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        水泥基灌漿材料性能的影響因素

        2019-07-10 02:29:40燕春福孫德環(huán)張開偉王俊丁明慶
        中國(guó)公路 2019年12期
        關(guān)鍵詞:水料含泥量砂子

        燕春福,孫德環(huán), 張開偉,王俊,丁明慶

        (1. 河北建設(shè)勘察研究院有限公司,河北 石家莊 050031;2. 中交一公局集團(tuán)第三工程有限公司, 北京 101102;3. 交通運(yùn)輸部科學(xué)研究院,北京 100029 )

        水泥基灌漿料是以水泥、細(xì)骨料為基本材料,加入適量的混凝土外加劑及其他輔助材料形成的干混材料,加水拌和后具有大流動(dòng)度,高強(qiáng)、早強(qiáng)、微膨脹等性能。最新的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC/T986-2018《水泥基灌漿材料》中,按流動(dòng)度將水泥基灌漿料分四類:Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類;按抗壓強(qiáng)度將水泥基灌漿料分為四個(gè)等級(jí):A50、A60、A70、A80。

        為取得高流態(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,如減水劑、膨脹劑等,但上述組分物質(zhì)的摻入對(duì)水泥基灌漿材料性能的影響較大。本文擬用普通硅酸鹽水泥、普通河砂為基本材料,輔以硅灰、早強(qiáng)劑、減水劑等成分,制備出滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的水泥基灌漿材料。

        一、試驗(yàn)部分

        (一)試驗(yàn)原材料

        水泥:曲寨P·O42.5水泥;河砂:級(jí)配范圍屬Ⅱ區(qū),細(xì)度模數(shù)為2.9,砂子含泥量為2.5%;粉煤灰:Ⅱ級(jí)灰,需水量比為96%,活性指數(shù)為95.6%;硅灰:由山東博肯硅材料有限公司生產(chǎn),硅含量為93%;減水劑:聚羧酸粉劑;早強(qiáng)劑:甲酸鈣;消泡劑:選用固體消泡劑。

        (二)試驗(yàn)儀器

        水泥膠砂攪拌機(jī):型號(hào)為JJ-5;水泥壓折一體機(jī):型號(hào)為TYE-300D;恒溫恒濕標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱:型號(hào)為HBY-40A。以上設(shè)備均由無錫建儀儀器機(jī)械有限公司生產(chǎn)。

        (三)試驗(yàn)方法

        灌漿料性能按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB/T 50448-2015(以下簡(jiǎn)稱“國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)”)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水泥基灌漿材料》JC/T 986-2018(以下簡(jiǎn)稱“行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)”)規(guī)定的方案進(jìn)行。水泥基灌漿材料配合比如表1所示。

        表1.水泥基灌漿材料配合比

        二、影響因素分析

        (一)砂膠質(zhì)量比對(duì)水泥基灌漿材料性能的影響

        1、砂膠質(zhì)量比對(duì)流動(dòng)性的影響

        本文分別進(jìn)行了砂膠質(zhì)量比為1、1.2、1.5的三組試驗(yàn)。通過試驗(yàn)發(fā)現(xiàn),隨著砂膠質(zhì)量比的增大,水泥基灌漿材料的初始流動(dòng)度和30min流動(dòng)度均有所下降,當(dāng)砂膠質(zhì)量比為1.5時(shí),30min流動(dòng)度不滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)Ⅲ類水泥基灌漿材料流動(dòng)度性能的要求。

        2、砂膠質(zhì)量比對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響

        經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn),當(dāng)砂膠質(zhì)量比為1時(shí),水泥基灌漿材料各個(gè)齡期的抗壓強(qiáng)度為最優(yōu);當(dāng)砂膠質(zhì)量比為1.5時(shí),1d抗壓強(qiáng)度不能滿足國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對(duì)A50等級(jí)灌漿料的力學(xué)強(qiáng)度要求。通過對(duì)水泥基灌漿材料初始流動(dòng)度、30min流動(dòng)度和力學(xué)強(qiáng)度等各項(xiàng)指標(biāo)的綜合分析,初步確定膠砂質(zhì)量比為1:1,并繼續(xù)進(jìn)行下一步試驗(yàn)。

        (二)水料比對(duì)水泥基灌漿材料性能的影響

        水料比是指水泥基灌漿材料中總用水量與全部組成材料總質(zhì)量的比。表2為水料比對(duì)水泥基灌漿材料的流動(dòng)性和抗折、抗壓強(qiáng)度的影響。

