摘要：本文從流動性、豎向膨脹率、抗壓強度、有效承載面（EBA）4個方面，采用對比試驗的方法，系統(tǒng)分析了CGM系列水泥基灌漿材料與其他三種水泥基灌漿材料的性能優(yōu)劣。試驗結(jié)果表明，CGM水泥基灌漿材料是一種綜合性能優(yōu)良的高性能灌漿料。文中還提出了作為高性能灌漿料應(yīng)具備的性能指標(biāo)。
關(guān)鍵詞： CGM 高性能 水泥基灌漿材料 有效承載面（EBA）
Properties research on CGM high performance cement-based grout
Abstract: From the aspects of fluidity, vertical expansive rate, compressive strength, effective bearing area (EBA), this paper compared these characteristics of CGM cement-based grout with other three kinds of grout. Results show that CGM grout is a high performance grout with excellent properties. The paper also puts forward indexes for high performance grout.
Keywords: CGM high performance cement-based grout effective bearing area (EBA)
水泥基灌漿材料（簡稱灌漿料，下同）是由水泥、集料、外加劑和礦物摻和料等原材料經(jīng)工廠化生產(chǎn)的干混料，加水拌合均勻后具有高流動性、不離析、微膨脹等良好工藝特性及硬化快、早強高強等性能特點，因此水泥基灌漿材料有著廣泛的應(yīng)用，確保了設(shè)備安裝、改擴建工程、加固工程的精度和質(zhì)量，延長了設(shè)備的使用壽命，簡化了施工工藝，加快了施工進度。與細石混凝土相比，該材料的高強、高流動性和微膨脹的特性得以充分的發(fā)揮。
目前國內(nèi)生產(chǎn)灌漿料的廠家很多，質(zhì)量參差不齊。中冶集團建筑研究總院是國內(nèi)最早研究和規(guī)模生產(chǎn)灌漿料的單位，其生產(chǎn)的CGM系列高強無收縮灌漿料，在國內(nèi)外具有很高的知名度。根據(jù)近十幾年來的工程應(yīng)用情況，我們對產(chǎn)品性能不斷進行改進，技術(shù)含量不斷提高，現(xiàn)在已研制出更高性能的CGM新型系列灌漿料，該系列灌漿料對水的適應(yīng)性好，流動度大，適度的塑性膨脹與硬化后膨脹，有效承載面高，因而具有更高的使用性能。下面從流動性、豎向膨脹率、有效承載面、抗壓強度四個方面，詳細介紹CGM灌漿料的性能。
1 流動性
灌漿料是一種高流動性材料。測量灌漿料流動度的方法，是依據(jù)《水泥基灌漿材料施工技術(shù)規(guī)程》YB/T9261-98，將拌合料倒入砂漿跳桌用圓截錐試模，提起試模讓灌漿料自流，到流動停止后測量流開料的直徑。
國外采用讀秒的方法較多。如日本資料介紹，用上口直徑70mm，下口直徑14mm，高400mm的圓截錐體，堵住下口，在其中注滿灌漿料，放開下口，同時計時，到截錐內(nèi)料流完（一般以透亮為準(zhǔn)）為止。ASTM C939介紹了類似的方法。國內(nèi)生產(chǎn)的灌漿料，骨料粒徑一般大于2mm，不宜直接采用測定流秒的方法。 
作為高性能灌漿料，必須具有很好的流動性，施工時基本不用助推等輔助措施，就能順利灌入空隙。
CGM-340型灌漿料的流動度在340mm以上，最高流動度可以達到350mm以上，且不泌水不離析，可以灌入很薄的空隙中。CGM-300型灌漿料的流動度可以達到310mm以上。FA灌漿料流動性較好，而FB和DC的流動性能欠缺，F(xiàn)B灌漿料的初始流動度較高，15分鐘后損失很大。當(dāng)增大用水量以增大流動度時，出現(xiàn)泌水、離析、強度大幅度降低等負面效應(yīng)。
考察灌漿料的流動性，有必要檢驗流動度損失，因為施工時并不一定攪拌后立即入模，如運輸，或其他非預(yù)期的時間耽誤。CGM系列灌漿料具有很小的流動度損失。但FB灌漿料，流動度損失較大，應(yīng)用到施工時，可能因流動度損失大而不能灌進空隙中。一般來說，如果30分鐘后，再重新攪拌流動度損失很小，還可以達到280mm以上，可以滿足絕大部分的現(xiàn)場施工要求。
灌漿料對水的適應(yīng)性也是一項重要參數(shù)，用水可調(diào)節(jié)范圍越大，或者說加水“帶寬”越大，越有利于現(xiàn)場施工。CGM系列灌漿料的用水量“帶寬”達2%以上。但對于DC灌漿料，推薦13.5%水料比，如果把用水量增大到14%，表面出現(xiàn)泌水，大量氣泡，而流動度仍不到310mm，這樣的材料施工性非常差。
2 豎向膨脹率
灌漿材料的膨脹性是另一個十分重要的指標(biāo)，它決定所灌材料能否密實填充空隙，塑性階段的膨脹對于密實性尤為重要。
