何　凱，嚴(yán)紹軍，趙　莽，竇　彥，翟國(guó)林

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢) 工程學(xué)院，武漢　430074；2.廣州市地下鐵道總公司，廣州　510000)

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水灰比和偏高嶺土摻量對(duì)硫鋁酸鹽水泥基材料性能的影響

何凱1，嚴(yán)紹軍1，趙莽1，竇彥1，翟國(guó)林2

(1.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢) 工程學(xué)院，武漢430074；2.廣州市地下鐵道總公司，廣州510000)

為了研究水灰比和偏高嶺土摻量對(duì)硫酸鋁鹽水泥的流動(dòng)度、收縮率和力學(xué)性能的影響，以龍門石窟裂隙防滲的灌漿工程為例，開展流動(dòng)性試驗(yàn)、力學(xué)性能試驗(yàn)及干縮性能試驗(yàn)。結(jié)果表明：硫鋁酸鹽水泥初始流動(dòng)度大小與水灰比、偏高嶺土摻量均成正比；水灰比越高，微膨脹率越低，甚至出現(xiàn)一定收縮，整體上膨脹率隨偏高嶺土摻量增大而變大；抗壓強(qiáng)度大小與水灰比、偏高嶺土摻量均成反比；7d的抗折強(qiáng)度隨偏高嶺土摻量增大而減小，養(yǎng)護(hù)28d的抗折強(qiáng)度恰恰相反；抗折強(qiáng)度隨水灰比的增大而減小，且回落幅度相對(duì)較大；黏結(jié)強(qiáng)度隨水灰比先增大后減小，隨偏高嶺土摻量增加，黏結(jié)強(qiáng)度整體上有所增加，在水灰比為0.5時(shí)，出現(xiàn)1個(gè)峰值。 試驗(yàn)結(jié)果可為龍門石窟的現(xiàn)場(chǎng)灌漿試驗(yàn)提供理論依據(jù)，也可為同類石質(zhì)文物的灌漿修復(fù)研究提供參考。

硫鋁酸鹽水泥；水灰比；偏高嶺土摻量；流動(dòng)度；力學(xué)性能

1　研究背景

硫鋁酸鹽水泥屬于第三水泥系列，其水化產(chǎn)物主要是水化硫鋁酸鈣和水化硅酸鈣，因此具有凝結(jié)快、早期強(qiáng)度高、低堿含量、微膨脹性、抗侵蝕力強(qiáng)、耐久性和抗?jié)B性好等特點(diǎn)，在負(fù)溫下可進(jìn)行水化，可應(yīng)用于冬季施工、防堿集反應(yīng)、防化學(xué)腐蝕等特殊工程[1-5]。作為一種水硬性膠凝材料，其性能受組份材料、水灰比(W/C)、養(yǎng)護(hù)條件等多種因素綜合影響[5]，其中，水灰比對(duì)水泥工作性能及力學(xué)性能起到重要作用；采用適量的偏高嶺土(metakaolin，簡(jiǎn)稱MK)部分取代水泥，可以降低體系堿度，并改善水泥石的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，提高強(qiáng)度與耐久性。韓建國(guó)等[4]研究了水灰比對(duì)硫鋁酸鹽水泥水化歷程的影響，結(jié)果顯示隨著水灰比的增大，硫鋁酸鹽水泥的水化放熱速率增大，水化放熱量提高；S.Kadlecek等[6]發(fā)現(xiàn)隨著試樣齡期增大，硅酸鹽水泥內(nèi)部膠體數(shù)量增加，水泥石結(jié)構(gòu)趨于密實(shí)，不同水灰比體系的收縮值均有所減小；A.A.Ramezanianpour等[7]研究了偏高嶺土作為膠凝材料和填充材料對(duì)混凝土耐久性和強(qiáng)度的影響，結(jié)果顯示添加一定量的偏高嶺土有利于提高混凝土強(qiáng)度和改善混凝土的耐久性；R.Siddique等[8]通過研究表明偏高嶺土部分替代水泥，可以降低混凝土毛細(xì)滲水作用，并可增強(qiáng)水泥或混凝土的早期強(qiáng)度和長(zhǎng)期的力學(xué)強(qiáng)度，同時(shí)可以提高混凝土的抗硫酸鹽侵蝕性、減少有害離子的析出。