        表2.水料比對(duì)水泥基灌漿材料性能的影響

        從表2可看出,隨著水料比的增大,灌漿料的初始流動(dòng)度及30min流動(dòng)度均有不同程度的增大。水料比為0.15時(shí),初始流動(dòng)度為340mm,當(dāng)水料比降到0.12時(shí),流動(dòng)度降到270mm,不符合國(guó)家及行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。在相同減水劑摻量條件下,隨著水料比的增大,參與水泥水化的水分增多,其流動(dòng)性越好。但用水量過多時(shí),水泥基灌漿材料會(huì)產(chǎn)生泌水以及骨料沉降現(xiàn)象,強(qiáng)度會(huì)受到影響。

        同時(shí),隨著水料比的增大,水泥基灌漿材料的抗壓、抗折強(qiáng)度逐漸減小。其中,水料比對(duì)水泥基灌漿材料的1d抗壓強(qiáng)度影響最大,水料比為0.15的1d抗壓強(qiáng)度僅為12.6MPa,是水料比為0.12的1d抗壓強(qiáng)度的47%;水料比為0.15的28d抗壓強(qiáng)度為60MPa,是水料比為0.12的1d抗壓強(qiáng)度的68%。這表明,水料比對(duì)水泥基灌漿材料早期強(qiáng)度的影響最顯著,因此,在早期施工中應(yīng)該嚴(yán)格控制水料比。

        (三)砂子含泥量對(duì)水泥基灌漿材料性能的影響

        含泥量過高可能會(huì)影響水泥的正常水化、妨礙骨料與水泥膠結(jié)強(qiáng)度的充分發(fā)展。本小節(jié)研究了砂子含泥量對(duì)水泥基灌漿材料流動(dòng)性和力學(xué)性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果如圖1和表3所示。

        從圖1可看出,隨著砂子含泥量的提高,水泥基灌漿材料的初始流動(dòng)度和30min流動(dòng)度均逐漸變小,且對(duì)30min流動(dòng)度的影響最顯著。與用水洗過的砂子相比,當(dāng)含泥量為2.5%時(shí),水泥基灌漿材料的流動(dòng)性明顯變差,因此,在施工過程中,應(yīng)嚴(yán)格控制砂子含泥量或者添加適量的抑泥劑。

        圖1.含泥量對(duì)水泥基灌漿材料流動(dòng)性的影響

        表3.含泥量對(duì)灌漿料強(qiáng)度的影響

        從表3可看出,隨著砂子含泥量的提高,水泥基灌漿材料的抗壓、抗折強(qiáng)度均出現(xiàn)不同程度降低。主要原因是泥隱藏于骨料與水泥膠結(jié)處,降低了骨料與水泥粘結(jié)的強(qiáng)度。當(dāng)砂子含泥量為2.5%時(shí),水泥基灌漿材料的抗壓、抗折強(qiáng)度最高。含泥量為0時(shí),水泥基灌漿材料的抗折、抗壓強(qiáng)度偏低,可能是在沖洗過程中砂子的顆粒級(jí)配出現(xiàn)短缺,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)孔隙不致密,從而對(duì)材料的抗折、抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生了影響。

        三、結(jié)語

        本文通過系列試驗(yàn)分析研究了砂膠質(zhì)量比、水料比、砂子含泥量等因素對(duì)水泥基灌漿材料流動(dòng)性能、力學(xué)性能的綜合影響,得出以下結(jié)論:

        (1)砂膠質(zhì)量比1:1、水料比0.13、砂子含泥量2.5%的水泥基灌漿材料的初始流動(dòng)度、30min流動(dòng)度分別為300mm、260mm,灌漿材料無泌水、離析現(xiàn)象,且1d、3d、28d抗壓強(qiáng)度均滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

        (2)水料比越大,水泥基灌漿材料流動(dòng)性能越好,但不同齡期的抗壓強(qiáng)度有所降低。

        (3)隨著砂膠質(zhì)量比的增大,水泥基灌漿材料的初始流動(dòng)度和30min流動(dòng)度均下降,抗壓強(qiáng)度也有所降低。

        (4)水泥基灌漿材料的初始流動(dòng)度和30min流動(dòng)度隨著砂子含泥量的增大而逐漸下降,其中砂子含泥量對(duì)30min流動(dòng)度的影響最明顯;隨著砂子含泥量增大,灌漿材料的抗壓、抗折強(qiáng)度也有所下降。

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