薛傳琦，李志新，車萬(wàn)通

(黑龍江省龍建路橋第五有限公司，黑龍江 哈爾濱 150070)

1 低溫灌漿料的原材料與制備

1.1 引言

由于各地區(qū)原材料不同，施工環(huán)境不同，導(dǎo)致灌漿料的配合比與制備方法在各地域也不相同。本文基于本地原材料，模擬低溫環(huán)境，應(yīng)用致密堆積理論，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)類比法確定灌漿料的配合比和制備方法。

1.2 原材料的選用

(1)原材料的選擇

由于灌漿料要以高強(qiáng)度材料作為骨料，以水泥作為膠凝材料，要具有自流性好、早強(qiáng)、高強(qiáng)、無(wú)收縮、微膨脹等特點(diǎn)。因此灌漿料原材料的選用有一定要求。要使用高強(qiáng)度水泥，聚羧酸減水劑以及高效減水劑防凍劑。

(2)原材料的性質(zhì)和參數(shù)

①硅酸鹽水泥

選用P·O52.5普通硅酸鹽水泥，其性能和化學(xué)成分見表1、表2。

表1 硅酸鹽水泥性能

表2 硅酸鹽水泥的化學(xué)成分

②硫鋁酸鹽水泥

硫鋁酸鹽水泥主要是以無(wú)水硫鋁酸鈣和硅酸二鈣為主要礦物組成的新型水泥。其化學(xué)成分與礦物見表3。

表3 硫鋁酸鹽水泥的化學(xué)成分與礦物

③砂子

砂子，是用1.18 mm口徑篩子篩出的，用于增強(qiáng)水泥的水化作用。

表4 1.18 mm孔徑砂的顆粒級(jí)配表

④膨脹劑

可以通過(guò)理化反應(yīng)引起體積膨脹的材料。

⑤硼砂

硼砂即四硼酸鈉，是非常重要的含硼礦物及硼化合物。通常為含有無(wú)色晶體的白色粉末，易溶于水。本實(shí)驗(yàn)硼砂含量Na2B4O7·10H2O不少于99.57%。

⑥石膏

石膏是單晶體系礦物，是主要化學(xué)成分為硫酸鈣的水合物。本試驗(yàn)用的是無(wú)水石膏即無(wú)水硫酸鈣，分子式CaSO4含量不少于97.0%。

⑦減水劑

減水劑的使用能減少混凝土的拌合用水量，所以會(huì)選用減水劑來(lái)降低對(duì)灌漿料流動(dòng)性影響。

試驗(yàn)選用黑龍江省寒地建筑科學(xué)研究院提供的聚羧酸系高性能減水劑(粉體)，其參數(shù)見表5。

表5 聚羧酸減水劑(粉體)

⑧防凍劑

根據(jù)建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JC475-2004(代替JC/T475-1992)防凍劑定義：能讓混凝土在負(fù)溫下硬化，并在規(guī)定養(yǎng)護(hù)條件下達(dá)到預(yù)期性能與足夠防凍強(qiáng)度的外加劑。它是一種能在低溫下防止物料中水分結(jié)冰的物質(zhì)。

1.3 制備設(shè)備、攪拌工藝

(1)灌漿料的制備設(shè)備

灌漿料的主要制備設(shè)備有2種。

JJ-5型水泥膠砂攪拌機(jī)，主要規(guī)格及技術(shù)參數(shù)：

①攪拌葉自轉(zhuǎn)時(shí)速度為285±10 140±5(r/min)，公轉(zhuǎn)時(shí)速度為125±1 062±5(r/min)。

②攪拌葉寬度135 mm。

③攪拌鍋容積5L，壁厚1.5 mm。

④攪拌葉與攪拌鍋之間的工作間隙為3±1 mm。

⑤外形尺寸：長(zhǎng)×寬×高為600×320×660(mm)

b截錐圓模，上口內(nèi)徑70 mm±0.5 mm，下口內(nèi)徑100 mm±0.5 mm，高度60 mm±0.5 mm。

(2)灌漿料制備的攪拌工藝

①稱取原材料，精確至5 g；用水量精確至1 g。

②用濕潤(rùn)的毛巾把攪拌鍋和攪拌葉濕潤(rùn)一下，不能在上面出現(xiàn)明水。將普通硅酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥、膨脹劑、石膏、水和減水劑加入攪拌器中，先緩慢攪拌，攪拌成漿體后加速攪拌3 min，攪拌均勻。(添加減水劑是應(yīng)注意勿使粉劑散落鍋外)。

③所有的膠凝材料成漿狀流動(dòng)后加入砂子，攪拌3 min。最后根據(jù)混合物的工作性能出料。

1.4 試驗(yàn)操作

(1)灌漿料流動(dòng)性試驗(yàn)操作

①提前把玻璃板和測(cè)量用的截錐圓模的內(nèi)壁用毛巾濕潤(rùn)，但是不能在上面出現(xiàn)明水。然后把截錐圓模放到玻璃板的中間位置再進(jìn)行測(cè)量。