本次研究的硫鋁酸鹽水泥主要應(yīng)用于龍門石窟裂隙防滲的灌漿工程中，此類水泥應(yīng)用于裂隙灌漿中的研究較少，因灌注本體的特殊性，要求灌漿料具有良好的流動(dòng)性、較高的強(qiáng)度、低堿度、低干縮率等特點(diǎn)，試驗(yàn)中綜合考慮了水灰比和偏高嶺土摻量對(duì)硫鋁酸鹽水泥的流動(dòng)性、干縮率、抗壓抗折強(qiáng)度等性能的影響，分析其變化規(guī)律。試驗(yàn)結(jié)果對(duì)龍門石窟的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)具有一定的指導(dǎo)意義，同時(shí)也為同類石質(zhì)文物的灌漿修復(fù)研究提供了一定的參考依據(jù)。

2　試　驗(yàn)

試驗(yàn)采用無機(jī)多元材料復(fù)合，以低堿硫鋁酸鹽水泥為主劑，粉煤灰、偏高嶺土和硅粉為輔劑，并添加一定量的減水劑和消泡劑。

2.1原材料

2.1.1硫鋁酸鹽水泥

選取湖北孝感安達(dá)特種水泥廠生產(chǎn)的42.5級(jí)快硬硫鋁酸鹽水泥作為試驗(yàn)材料，其主要礦物成分是Ca4Al6O2SO4和C2S。

2.1.2偏高嶺土

采用湖北銀河有限公司生產(chǎn)的過2 000目篩(篩網(wǎng)孔徑為6.5μm)的偏高嶺土，其主要礦物成分為Al4.52Si1.48O9.74和SiO2，能提高水泥的強(qiáng)度和耐久性。硫鋁酸鹽水泥和偏高嶺土的XRD圖譜分析如圖1所示。

圖1　硫鋁酸鹽水泥和偏高嶺土XRD圖譜分析Fig.1　Analysis of XRD profiles of sulphoaluminate cement and metakaolin表1　原材料化學(xué)組分Table 1　Chemical compositions of raw materials

原材料化學(xué)組分/%Na2OMgOAl2O3SiO2P2O5SO3K2OCaOTiO2Fe2O3SrOZrO2ZnOBaOCl燒失量/%硅粉0.120.150.3196.440.040.290.340.10——————0.092.07偏高嶺土0.240.0844.5053.190.030.010.150.290.580.360.010.03———0.53粉煤灰1.001.1524.6050.650.942.040.906.791.177.360.210.040.020.080.072.98硫鋁酸鹽水泥0.190.8019.517.380.0816.220.1345.351.562.850.160.07—0.03—5.68

2.1.3其他添加劑

試驗(yàn)中還選取了能顯著提高水泥抗壓、抗折、抗?jié)B、抗腐蝕、抗沖擊及耐磨等性能的硅粉；能減少水泥需水量、增加流動(dòng)性的粉煤灰；進(jìn)一步改善漿體流動(dòng)性的高效減水劑及一定量的消泡劑，各種原材料的化學(xué)成分如表1所示。

2.2水泥細(xì)度和灌漿料配合比

2.2.1細(xì)水泥基材

本次試驗(yàn)的硫鋁酸鹽水泥主要應(yīng)用于灌漿工程，其顆粒細(xì)度至少要達(dá)細(xì)水泥級(jí)別，最大粒徑應(yīng)<40μm，平均粒徑應(yīng)<10μm，比表面積則應(yīng)在6 000cm2/g左右，但普通水泥的粒徑范圍較大，粗顆粒多，最大粒徑可達(dá)90～100μm，不滿足試驗(yàn)需求，故用SMφ500×500mm水泥標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)球磨機(jī)將水泥進(jìn)行二次粉磨，使其滿足粒徑要求。

