燕春福 王俊 惠嘉 吳立春 高哲 張玲

（1河北建設勘察研究院有限公司，河北 石家莊 050031；2交通運輸部科學研究院，北京 100029；3新疆交通職業(yè)技術學院，新疆 烏魯木齊 831401）

0 前言

水泥基灌漿料是以水泥為基本材料，摻加外加劑和其他輔助材料，加水拌合后具有大流動度、微膨脹、高強、早強等性能的干混材料[1]。最新的行業(yè)標準JC/T986-2018《水泥基灌漿材料》按流動度把水泥基灌漿料分為四類：Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類和Ⅳ類；按抗壓強度分為四個等級：A50、A60、A70和A80[2]。廣泛應用于鋼結構柱腳底板或設備基礎的灌漿、地腳螺栓錨固、混凝土結構加固改造等方面。為達到高流態(tài)、防離析、無收縮等性能，需要在水泥基灌漿材料中摻加較多的組分，比如減水劑、膨脹劑、消泡劑、調凝劑（包括速凝劑和緩凝劑）等，這些組分物質，尤其是外加劑，摻量少但對性能的影響比較大，國內外學者和相關企業(yè)對此進行了諸多的研究和報道[3-5]。

1 用于水泥基灌漿料中的外加劑

1.1 減水劑

水泥基灌漿料中用的減水劑一般呈粉狀，常見的有萘系、氨基磺酸鹽系和聚羧酸系三種減水劑。

萘系減水劑化學名稱為萘磺酸鹽甲醛縮合物，縮合度n在6～13之間，其固液界面作用有電性保護、潤滑、吸附和分散等作用，提高了水泥顆粒對分散介質的親和力[6]。氨基磺酸鹽減水劑一般在堿性或酸性條件下由甲醛、單環(huán)芳烴衍生物苯酚類化合物和對氨基苯磺酸加熱縮合而成，也被稱為單環(huán)芳烴型高效減水劑，其分子結構中往往含有多種極性基團，并且具有疏水基分子鏈短、分支多的特點，致使氨基磺酸鹽分子在混凝土粒子表面呈立式吸附，該立體效應可使混凝土在較長時間內保持其流動性及坍落度損失小。但其應用于混凝土時保水性能較差、容易泌水，這是由分子中極性較強、疏水基分子鏈短的結構所決定的。聚羧酸減水劑是由聚醚大單體和含有磺酸、羧酸等官能團的不飽和單體，在一定條件下共聚而成接枝共聚物，通常呈梳形。其分子結構自由度非常大，工藝合成上可以控制的因素和參數多。通過控制主鏈的分子質量大小及分布、聚合度、側鏈、官能團等參數可對其進行分子結構設計，制備出性能各異、滿足不同需要的各種產品[7]。

1.2 調凝劑

調凝劑分為緩凝劑和速凝劑。緩凝劑用來減緩水泥混凝土的凝結硬化，速凝劑則使水泥混凝土快速凝結硬化。

1）速凝劑

速凝劑又常被稱為早強劑，按照化學成分可分為有機物類、無機鹽類和復合型早強劑三大類[8]。因為水泥基灌漿料為干粉砂漿的形式，生產中使用的早強劑必須為粉劑，而目前的有機早強劑如三乙醇胺均為液體且成本較高，所以文獻中研究和報道的常為無機鹽類早強劑[6]。常見的無機鹽類早強劑有氯鹽、硫酸鹽、硝酸鹽、亞硝酸鹽等。氯鹽含有氯離子，可能會促進鋼筋銹蝕，所以氯鹽基本上不再使用；常用的硫酸鹽早強劑為硫酸鉀、硫酸鈣、和硫酸鈉，摻硫酸鹽早強劑的混凝土要注意預防泛堿和白華現(xiàn)象；硝酸鹽和亞硝酸鹽均對水泥水化過程起促進作用。這些鹽類不僅能作為混凝土的早強劑組分，而且可以作為混凝土防凍劑組分使用；其他的無機鹽類早強劑比如碳酸鈉、碳酸鋰、甲酸鈣等也是比較常見的早強劑。此外，還常將兩種或多種早強劑復合使用，可收到比一種早強劑更好的改性效果，無機鹽類復合早強劑主要有氯化鈣-亞硝酸鈉早強劑、硫酸鈉-氯化鈉早強劑等。

2）緩凝劑

常見的無機緩凝劑主要有磷酸鹽、硼酸及其鹽類、鋅鹽、氟硅酸鹽等，無機緩凝劑的緩凝作用不穩(wěn)定，磷酸鹽和偏磷酸鹽應用比較多。有機緩凝劑主要包括糖類及碳水化合物、木質素磺酸鹽、多元醇及其衍生物、羥基羧酸（鹽）等，糖類比如葡萄糖酸鈉在工程上應用比較廣泛。

1.3 其他功能性添加劑

1）膨脹劑

膨脹劑應用在灌漿料中使砂漿產生可控制的微膨脹作用以補償其收縮，使灌漿料在構件中凝結硬化后達到飽滿填充的效果。常用的膨脹劑有硫鋁酸鈣類和氧化鎂型，在灌漿料選用硫鋁酸鈣類為主。

2）消泡劑

在灌漿料中加入消泡劑，可以減少灌漿料新拌時的含氣量。目前在灌漿料中常用的消泡劑主要有聚硅氧烷和多元醇等。消泡劑除了具有減少灌漿料的含氣量的作用，還具有一定的減水效果。

