早強微膨脹水泥基灌漿料性能研究

早強微膨脹水泥基灌漿料性能研究

0新一代早強微膨脹灌漿料目前，市場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，這導致了許多缺點。例如，流動性差，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)強度不能繼續(xù)發(fā)展，這將影響設計的最終質(zhì)量。隨著建筑材料研究技術(shù)的進步,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灌漿料逐步向高性能早強微膨脹灌漿料發(fā)展。高性能早強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,具有流動性更大、用水量范圍寬、早期強度發(fā)展更早、后期強度更高、膨脹性更好等優(yōu)點。本文主要從灌漿料的流動度、微膨脹、強度等方面著手,對影響其性能的各項因素進行研究。1微膨脹水泥基灌漿料漿體優(yōu)化試驗基于表1基礎(chǔ)配合比,對早強微膨脹水泥基灌漿料性能開展研究。試驗按JC/T986—2005《水泥基灌漿材料》要求進行,用摻量不同的添加劑進行試驗時,其質(zhì)量百分比全部為早強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保持穩(wěn)定,但若將其置于水中,就會發(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,當水灰比較大時,砂漿中的游離水過多,初期水泥水化產(chǎn)物便會被分解,形成不了較高強度。根據(jù)國內(nèi)外砂漿學者的研究結(jié)果,水泥完全水化所需的水灰比只要0.26~0.29,然而,實際工作應用中則遠遠大于此值。水泥水化需要一個長期的過程,早期不可能達到完全水化,這表明水泥早期水化所需的水灰比更小。但水灰比過小時,會降低灌漿料的流動性。因此,在灌漿料中摻入高效減水劑,盡可能的降低水灰比,對提高灌漿料的流動度、強度具有很大的作用。目前市場上出現(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這三種減水劑做對比性試驗,具體試驗數(shù)據(jù)見表2。由表2試驗結(jié)果可知,摻A的灌漿料流動度損失大,減水效果也沒有摻B和C的好;摻B的灌漿料流動度損失最小,減水效果也比較好,但考慮其價格較貴,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,磺酸強陰離子對水泥產(chǎn)生強烈的特殊吸附,使水泥顆粒表面帶有同種電荷,在電性斥力作用下,使水泥-水體系處于相對穩(wěn)定、懸浮狀態(tài),水泥顆粒分散不致凝聚,從而增加流動度;同時,其還形成定向排列吸附層,進而形成穩(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,提高水泥石的密實度,并提高灌漿材料的抗?jié)B性、抗壓強度、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性,改善了施工性,滿足灌漿材料的自流平、自密實性能。此外,本課題還就減水劑摻量對灌漿料的影響進行了研究,在相同用水量和相同流動度的情況下,對減水劑不同摻量對灌漿料性能的影響進行試驗,以確定減水劑的正確摻量。試驗結(jié)果見表3。表3說明減水劑摻量對灌漿料的影響非常顯著,減水劑摻量太少,達不到減水效果、流動度差;摻量過大,會導致灌漿料離析分層,影響其抗壓強度。由表3試驗數(shù)據(jù)可知,減水劑摻量在0.8%~1.2%時,灌漿料的流動度和強度性能達到最佳。3試驗數(shù)據(jù)分析水泥漿在硬化過程中會產(chǎn)生體積收縮,灌漿料在使用過程中也會因各種物理和化學的原因而產(chǎn)生體積的收縮。灌漿料的體積收縮主要來自于以下幾個方面:(1)灌漿料在周圍介質(zhì)的影響下,水分散失會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,都會導致灌漿料溫度升高,受熱膨脹。升溫必然會帶來降溫,降溫則會引起灌漿料的冷縮。(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)生拉應力,當拉應力超過灌漿料抗拉強度時,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,使灌漿料具有微膨脹性能,以補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,生成具有微膨脹效應的水化硫鋁酸鈣(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的預壓應力,補償由于灌漿料的收縮而產(chǎn)生對灌漿料的拉應力,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)補償收縮灌漿料的技術(shù)性能指標來確定。根據(jù)膨脹劑不同的摻量對灌漿料豎向膨脹率和抗壓強度的影響來進行研究,具體試驗數(shù)據(jù)見表4。