2.2.2灌漿料配合比

將各組分原料按配合比(表2)進(jìn)行配合，先以人工預(yù)混，再用混料機(jī)進(jìn)行混合均化，混料時(shí)間為10min，因不涉及對(duì)外加劑影響的探討，每組配料摻加的聚羧酸高效減水劑和消泡劑均為0.3%。

表2　各組分原料配合比Table 2　Raw materials proportions

2.3試驗(yàn)方法

2.3.1流動(dòng)性試驗(yàn)

采用水泥凈漿流動(dòng)性測(cè)試方法，將制備的漿液裝入截錐圓模，刮平后立即將截錐圓模垂直向上輕輕提起，測(cè)量漿體底面最大直徑及與垂直直徑，取其平均值。試驗(yàn)須在30s內(nèi)完成，30min和1h后分別再次攪拌凈漿，測(cè)其流動(dòng)度。

2.3.2力學(xué)性能試驗(yàn)

抗壓、抗折強(qiáng)度試驗(yàn)按《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》(GB/T17671—1999)進(jìn)行，將灌漿料倒入攪拌鍋，然后拌合好并倒入試模，使凈漿試塊在溫度20℃，相對(duì)濕度≥90%養(yǎng)護(hù)2d后拆模，然后放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)的水池中進(jìn)行水養(yǎng)7d和28d，水溫控制在(20±1)℃，用WYA-300型全自動(dòng)試驗(yàn)機(jī)做抗折、抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

黏結(jié)強(qiáng)度按《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ/T70—2009)中抗拉強(qiáng)度性能試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)定，將龍門石窟現(xiàn)場(chǎng)取回的灰?guī)r，加工成70mm×70mm×25mm長(zhǎng)方塊，固定2個(gè)長(zhǎng)方塊，使其中間距離為20mm，對(duì)間隔處灌注漿液，在溫度20 ℃，相對(duì)濕度≥90%養(yǎng)護(hù)2d后，放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室內(nèi)的水池中進(jìn)行水養(yǎng)，水溫(20±1)℃，試驗(yàn)齡期28d。

2.3.3干縮性能試驗(yàn)

采用現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)《水泥膠砂干縮試驗(yàn)方法》(JC/T603—2004)中的三聯(lián)試模，每聯(lián)試模的內(nèi)壁尺寸為25mm×25mm×280mm，將制備的凈漿注入三聯(lián)試模內(nèi)，試體帶膜放入溫度(20±1)℃，相對(duì)濕度≥90%的養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)，24h后脫模，然后進(jìn)行水養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)2d后取出，用比長(zhǎng)儀測(cè)定初始讀數(shù)(L0)。測(cè)完后將試體移入干縮養(yǎng)護(hù)箱中的蓖條上養(yǎng)護(hù)，測(cè)定不同齡期的試塊的尺寸變化情況，計(jì)算其膨脹、收縮規(guī)律。試體膨脹率按式(1)計(jì)算，計(jì)算至0.001%。

(1)

式中：S為水泥試體干縮率 (%)；L0為初始測(cè)量讀數(shù)(mm)；L為規(guī)定齡期的測(cè)量讀數(shù)(mm)；250表示試體有效長(zhǎng)度為250mm。

3　結(jié)果與分析

3.1灌漿料的流動(dòng)性

當(dāng)偏高嶺土含量一定時(shí)，灌漿料的流動(dòng)性測(cè)試結(jié)果隨水灰比的變化如表3所示，水灰比和偏高嶺土對(duì)流動(dòng)性的影響見圖2。

表3　硫鋁酸鹽水泥流動(dòng)度Table 3　Fluidity of sulphoaluminate cement

注：30min時(shí)，A1凝固；1h時(shí)，A4凝固。

圖2　初始流動(dòng)度隨水灰比和偏高嶺土摻量的變化Fig.2　Changes of initial fluidity with water-cement ratio and metakaolin blending ratio

