速发展,水泥基灌浆料也从普通的无收缩高强灌浆料逐步向高性能早强微膨胀灌浆料发展。高性能早强微膨胀灌浆料是采用普通硅酸盐水泥与硫铝酸盐水泥为胶凝材料,采用高强骨料、微膨胀剂、减水剂、增稠剂等组分配制而成的干混料,具有流动性更大、用水量范围宽、早期强度发展更早、后期强度更高、膨胀性更好等优点。本文主要从灌浆料的流动度、微膨胀、强度等方面着手,对影响其性能的各项因素进行研究。1微膨胀水泥基灌浆料浆体优化试验基于表1基础配合比,对早强微膨胀水泥基灌浆料性能开展研究。试验按JC/T986—2005《水泥基灌浆材料》要求进行,用掺量不同的添加剂进行试验时,其质量百分比全部为早强微膨胀水泥基灌浆料总质量的百分比。2高效减水剂的用量及用量众所周知,水泥与水接触后,水泥熟料中各种化合物与水起化学变化或被水分解而形成水化物。这些水化物在与饱和石灰溶液接触时保持稳定,但若将其置于水中,就会发生水解。水泥水化产物全是溶解度比较低的化合物,因此,当水灰比较大时,砂浆中的游离水过多,初期水泥水化产物便会被分解,形成不了较高强度。根据国内外砂浆学者的研究结果,水泥完全水化所需的水灰比只要0.26~0.29,然而,实际工作应用中则远远大于此值。水泥水化需要一个长期的过程,早期不可能达到完全水化,这表明水泥早期水化所需的水灰比更小。但水灰比过小时,会降低灌浆料的流动性。因此,在灌浆料中掺入高效减水剂,尽可能的降低水灰比,对提高灌浆料的流动度、强度具有很大的作用。目前市场上出现的高效减水剂主要有萘磺酸系、三聚氰胺系和聚羧酸系三种高效减水剂,本文选用萘磺酸系高效减水剂A和三聚氰胺系高效减水剂B及自己生产的改性密胺高效减水剂C,在用水量相同的情况下对这三种减水剂做对比性试验,具体试验数据见表2。由表2试验结果可知,掺A的灌浆料流动度损失大,减水效果也没有掺B和C的好;掺B的灌浆料流动度损失最小,减水效果也比较好,但考虑其价格较贵,本文决定采用自己生产的改性密胺高效减水剂C。该减水剂是含有磺酸根的强阴离子电解质大分子聚合物,既有亲水基又有憎水基,磺酸强阴离子对水泥产生强烈的特殊吸附,使水泥颗粒表面带有同种电荷,在电性斥力作用下,使水泥-水体系处于相对稳定、悬浮状态,水泥颗粒分散不致凝聚,从而增加流动度;同时,其还形成定向排列吸附层,进而形成稳定的溶剂化水膜,阻止水泥颗粒间的直接接触,使包裹的拌合水释放出来,因而可减少拌合用水量,发挥其减水分散作用,提高水泥石的密实度,并提高灌浆材料的抗渗性、抗压强度、抗碳化及耐久性性能。高效减水剂C的加入,显著提高了灌浆材料的流动性,改善了施工性,满足灌浆材料的自流平、自密实性能。此外,本课题还就减水剂掺量对灌浆料的影响进行了研究,在相同用水量和相同流动度的情况下,对减水剂不同掺量对灌浆料性能的影响进行试验,以确定减水剂的正确掺量。试验结果见表3。表3说明减水剂掺量对灌浆料的影响非常显著,减水剂掺量太少,达不到减水效果、流动度差;掺量过大,会导致灌浆料离析分层,影响其抗压强度。由表3试验数据可知,减水剂掺量在0.8%~1.2%时,灌浆料的流动度和强度性能达到最佳。3试验数据分析水泥浆在硬化过程中会产生体积收缩,灌浆料在使用过程中也会因各种物理和化学的原因而产生体积的收缩。灌浆料的体积收缩主要来自于以下几个方面:(1)灌浆料在周围介质的影响下,水分散失会引起灌浆料的体积收缩,称为失水干缩。尽管影响灌浆料干缩的因素很多,但最根本的影响因素还是灌浆料的水灰比。水灰比越大,灌浆料中的游离水越多,毛细孔及胶孔水的蒸发散失量越大,干缩率越大。(2)灌浆料原材料自身温度的变化,气温的升高,水泥水化放出的热量,都会导致灌浆料温度升高,受热膨胀。升温必然会带来降温,降温则会引起灌浆料的冷缩。(3)水泥水化过程中,由于无水熟料矿物转变为水化物,所以水化后的固相体积比水化前要大得多。但对水泥-水体系的总体积来说,却是缩小了。灌浆料水化后产生的自身减缩,是由于水化前后反应物和生成物的平均密度不同所致。无论哪种收缩都因受到约束作用而产生拉应力,当拉应力超过灌浆料抗拉强度时,灌浆料就出现裂缝。在灌浆料中掺加膨胀剂,依靠膨胀剂本身或与水泥中某些组分的反应,使灌浆料具有微膨胀性能,以补偿水泥在水化过程中的体积收缩。采用钙矾系膨胀剂,水泥在水化过程中与该膨胀剂反应,生成具有微膨胀效应的水化硫铝酸钙(钙矾石)或氢氧化钙等,在约束条件下产生有制约的膨胀,建立0.2~0.7MPa的预压应力,补偿由于灌浆料的收缩而产生对灌浆料的拉应力,从而起到控制裂缝的目的。由于膨胀剂本身具有活性,视为水泥的一部分,故采用等量取代水泥的内掺法。由于我国水泥大多数掺入混合材,其活性不同,膨胀剂替代水泥率也有所差异,其掺量依据补偿收缩灌浆料的技术性能指标来确定。根据膨胀剂不同的掺量对灌浆料竖向膨胀率和抗压强度的影响来进行研究,具体试验数据见表4。通过表4的试验数据可知,膨胀剂掺量在水泥用量的8%~14%为最佳。