灌漿料是一種高流動性材料，澆注后會產(chǎn)生較大的塑性收縮，包括沉漿收縮和失水收縮。上述收縮可能導(dǎo)致空鼓，即使后期的膨脹能夠補償前期的收縮，也易造成有效承載面降低。而具有塑性膨脹的灌漿料，能夠及時補償漿體早期收縮，甚至表現(xiàn)出正的膨脹，使得灌漿體更加密實，這樣對于增大有效承載面，確保灌漿質(zhì)量有重要意義。
圖3至圖6是FA、FB、DC和CGM-340四種灌漿料，采用SHRINKAGE CONE收縮測量儀（見圖2），測得的豎向膨脹率-時間關(guān)系曲線。SHRINKAGE CONE收縮測量儀是通過在漿體上放置一個激光反射薄片，利用非接觸式的測定方式精確測定漿體的高度變化，從而計算豎向膨脹率。
上述圖形是灌漿料典型的膨脹-時間關(guān)系曲線。有的灌漿料，灌注后其體積變化過程，是先塑性收縮，在2~4小時后膨脹，后期膨脹能夠補償前期的收縮，最后表現(xiàn)為正膨脹，膨脹曲線見圖4。有的灌漿料后期膨脹不能夠補償前期的收縮，如圖5所示，這種情況直接導(dǎo)致空鼓，灌漿層起不到承載作用；但如果按照《水泥基灌漿材料》JC/T986-2005[3]的豎向膨脹率測定方法，漿體先靜置2h再放玻璃板，就不能測得前期的收縮，最終膨脹率表現(xiàn)為正值。CGM-340和FA灌漿料，在加水后不到5分鐘即開始體積膨脹，不存在塑性收縮的過程，F(xiàn)A灌漿料在3~4h后膨脹基本達到最大值，這樣能保證設(shè)備與基礎(chǔ)密切接觸，CGM-340灌漿料在4h后進一步膨脹，能夠在地腳螺栓中產(chǎn)生一定的應(yīng)力，有利于克服后期的收縮。值得說明的是，膨脹發(fā)生在塑性階段，結(jié)果是材料受到擠壓，填充更密實。ASTM C1109[4]標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，在塑性階段膨脹，允許膨脹率最大達4.0%。
3 有效承載面
有效承載面（EBA）指設(shè)備或鋼結(jié)構(gòu)柱腳底板下面灌漿材料實際接觸底板并可傳遞受壓荷載的面積與設(shè)備或鋼結(jié)構(gòu)柱腳的底板總面積之比，以百分?jǐn)?shù)表示。這是一項十分重要的技術(shù)指標(biāo)，它直接反映灌漿層起到承載作用的程度。假設(shè)強度為70MPa的灌漿料，有效承載面只有50%，相當(dāng)于有效荷載只有35MPa。可見即使強度很高，但有效承載面積很小，甚至根本沒有與設(shè)備底板接觸，對設(shè)備的危害很大。
美國標(biāo)準(zhǔn)ASTM C1339-02[5]，給出聚合物灌漿料設(shè)備灌漿承載面積的測定方法。參照此方法，我們自制船型模，見圖7，其中上鋼板尺寸600×150mm，厚10mm；上下鋼板間隙為50mm。將拌和好的灌漿料從一側(cè)倒入，從另一側(cè)流出且流滿鋼板下部。24小時后取下鋼板，與標(biāo)準(zhǔn)圖樣做比較，確定有效承載面，見圖8~圖11。 
可以看出，有效承載面差別很大。CGM-340灌漿料（用水量17%）、FB料（用水量14%）的有效承載面在95%以上，而FA灌漿料（用水量18%）、DC料（用水量13.5%）的有效承載面積很低，形成“虛接觸”，表現(xiàn)為底板下面有大量的氣泡孔穴。進一步加大用水量，有效承載面均有一定程度的下降，F(xiàn)A料的表面基本為連續(xù)的氣泡孔穴，根本不能起到有效傳遞荷載的作用。
有效承載面的大小，主要和澆注后灌漿料的表面氣泡量和膨脹率有關(guān)。當(dāng)氣泡量太大時，灌漿層上表面有大量氣泡孔穴，直接導(dǎo)致有效承載面積太小；如果膨脹率太小，會導(dǎo)致空鼓，不僅失去了應(yīng)起的作用，還有很大的潛在危害。作為使用單位，在選擇灌漿材料時，模擬灌注條件，試驗有效承載面，非常有必要。
4 抗壓強度
應(yīng)根據(jù)工程需要選擇合適強度的灌漿料。CGM的灌漿料28天強度在65MPa以上，可以滿足決大部分工程需要。幾種灌漿料的強度數(shù)據(jù)見表2。 
注：試體尺寸40mm×40mm×160mm，20℃標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護。
5 結(jié)語
① 通過流動性、豎向膨脹、強度、有效承載面等方面試驗，CGM灌漿料是一種綜合性能優(yōu)越的高性能灌漿料。
② CGM灌漿料具有特殊的塑性膨脹性能，能夠有效克服澆注初期產(chǎn)生的塑性沉降，保證灌注密實，杜絕空鼓現(xiàn)象。
③ CGM系列灌漿料的流動度在300mm以上，可達360mm，工程可施工性好。
④ 考察灌漿料的性能，不能僅僅局限于流動度、強度、豎向膨脹等，有效承載面是十分重要的指標(biāo)，應(yīng)該把這項指標(biāo)作為衡量高性能灌漿料性能的指標(biāo)之一。
⑤ 根據(jù)我公司在灌漿料領(lǐng)域多年的科研和實踐經(jīng)驗，我們認(rèn)為新型高性能灌漿料的性能指標(biāo)如下：
流動性：流動度大于300mm；
抗壓強度：一天大于30MPa，28天大于70MPa；
膨脹性：具有塑性膨脹和硬化后膨脹，3h豎向膨脹率0.10%~3.5%，3h后膨脹率增長0.02%~0.5%；
有效承載面：大于90%。
⑥ CGM灌漿料的性能特點：塑性膨脹與后期膨脹的有機結(jié)合，有效承載面可達95%以上，保證有效傳遞荷載、高流動度、可施工時間長、早強高強、施工加水“帶寬”寬等。