由圖2和表3可知：

(1) 當(dāng)偏高嶺土摻量一定時(shí)，硫鋁酸鹽水泥的初始流動(dòng)度隨水灰比的增大而迅速變大，水灰比為0.3時(shí)，初始流動(dòng)度較低，且30min和1h后流動(dòng)度損失較大，甚至個(gè)別試樣出現(xiàn)凝固；當(dāng)水灰比增大至0.5和0.7時(shí)，試樣的初始流動(dòng)度明顯增大，最高達(dá)到390mm，30min內(nèi)流動(dòng)性也較好，流動(dòng)度損失很小，普遍<40mm，但1h后流動(dòng)度損失明顯增大，均超過50mm，原因是水灰比增大，使自由水增多，水泥顆粒很好地分散，發(fā)生物理凝聚的幾率大大減小，而隨著時(shí)間增長(zhǎng)，顆粒間的化學(xué)結(jié)合力不斷增加，導(dǎo)致流動(dòng)度損失變大[9]。

(2) 當(dāng)水灰比一定時(shí)，初始流動(dòng)度隨偏高嶺土摻量的增加而增大，如水灰比為0.5，偏高嶺土摻量由5%增大到7%時(shí)，初始流動(dòng)度由255.5mm變?yōu)?24.0mm，且水泥的流動(dòng)性總體上都有一定提高。

3.2硬化漿體膨脹率

試樣膨脹率測(cè)定結(jié)果見表4(表中“-”號(hào)表示干縮)，可知，不同水灰比和偏高嶺土摻量的硫鋁酸鹽水泥試樣的體積變化主要發(fā)生在水化齡期的前14d(圖3和圖4)，此后趨于穩(wěn)定。總體上，硫鋁酸鹽水泥試樣大都具有一定的微膨脹性，原因是硫鋁酸鹽水泥在水化硬化過程中會(huì)形成大量較為細(xì)小的鈣礬石產(chǎn)物，其具有良好的微膨脹性，微膨脹會(huì)產(chǎn)生一定的壓應(yīng)力，有利于提高灌漿水泥與基體的緊密程度。

表4　硫鋁酸鹽水泥微膨脹(收縮)率Table 4　Microexpansion (shrinkage) rates ofsulphoaluminate cement

圖3　不同偏高嶺土摻量下膨脹率隨水灰比的變化曲線Fig.3　Changes of expansion rate with water-cement ratio under different metakaolin blending ratios

圖4　不同水灰比下膨脹率隨偏高嶺土摻量的變化曲線Fig.4　Changes of expansion rate with metakaolin blending ratio under different water-cement ratios

由圖3和圖4可知：

(1) 當(dāng)偏高嶺土摻量一定時(shí)，水灰比越高，試樣的微膨脹率越低，甚至出現(xiàn)一定的收縮，如MK摻量5%時(shí)，A2試樣7d的膨脹率為-0.109%，隨著齡期的增長(zhǎng)膨脹率的絕對(duì)值變小，14d時(shí)為-0.039%，14d后幾乎不變，且當(dāng)水灰比從0.3增加到0.5時(shí)，A3試樣7d的膨脹率相對(duì)于A1降低了89.6%，原因可能是隨著水泥試樣水化程度的增強(qiáng)，水化產(chǎn)物量趨于穩(wěn)定，以致后期的收縮率基本穩(wěn)定，隨著水灰比的增大，硫鋁酸鹽水泥內(nèi)部水分增多，導(dǎo)致膨脹率大幅度下降[10]。

(2) 水灰比一定時(shí)，試樣膨脹率隨偏高嶺土摻量增大，整體上會(huì)變大，如水灰比為0.7時(shí)，偏高嶺土摻量從5%增加到7%，A6試樣7d的膨脹率相對(duì)于A3試樣提高了10.5%，說明偏高嶺土部分取代水泥在一定程度上可提高試樣的微膨脹性，原因是偏高嶺土的微填充效應(yīng)和晶核效應(yīng)，降低了水泥初始孔隙率并加快了水化反應(yīng)，降低了硫鋁酸鹽水泥漿體的總孔隙率并使孔徑分布細(xì)化，以致于水泥漿體內(nèi)部的水分不易流失，減少和減緩漿體的干燥收縮[11-12]。