灌浆料的限制膨胀值随着膨胀剂掺量的增加而增大,掺量的多少决定着膨胀值的大小。掺入膨胀剂后,要求膨胀量能补偿灌浆料的收缩,实践证明,当膨胀率达到一定条件时有可能造成灌浆料结构的破坏,使灌浆料的强度大幅降低。4影响强微扩张速度的一些因素的强度4.1试验对比及结果采用普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥复合,考察水泥灌浆料的性能。硫铝酸盐的加入,会加快材料的凝结时间,促使早期钙矾石迅速生长。钙矾石是一种体积膨胀的针状晶体,可以填充硬化浆体内部空隙,使材料密实度提高,抑制硬化浆体的收缩,提高材料的早期强度。通过采用高强度等级硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥按一定百分比(水泥总量不变)做对比性试验(灌浆料其它成分不变),通过试验所得数据来确定硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥的百分比,具体试验数据见表5。通过表5可知,硫铝酸水泥所占比例越大,凝结时间越快,早期强度越高,但后期强度有所下降。因此,本课题根据试验数据来确定硅酸盐水泥与硫铝酸盐水泥适宜的配比,配制成复合的胶凝材料,通过该胶凝材料的凝结硬化,保证灌浆料中各组分粘结成一个统一的整体,使该灌浆料具有早强高强的特点。4.2灌浆料成型性试验灌浆料抗压强度按JC/T986—2005《水泥基灌浆材料》的要求进行试验,将灌浆料按不同水灰比配制,将拌好的灌浆料倒入试模中,不需要振动,自流平成型即可,试验结果见表6。由表6可知,水灰比对灌浆料的强度影响非常大,当水灰比小于0.12时,强度非常高,但流动性差,不容易施工;当水灰比大于0.17时,流动性好,但强度下降很快,尤其是后期强度,很难满足要求。因此,随着水灰比的增大,其强度越来越低,最佳水灰比应在0.13~0.15之间。4.3室外温度对灌浆料养护的影响水泥在水化过程中,受外界环境的影响非常大。不同的养护条件,水泥水化速度完全不同,灌浆料强度的增长也有很大差别。例如,外界温度高,水泥水化速度快,灌浆料的强度增长也快;外界温度低,就会很大程度上影响灌浆料强度的增长,尤其是当温度低于0℃时,灌浆料中的水分就会冻结,水泥就不可能充分水化,灌浆料的强度就不可能提高。在固定水灰比的条件下,按JC/T986—2005的要求进行试验,将拌好的灌浆料倒入试模中,不需要振动,自流平成型,分别放在标准养护箱中养护和室外养护(室外温度为-1~9℃),试验结果见表7。由表7可知,灌浆料在室外养护与标准养护条件相比,强度下降很多,尤其是1d强度,室外养护基本没有增长。因此,灌浆料浇注之后要注意养护,确保灌浆料强度的增长。5施工质量及施工特点早强微膨胀水泥基灌浆料通过各方面的试验和各权威机构的检测,具有以下特点:(1)早强、高强:1d强度可达35MPa以上,28d强度可达70~80MPa。(2)自流态、免振捣:现场只需要加水搅拌,可直接灌入孔洞,不需振捣就可填充空隙。(3)无收缩、微膨胀:保证空隙之间填充密实。(4)抗油渗、耐久性好:无机材料与混凝土紧密结合为一体,耐高、低温。(5)施工速度快、经济效益好:同传统环氧砂浆相比,造价低,便于施工,能加快施工进度。早强微膨胀水泥基灌浆料推出后,很快应用到很多大型工程中,如太仓玖珑公司、恒力石化(大连)有限公司等灌浆工程,大部分多是应用在大型设备的二次灌浆,通过二次灌浆将大型设备固定在混凝土基材上。具体施工工艺为:(1)基础处理将原混凝土凿毛,清扫基础表面,不得有碎石、浮浆、浮灰、油污和脱模剂等杂物。施工前24h,将原混凝土表面充分湿润。施工前,应吸干积水。(2)灌浆料和掺水早强微膨胀水泥基灌浆料拌和时,推荐用水量为早强微膨胀水泥基灌浆料∶水=100∶15加入。拌和用水应采用饮用水,使用其它水源时,应符合JGJ63《混凝土拌和用水标准》的规定。早强微膨胀水泥基灌浆料的拌和可采用机械搅拌或人工搅拌。采用机械搅拌时,搅拌时间一般为1~2min。采用人工搅拌时,应先加入2/3的用水量搅拌2min,然后再加入剩余用水量继续搅拌至均匀。搅拌地点应靠近施工地点,距离不宜过长。每次搅拌量应视使用量多少而定,以保证40min内将材料用完。冬季施工时,早强微膨胀水泥基灌浆料及拌和水应符合GB50204《钢筋混凝土工程施工验收规范》的有关规定。现场使用时,严禁在早强微膨胀水泥基灌浆料中掺入任何外加剂、掺合料。(3)养护浇注完毕后立即覆盖草袋并浇水养护。其养护措施应符合GB50204的有关规定。6早强微膨胀水泥基灌浆料的防裂缝处理(1)在早强微膨胀水泥基灌浆料中采用普通硅酸盐水泥和硫铝酸盐水泥复合,可以提高硬化浆体的密实度,显著提高材料的早期强度,抑制硬化浆体的收缩。(2)膨胀剂的加入,能促使早强微膨胀水泥基灌浆料在水化过程中生成具有微膨胀效应的水