通過表4的試驗數(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,摻量的多少決定著膨脹值的大小。摻入膨脹劑后,要求膨脹量能補償灌漿料的收縮,實踐證明,當膨脹率達到一定條件時有可能造成灌漿料結(jié)構(gòu)的破壞,使灌漿料的強度大幅降低。4影響強微擴張速度的一些因素的強度4.1試驗對比及結(jié)果采用普通硅酸鹽水泥和硫鋁酸鹽水泥復合,考察水泥灌漿料的性能。硫鋁酸鹽的加入,會加快材料的凝結(jié)時間,促使早期鈣礬石迅速生長。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,使材料密實度提高,抑制硬化漿體的收縮,提高材料的早期強度。通過采用高強度等級硅酸鹽水泥和硫鋁酸鹽水泥按一定百分比(水泥總量不變)做對比性試驗(灌漿料其它成分不變),通過試驗所得數(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)時間越快,早期強度越高,但后期強度有所下降。因此,本課題根據(jù)試驗數(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)成一個統(tǒng)一的整體,使該灌漿料具有早強高強的特點。4.2灌漿料成型性試驗灌漿料抗壓強度按JC/T986—2005《水泥基灌漿材料》的要求進行試驗,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,自流平成型即可,試驗結(jié)果見表6。由表6可知,水灰比對灌漿料的強度影響非常大,當水灰比小于0.12時,強度非常高,但流動性差,不容易施工;當水灰比大于0.17時,流動性好,但強度下降很快,尤其是后期強度,很難滿足要求。因此,隨著水灰比的增大,其強度越來越低,最佳水灰比應在0.13~0.15之間。4.3室外溫度對灌漿料養(yǎng)護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)護條件,水泥水化速度完全不同,灌漿料強度的增長也有很大差別。例如,外界溫度高,水泥水化速度快,灌漿料的強度增長也快;外界溫度低,就會很大程度上影響灌漿料強度的增長,尤其是當溫度低于0℃時,灌漿料中的水分就會凍結(jié),水泥就不可能充分水化,灌漿料的強度就不可能提高。在固定水灰比的條件下,按JC/T986—2005的要求進行試驗,將拌好的灌漿料倒入試模中,不需要振動,自流平成型,分別放在標準養(yǎng)護箱中養(yǎng)護和室外養(yǎng)護(室外溫度為-1~9℃),試驗結(jié)果見表7。由表7可知,灌漿料在室外養(yǎng)護與標準養(yǎng)護條件相比,強度下降很多,尤其是1d強度,室外養(yǎng)護基本沒有增長。因此,灌漿料澆注之后要注意養(yǎng)護,確保灌漿料強度的增長。5施工質(zhì)量及施工特點早強微膨脹水泥基灌漿料通過各方面的試驗和各權(quán)威機構(gòu)的檢測,具有以下特點:(1)早強、高強:1d強度可達35MPa以上,28d強度可達70~80MPa。(2)自流態(tài)、免振搗:現(xiàn)場只需要加水攪拌,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。(4)抗油滲、耐久性好:無機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)濟效益好:同傳統(tǒng)環(huán)氧砂漿相比,造價低,便于施工,能加快施工進度。早強微膨脹水泥基灌漿料推出后,很快應用到很多大型工程中,如太倉玖瓏公司、恒力石化(大連)有限公司等灌漿工程,大部分多是應用在大型設備的二次灌漿,通過二次灌漿將大型設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。施工前,應吸干積水。(2)灌漿料和摻水早強微膨脹水泥基灌漿料拌和時,推薦用水量為早強微膨脹水泥基灌漿料∶水=100∶15加入。拌和用水應采用飲用水,使用其它水源時,應符合JGJ63《混凝土拌和用水標準》的規(guī)定。早強微膨脹水泥基灌漿料的拌和可采用機械攪拌或人工攪拌。采用機械攪拌時,攪拌時間一般為1~2min。采用人工攪拌時,應先加入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。攪拌地點應靠近施工地點,距離不宜過長。每次攪拌量應視使用量多少而定,以保證40min內(nèi)將材料用完。冬季施工時,早強微膨脹水泥基灌漿料及拌和水應符合GB50204《鋼筋混凝土工程施工驗收規(guī)范》的有關(guān)規(guī)定?，F(xiàn)場使用時,嚴禁在早強微膨脹水泥基灌漿料中摻入任何外加劑、摻合料。(3)養(yǎng)護澆注完畢后立即覆蓋草袋并澆水養(yǎng)護。其養(yǎng)護措施應符合GB50204的有關(guān)規(guī)定。6早強微膨脹水泥基灌漿料的防裂縫處理(1)在早強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合,可以提高硬化漿體的密實度,顯著提高材料的早期強度,抑制硬化漿體的收縮。(2)膨脹劑的加入,能促使早強微膨脹水泥基灌漿料在水化過程中生成具有微膨脹效應的水