(3) 符合灌漿料具有微膨脹性的配方是A7，即水灰比為0.3，偏高嶺土摻量為9%。

3.3灌漿料抗折、抗壓強(qiáng)度

不同配方灌漿料的抗折、抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果如表5所示，水灰比和偏高嶺土摻量對(duì)試樣抗折、抗壓強(qiáng)度影響如圖5所示。

表5　硫鋁酸鹽水泥抗壓、抗折強(qiáng)度Table 5　Compressive and flexural strengths ofsulphoaluminate cement

圖5　抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度隨偏高嶺土摻量的變化曲線Fig.5　Changes of compressive strength and flexural strength with metakaolin blending ratio

由圖5和表5可知：

(1) 硫鋁酸鹽水泥的抗折、抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)速度較大，試樣7d抗壓強(qiáng)度基本上達(dá)到28d抗壓強(qiáng)度的80%～95%，如A7試樣的7d抗壓強(qiáng)度為62.0MPa，達(dá)到28d抗壓強(qiáng)度(68.4MPa)的90.6%，原因是硫鋁酸鹽水泥是一種快硬早強(qiáng)型水泥[1]。

(2) 當(dāng)偏高嶺土摻量一定時(shí)，試樣抗壓強(qiáng)度隨水灰比增大而變小，且強(qiáng)度降幅較大，當(dāng)水灰比分別為0.3,0.5和0.7時(shí)，以A1,A2和A3試樣為例，其7d和28d的下降幅度較大，7d齡期下A2試件相對(duì)A1試件,A3試件相對(duì)A2試件分別下降了55.5%，73.9%，28d齡期下分別下降了61.3%，70.3%。分析其原因主要是因?yàn)樗冶仍龃?，水泥試樣中的水分含量變大，?dǎo)致空隙變大、結(jié)構(gòu)疏松。

(3) 當(dāng)水灰比一定時(shí)，隨著偏高嶺土摻量增加，抗壓強(qiáng)度降低并趨于穩(wěn)定，但總體強(qiáng)度有所提高，且水灰比越小，強(qiáng)度降幅越小，在水灰比為0.3和偏高嶺土為7%時(shí)，隨著齡期增大，強(qiáng)度回落幅度最大，即A4試樣相對(duì)于A1試樣7d的下降幅度為24.6%，28d為7.5%。分析其原因可能是因?yàn)殚_始時(shí)偏高嶺土顆粒被水泥水化產(chǎn)物包圍，阻礙了水的遷移，導(dǎo)致火山灰反應(yīng)速度較慢，以致于抗壓強(qiáng)度有所減小，隨著齡期的增長(zhǎng)，偏高嶺土水化產(chǎn)生大量硅酸鈣，其中以C-S-H凝膠居多，使孔隙率降低，結(jié)構(gòu)緊密，從而提高了水泥強(qiáng)度[10，13]。

(4) 水灰比一定時(shí)，試樣7d的抗折強(qiáng)度隨偏高嶺土摻量增大而減小，而28d的抗折強(qiáng)度整體上隨偏高嶺土摻量增大而增大并趨于穩(wěn)定，但個(gè)別試樣有所增加或減小，最后趨于穩(wěn)定，如水灰比0.3時(shí)，隨MK摻量增加，A4試樣相對(duì)于A1試樣7d的抗折強(qiáng)度降低了20.9%，28d的抗折強(qiáng)度增加了16.5%， 28d強(qiáng)度比7d時(shí)明顯增大，且強(qiáng)度的增大幅度隨偏高嶺土摻量增大而增大，如水灰比為0.3時(shí)，隨MK摻量增大，強(qiáng)度增大幅度由4.9%增加到54.7%和49.3%。