②把水泥基灌漿料倒入截錐圓模里，倒?jié)M直到與上口水平；緩緩提起截錐圓模，讓灌漿料在無(wú)影響情況下自由流動(dòng)直到靜止。

③量出灌漿料流動(dòng)到最大時(shí)，灌漿料的直徑及和它垂直方向的直徑，將兩組數(shù)據(jù)記錄并計(jì)算平均值，要求精確到1 mm，作為灌漿料流動(dòng)度測(cè)量的初始值；

④將玻璃板上的灌漿料裝進(jìn)攪拌鍋內(nèi)，從加水?dāng)嚢栝_始計(jì)時(shí)，30 min時(shí)把攪拌鍋里的灌漿料重新試驗(yàn)，測(cè)出的結(jié)果為流動(dòng)度的30 min保留值。

2 膠凝材料對(duì)灌漿料流動(dòng)性影響試驗(yàn)研究

2.1 水泥品種摻量對(duì)灌漿料流動(dòng)性影響

(1)試驗(yàn)參數(shù)

為研究灌漿料流動(dòng)性，根據(jù)水泥品種摻量不同，進(jìn)行了共五組不同配合比試驗(yàn)。具體參數(shù)見表6。

表6 不同硫鋁酸鹽水泥摻量灌漿料配合比設(shè)計(jì)方案(單位：g)

(2)試驗(yàn)與分析

依據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，測(cè)量流動(dòng)性灌漿料在無(wú)影響情況下自由流動(dòng)直到靜止。量出灌漿料流動(dòng)最大直徑及和它垂直方向的直徑，記錄初始值和30 min時(shí)的值。具體試驗(yàn)結(jié)果流動(dòng)度(流動(dòng)性的一種量度)如表7所示。

表7 流動(dòng)度(單位：mm)

由表7可知，本實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的初始流動(dòng)度在310 mm到260 mm之間，30 min時(shí)的流動(dòng)度只有第一組還存在，二到四組基本失去流動(dòng)度。

根據(jù)水泥摻量對(duì)灌漿料流動(dòng)性影響測(cè)得的灌漿料流動(dòng)度，計(jì)算平均值繪制圖表，如圖1所示。

圖1 水泥品種摻量對(duì)灌漿料流動(dòng)性的影響

普通硅酸鹽水泥存在著配制灌漿料所不允許的缺點(diǎn)：凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)、早期強(qiáng)度較低，很難都符合灌漿的要求。而硫鋁酸鹽水泥則有早凝，早強(qiáng)的特點(diǎn)，與普通硅酸鹽水泥復(fù)合使用，灌漿料性能可以提高。

由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出：硫鋁酸鹽水泥摻量增加，會(huì)降低灌漿料流動(dòng)性；灌漿料的初始流動(dòng)度只是逐漸降低，而30 min后的流動(dòng)度，當(dāng)硫鋁酸鹽水泥摻量達(dá)到20%時(shí)，基本失去。

2.2 膠砂比對(duì)灌漿料流動(dòng)性影響

(1)試驗(yàn)參數(shù)

為研究灌漿料流動(dòng)性，根據(jù)膠砂比不同，進(jìn)行了共五組不同配合比試驗(yàn)。具體參數(shù)見表8。

表8 不同膠砂比灌漿料配合比設(shè)計(jì)方案(單位：g)

(2)實(shí)驗(yàn)與分析

依據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，測(cè)量流動(dòng)性灌漿料在無(wú)影響情況下自由流動(dòng)直到靜止。量出灌漿料流動(dòng)最大直徑及和它垂直方向的直徑，記錄初始值和30 min時(shí)的值。具體試驗(yàn)結(jié)果如表9所示。

表9 流動(dòng)度(單位：mm)

由表9可知，本實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的初始流動(dòng)度在230 mm到302 mm之間，30 min時(shí)的流動(dòng)度第一組基本失去流動(dòng)度。

根據(jù)膠砂比對(duì)灌漿料流動(dòng)性影響測(cè)得的灌漿料流動(dòng)度，計(jì)算平均值繪制圖表，如圖2所示。

圖2 膠砂比對(duì)灌漿料流動(dòng)性的影響

在膠砂比試驗(yàn)中，可以由表9直觀的看出隨著膠砂比增大，流動(dòng)度增大。當(dāng)膠砂比為1.0/0.90時(shí)，30 min時(shí)基本失去流動(dòng)性，當(dāng)膠砂比為1.0/0.70時(shí)，流動(dòng)度最優(yōu)，灌漿料的狀態(tài)最佳。

2.3 水膠比對(duì)灌漿料流動(dòng)性影響

(1)試驗(yàn)參數(shù)

