摘要 本文研究了高效減水劑、緩凝劑及礦物摻合料對硫鋁酸鹽水泥的影響，結合擴展度、抗折強度、抗壓強度等指標確定試驗配比，制備水泥基灌漿材料。研究表明，該灌漿水泥初始擴展度可達到275 mm，凝結時間可調，硬化漿體結石強度高，12 h抗壓強度可達48 MPa，3 d強度達到55 MPa。28d膨脹值為7.8×10-4，屬微膨脹。通過SEM、EDS等方法對灌漿料水化產物進行微觀結構分析表明，12 h內即生成了大量鈣礬石晶體,水泥石迅速產生強度,隨著水化反應的進行,鈣礬石晶體不斷地生長、長大，并有大量的鈣礬石繼續(xù)生成，產生體積膨脹，宏觀表現為較高的早期強度和體積膨脹性。
關鍵詞 硫鋁酸鹽水泥 灌漿料 力學性能 膨脹干縮
0 前言
長期以來，灌漿料在建筑工程中是一類應用量大，使用面廣的建筑材料。特別是自流平材料，先后開發(fā)了石膏系、水泥系及聚合物水泥自流平砂漿,普遍應用于機械設備安裝和加固修補工程中[1-2]。目前在使用水泥基灌漿料時,由于普通水泥體積收縮容易產生微裂紋，導致支座安裝后造成支座板下不密貼，另外,強度發(fā)展慢，而且耐久性差，影響結構穩(wěn)定性和使用壽命。硫鋁酸鹽水泥自誕生以來，以其早強、高強、高抗?jié)B、高抗凍、耐蝕、低堿度等特點在工程中得到廣泛應用[3-6]，特別是在冬季施工、水工工程、修補工程等特殊工程中應用，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、微膨脹、高流動性及適宜可操作時間等特點，可以用來開發(fā)研制自流平灌漿料。
1實驗原料
實驗所用的主要原料：水泥硫鋁酸鹽水泥，淄博生產,比表面積為450 m2/kg；磨細礦渣（slag），濟鋼產；Ⅰ級粉煤灰(FA)，鄒城電廠產；砂，標準砂（ISO）；濟南產；高效減水劑，上海產；緩凝劑，上海產；硫鋁酸鹽水泥，磨細礦渣，粉煤灰的化學成分見表1：
2 試驗及結果分析
2.1 自流平性能試驗
擴展度試驗按GB50119—2003《混凝土外加劑應用技術規(guī)范》和《水泥基灌漿材料》中的規(guī)定進行。擴展度和經時損失可以反應水泥砂漿材料的流變特性，擴展度大小反應了材料內部結構的強弱。新拌的自流平灌漿料隨加水后時間的推移，其擴展度逐漸減小，當擴展度小于190 ㎜時，漿體擴展后表面略呈拱形，可以認為此時已失去自流平效果[7]。水泥基灌漿料擴展度和經時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自流平性的影響試驗中，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 %。減水劑摻量對灌漿料擴展度、經時損失影響的試驗結果見表2。
對于自流平灌漿料來說，既要保證其具有良好的流動性，又要保證其不泌水，并盡量避免離析，采用低水膠比，通過復摻減水劑和緩凝劑調整擴展度和經時損失[8-10]。從表3可知，隨著減水劑摻量增加，砂漿的流動性增強，當摻量大于0.6 %時，擴展度增加幅度的不明顯。減水劑可以增加流動性，但經時損失比較大。隨著緩凝組分的增加，經時損失明顯減少。對于可使用時間大于60 min的灌漿料材料，減水劑和緩凝劑配比應在4：1～6：1。
2.2 灌漿料擴展度和強度試驗
抗壓強度試驗參照《水泥膠砂強度檢驗方法》( GB/T176712-1999) ，由于本灌漿料屬于自流平砂漿，取消振動成型,將材料灌入試模，選擇需要的齡期進行強度試驗。
由于水灰比、砂灰比、礦物摻合料等配合比參數均可以影響灌漿料性能，因此試驗中水灰比取0.32，摻合料等量取代水泥20%，粉煤灰與礦渣之比為3：2。考察灰砂比對灌漿料擴展度和強度的影響。表3為不同灰砂比灌漿料組成設計，試驗結果如膘4所示。
由表4可知，隨著灰砂比的增大，泌水現象逐漸消失，擴展度逐漸減小但仍大240 ㎜，滿足自流平要求。各配比強度均滿JC/T986-2005《水泥基灌漿材料》的技術要求。12 h抗壓強度大于40 MPa，3 d強度達到65.2 MPa，并且隨著膠凝材料用量的增加，抗折強度和抗壓強度逐漸提高。
2.3 膨脹干縮性能試驗
膨脹干縮試驗參照JC313 - 82《膨脹水泥膨脹率試驗方法》和《水泥膠砂干縮試驗方法》，測試不同養(yǎng)護條件下的砂漿膨脹率。成型1d后拆模測初值，成型兩組試樣，一組水中養(yǎng)護至各齡期，一組水養(yǎng)3 d后置于干燥空氣中測各齡期膨脹值。試驗結果見圖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)護時間的延長，膨脹持續(xù)增長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時有所減小，SL3號試樣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號和SL5號試樣干縮比較嚴重，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較快，后期增長緩慢的趨勢，膨脹率值隨著膠凝材料所占比例的增大而增大。
2.4 微觀結構分析
通過擴展度、強度和膨脹干縮試驗研究，并結合經濟等綜合因素考慮，本試驗SL5號和SL6號配合比滿足施工要求。利用掃描電鏡和能譜分析對灌漿料水化產物的微觀結構進一步進行分析。見圖3-圖5。
灌漿料水化完全，水泥石結構致密，可從硬化漿體的SEM照片（圖3、圖4和圖5）中清楚地看出，SL5號和SL6號試樣1 d就生成了大量鈣礬石和凝膠。隨著水化的進行，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，形成了致密的結構。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，結構進一步密實。從圖5可看出界面結合良好，硬化水泥石的結構均勻、密實。
3 結論
1. 通過調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%時達到飽和，擴展度為270 ㎜，減水劑和緩凝劑復摻時，能顯著改善經時損失，當減水劑和緩凝劑配比在4:1～6:1時，60 min擴展度仍可達230㎜。
2. 不同養(yǎng)護時間對膨脹干縮性能影響較大。水中養(yǎng)護的灌漿料，早期膨脹較大，1 d 膨脹率值為6.92×10 -4。隨著養(yǎng)護時間的延長，膨脹持續(xù)增長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，甚至出現干縮，7 d后基本穩(wěn)定。
參考資料
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