3）增稠劑

在大流動度灌漿料中添加增稠劑劑可防止或減少泌水現(xiàn)象的發(fā)生，若灌漿料發(fā)生泌水現(xiàn)象，會使灌漿料和基體之間出現(xiàn)空隙，因此，整體的耐久性能與力學性能會受到影響。常用的保水劑多為各種纖維素類，如羥丙基甲基纖維素、羥乙基纖維素等。

2 外加劑對水泥基灌漿料性能的影響

2.1 對流變性能和流動性的影響

不同外加劑在灌漿材料中使用，會改變料漿的流變性能，而灌漿料的流變性能對其灌注效果有直接的影響。?ahmaran M[9]等以市售粘度改性劑作對比，研究了天然沸石粉對水泥基灌漿料的影響，結果表明，添加天然沸石和市售粘度改性劑對灌漿料的流變學性質都有很大的影響；當天然沸石或粘度改性劑與減水劑結合使用時，天然沸石比粘度改性劑對流變學的性質影響更大。何濤[10]等研究了減水劑、消泡劑、緩凝劑、生物膠對水泥基灌漿材料流變性能的影響，研究表明，緩凝劑和生物膠可以增加漿體的粘度，消泡劑的作用效果則相反。

朱祥[11]等以普通硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥和硬石膏作膠凝材料配制灌漿砂漿，研究了減水劑、緩凝劑、消泡劑、早強劑、保水劑對灌漿料流動性的影響。冷達[6]等在大量試驗基礎上，歸納了減水劑和早強劑對水泥基灌漿料流動性的影響規(guī)律。楊媛媛[12]等在水泥基灌漿料中加入三種不同粘度的纖維素醚，研究了纖維素醚粘度和摻量對灌漿料流動性能的影響。張巨松[13]等研究了低水膠比時不同高效減水劑種類、緩凝劑摻量對灌漿料工作性的影響?？梢缘贸觯煌瑴p水劑對硫鋁水泥基灌漿料的初始流動度和流動度經時損失的作用效果不同，聚羧酸系減水劑效果最好，氨基磺酸鹽減水劑次之，萘系減水劑與硫鋁水泥基灌漿料的適應性最差；不同緩凝劑摻量對硫鋁水泥基灌漿料的流動性影響不同，隨著緩凝劑摻量的增加，初始流動度略有增加，30min后的經時損失明顯減小。

2.2 對凝結時間的影響

鄧俊雙[14]等通過采用聚羧酸減水劑和萘系減水劑來測定減水劑對灌漿料凝結時間的影響，研究表明，相對于萘系減水劑，聚羧酸高效減水劑可以較好的運用在低溫環(huán)境中，灌漿料的凝結硬化較快。

2.3 對抗壓強度的影響

朱祥[11]等研究了減水劑、消泡劑、早強劑對灌漿料抗壓強度的影響，結果表明，聚羧酸減水劑加入灌漿料的強度性能要遠好于萘系減水劑；聚硅氧烷消泡劑相對于多元醇類消泡劑，早期強度高，后期強度也高；早強劑碳酸鋰對抗壓強度的增強效果不明顯。蘭英靜[15]研究了葡萄糖、葡萄糖酸鈉和白糖三種緩凝劑對灌漿料強度的影響，得出三種緩凝劑的最佳摻量均為0.06%，其中白糖的摻量為0.06%時對28天的抗壓強度增強效果最明顯。楊媛媛[12]等分別選取了粘度為 400mPa·s、100000mPa·s 和150000mPa·s三種粘度的羥丙基甲基纖維素醚，探究了其粘度和摻量對灌漿料強度的影響。研究表明，隨著纖維素醚摻量的增加，灌漿料的抗折和抗壓強度降低；當摻量相同時，隨著纖維素醚的粘度增大，灌漿料的抗折和抗壓強度降低。

2.4 對豎向膨脹率及體積穩(wěn)定性的影響

劉曉斌[16]等考察了膨脹劑用量分別為0%，1%，2%，3%，4%，5%時，灌漿料的3h豎向膨脹率，24h豎向膨脹率以及膨脹率之差。隨著膨脹劑用量的增加，灌漿料的3h豎向膨脹率在用量達到3%時滿足了標準要求，達到了0.12%，且其24h豎向膨脹率為0.17%，兩者之差為0.05%，同樣滿足標準的要求。

蘭英靜[15]在同膠砂比、同用水量條件下，研究對比了聚羧酸減水劑、氨基磺酸鹽減水劑、萘系減水劑的收縮值。三種減水劑都不同程度減小了灌漿料的膨脹性能，對灌漿料的體積穩(wěn)定性有一定的負面作用。

2.5 對泌水率的影響

Costas A.Anagnostopoulos[17]研究了聚羧酸減水劑和萘系減水劑對灌漿料泌水率的影響。結果發(fā)現(xiàn)，摻加聚羧酸減水劑的灌漿料比摻加萘系的灌漿料粘度更大，泌水現(xiàn)象稍嚴重些。

3 結語與展望

目前，我國從事水泥基灌漿料的生產企業(yè)達500余家，年產量300～500萬噸。灌漿料的價格差別也較大，從700元/t到3000元/t都有，而且多數指標也能滿足標準要求。但是，灌漿料行業(yè)仍需解決的是膨脹和早強問題，需要對組分和性能關系進行系統(tǒng)研究基礎上，在外加劑方面尋求突破。