(5) 當(dāng)偏高嶺土摻量一定時(shí)，試樣的7d和28d的抗折強(qiáng)度隨水灰比的增大而減小，回落幅度相對(duì)較大，且28d的下降幅度更大，如MK摻量5%時(shí)，當(dāng)水灰比由0.3增大到0.7時(shí)，A2試件相對(duì)于A1試件、A3試件相對(duì)于A2試件的7d抗折強(qiáng)度下降幅度分別為34.6%和26.4%，28d的下降幅度分別為35.3%和36.4%。

3.4灌漿料黏結(jié)強(qiáng)度

灌漿料黏結(jié)強(qiáng)度通常用來表征灌漿料固結(jié)后與基體結(jié)合的牢固程度，是評(píng)價(jià)復(fù)合灌漿材料性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一[14]。對(duì)各組試樣養(yǎng)護(hù)28d后，進(jìn)行黏結(jié)強(qiáng)度測(cè)試，其結(jié)果如表6所示，水灰比和偏高嶺土對(duì)黏結(jié)強(qiáng)度的影響見圖6。

表6　硫鋁酸鹽水泥黏結(jié)強(qiáng)度Table 6　Bonding strengths of sulphoaluminate cement

圖6　黏結(jié)強(qiáng)度隨水灰比和偏高嶺土摻量的變化曲線Fig.6　Changes of bonding strength with water-cement ratio and metakaolin blending ratio

由表6、圖6可以看出：

(1) 受水灰比、偏高嶺土摻量等因素的影響，硫鋁酸鹽水泥的黏結(jié)強(qiáng)度有一定浮動(dòng)，范圍為7.80～28.83kPa。

(2) 當(dāng)偏高嶺土摻量一定時(shí)，黏結(jié)強(qiáng)度隨水灰比先增大后減小，如A2試樣相對(duì)于A1試樣黏結(jié)強(qiáng)度增加7.64%，而A3試樣相對(duì)于A2試樣降低了35.8%，且黏結(jié)強(qiáng)度隨偏高嶺土摻量變大而升高，當(dāng)水灰比為0.5時(shí)，黏結(jié)強(qiáng)度出現(xiàn)一個(gè)峰值，分別為A2試樣的17.33kPa、A5試樣的26.74kPa和A8試樣的28.83kPa。

(3) 當(dāng)水灰比一定時(shí)，隨偏高嶺土摻量增加，黏結(jié)強(qiáng)度整體上有所增加，且當(dāng)水灰比為0.5時(shí)，黏結(jié)強(qiáng)度增幅較大，但當(dāng)水灰比為0.7時(shí)，強(qiáng)度開始有所降低，然后逐漸增加。

(4)黏結(jié)強(qiáng)度越大，反映灌漿體與基體之間的緊密程度越高，灌漿性能越好，可見水灰比為0.5時(shí)是黏結(jié)強(qiáng)度的最佳配方。

(5) 與抗折、抗壓強(qiáng)度相比，從數(shù)量級(jí)上來講，黏結(jié)強(qiáng)度低得多，均為kPa量級(jí)，原因是漿體和模擬巖板的接觸面比較光滑，界面間結(jié)合力很弱，易發(fā)生分離，與灌漿料使用的實(shí)際條件存在顯著差異，不能夠充分反映試樣的黏結(jié)特性，應(yīng)探索可反映材料黏結(jié)特性的科學(xué)檢測(cè)方法。

4　結(jié)　論

(1) 硫鋁酸鹽水泥的初始流動(dòng)度隨水灰比的增大而變大，隨偏高嶺土摻量的增加而增大，試驗(yàn)中最高達(dá)390mm，且總體流動(dòng)度隨偏高嶺土摻量的增加有所提高。

(2) 水灰比越高，硫鋁酸鹽水泥的微膨脹率越低，甚至出現(xiàn)一定的收縮，整體上膨脹率隨偏高嶺土摻量增加而變大，符合灌漿料具有微膨脹性的配方為試樣A7。

(3) 硫鋁酸鹽水泥試樣抗壓強(qiáng)度隨水灰比增大而變小，且強(qiáng)度變化較大，隨著偏高嶺土摻量增加抗壓強(qiáng)度降低并趨于穩(wěn)定，但總體穩(wěn)定性有所提高，且水灰比越小，強(qiáng)度回落幅度越小。

(4) 硫鋁酸鹽水泥7d的抗折強(qiáng)度隨偏高嶺土摻量增大而減小，而28d的抗折強(qiáng)度整體上隨偏高嶺土摻量增大而增大并趨于穩(wěn)定，且強(qiáng)度的增大幅度隨偏高嶺土摻量增大而增大；試樣的抗折強(qiáng)度隨水灰比的增大而減小，回落幅度相對(duì)較大。

(5) 硫鋁酸鹽水泥的黏結(jié)強(qiáng)度隨水灰比先增大后減小，隨偏高嶺土摻量增加，黏結(jié)強(qiáng)度整體有所增加，且當(dāng)水灰比為0.5時(shí)，黏結(jié)強(qiáng)度增加幅度較大，均出現(xiàn)一個(gè)峰值，分別為17.33, 26.74，28.83kPa，可見水灰比為0.5是確保黏結(jié)強(qiáng)度達(dá)標(biāo)的最佳配方。

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(編輯：占學(xué)軍)

Effects of Water-cement Ratio and Metakaolin Blending Ratio onthe Performance of Sulphoaluminate Cement-based Material

HE Kai1，YAN Shao-jun1，ZHAO Mang1，DOU Yan1，ZHAI Guo-lin2

(1.FacultyofEngineering,ChinaUniversityofGeosciences,Wuhan430074,China；2.GuangzhouMetroCorporation，Guangzhou510000,China)

Tostudytheinfluencesofwater-cementratioandmetakaolinblendingratioonthefluidity,shrinkageandmechanicalpropertiesofsulphoaluminatecement,wetakeLongmenGrottoesasanexample,andcarryouttestsonfluidity,mechanicalpropertiesanddryshrinkageproperty.Theresultsshowthat,firstly,theinitialfluidityofsulphoaluminatecementisproportionaltowater-cementratioandmetakaolinblendingratio;secondly,thehigherwater-cementratiois,thelowermicroexpansionrateis,evenwithalittlecontraction.Ingeneral,expansionrateincreaseswithmetakaolinblendingratio;compressivestrengthisinverselyproportionaltowater-cementratioandmetakaolinblendingratio;theflexuralstrengthofspecimenscuredfor7daysdecreaseswiththeincreasingmetakaolinblendingratio,whiletheflexuralstrengthofspecimenscuredfor28daysisonthecontrary;flexuralstrengthdecreaseswiththeincreasingwater-cementratio,andthedeclinerateisrelativelylarge;bondingstrengthincreasesfirstandthendecreaseswiththeincreasingwater-cementratio;whilewithincreasingmetakaolinblendingratio,bondingstrengthincreasesoverall,andinparticular,peakvalueoccursunderwater-cementratioof0.5.TheexperimentalresultsprovidetheoreticalbasisforthefieldgroutingtestinLongmenGrottoes,andalsoprovidereferenceforgroutingrepairinsimilarstoneculturalrelics.

sulphoaluminatecement;water-cementratio;metakaolinblendingratio;fluidity;mechanicalproperties

2015-06-15;

2015-08-14

國(guó)家文物局項(xiàng)目(40972183)

何凱(1991-)，男，湖北武漢人，碩士研究生，主要從事地質(zhì)工程和巖土文物保護(hù)工作研究,(電話)18140533542(電子信箱)18140533542@163.com。

嚴(yán)紹軍(1973-)，男，四川綿竹人，副教授，博士，主要從事巖土文物保護(hù)和地質(zhì)工程等方面的研究, (電話)18971675062(電子信箱)Shaojuncug@qq.com。

10.11988/ckyyb.20150501

2016,33(09):143-148

TU328

A

1001-5485(2016)09-0143-06