為研究灌漿料流動(dòng)性，根據(jù)水膠比不同，進(jìn)行了共五組不同配合比試驗(yàn)。具體參數(shù)見表10。

表10 不同水膠比灌漿料配合比設(shè)計(jì)方案(單位：g)

(2)實(shí)驗(yàn)與分析

依據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，測(cè)量流動(dòng)性灌漿料在無(wú)影響情況下自由流動(dòng)直到靜止。量出灌漿料流動(dòng)最大直徑及和它垂直方向的直徑，記錄初始值和30 min時(shí)的值。具體試驗(yàn)結(jié)果如表11所示。

表11 流動(dòng)度(單位：mm)

由表11可知，本實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的初始流動(dòng)度在290 mm到360 mm之間，初始流動(dòng)度都較好，而30 min時(shí)的流動(dòng)度第一組、第二組流動(dòng)度較小。

根據(jù)水膠比對(duì)灌漿料流動(dòng)性影響測(cè)得的灌漿料流動(dòng)度，計(jì)算平均值繪制圖表，如圖3所示。

圖3 水膠比對(duì)灌漿料流動(dòng)性的影響

相關(guān)研究表明，水膠比小，水泥漿少，導(dǎo)致灌漿料沒(méi)有良好的流動(dòng)性。在本試驗(yàn)中，水膠比為0.24時(shí)，灌漿料的流動(dòng)性不好，整個(gè)漿體變現(xiàn)為粘稠的狀態(tài)。隨著水膠比增大，流動(dòng)性明顯增大，在水膠比為0.30時(shí)，流行性達(dá)到最好，漿體倒出后在玻璃板上呈現(xiàn)出一個(gè)均勻的圓餅形狀。由圖7能夠看出，水膠比與灌漿料流動(dòng)度成正比，且水膠比越大，初始流動(dòng)度和30 min流動(dòng)度之間的損失越小。

3 外加劑對(duì)灌漿料流動(dòng)性影響試驗(yàn)研究

3.1 減水劑對(duì)灌漿料流動(dòng)性影響

(1)試驗(yàn)參數(shù)

為研究灌漿料流動(dòng)性，根據(jù)減水劑用量不同，進(jìn)行了共四組不同配合比試驗(yàn)。具體參數(shù)見表12。

表12 不同減水劑用量灌漿料配合比設(shè)計(jì)方案(單位：g)

(2)試驗(yàn)與分析

依據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，測(cè)量流動(dòng)性灌漿料在無(wú)影響情況下自由流動(dòng)直到靜止。量出灌漿料流動(dòng)最大直徑及和它垂直方向的直徑，記錄初始值和30 min時(shí)的值。具體試驗(yàn)結(jié)果如表13所示。

表13 流動(dòng)度(單位：mm)

由表13可知，本實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的流動(dòng)度出現(xiàn)兩種狀態(tài)，在減水劑加入少于等于1‰時(shí)灌漿料沒(méi)有流動(dòng)性。當(dāng)減水都到千分之三時(shí)流動(dòng)性已經(jīng)達(dá)到較好狀態(tài)。

根據(jù)減水劑用量不同對(duì)灌漿料流動(dòng)性影響測(cè)得的灌漿料流動(dòng)度，計(jì)算平均值繪制圖表，如圖4所示。

圖4 減水劑用量對(duì)灌漿料流動(dòng)性的影響

減水劑的性能對(duì)水泥砂漿的加水率、流動(dòng)度有很大作用，本試驗(yàn)采用的是聚羧酸類減水劑。

由表13可以看出減水劑用量過(guò)小，灌漿料失去流動(dòng)性；水的摻量不變時(shí)，減水劑對(duì)流動(dòng)性起到絕對(duì)的影響，當(dāng)減水劑用量小于千分之三時(shí)灌漿料基本沒(méi)流動(dòng)性，隨著減水劑摻量增加，灌漿料流動(dòng)性增大，而且增大趨勢(shì)明顯。

3.2 膨脹劑對(duì)灌漿料流動(dòng)性的影響

(1)試驗(yàn)參數(shù)

為研究灌漿料流動(dòng)性，根據(jù)膨脹劑用量不同，進(jìn)行了共五組不同配合比試驗(yàn)。具體參數(shù)見表14。

表14 不同膨脹劑用量灌漿料配合比設(shè)計(jì)方案(單位：g)

(2)試驗(yàn)與分析

依據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，測(cè)量流動(dòng)性灌漿料在無(wú)影響情況下自由流動(dòng)直到靜止。量出灌漿料流動(dòng)最大直徑及和它垂直方向的直徑，記錄初始值和30 min時(shí)的值。具體試驗(yàn)結(jié)果如表15所示。

表15 流動(dòng)度(單位：mm)

由表15可知，本實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的初始流動(dòng)度在320 mm到299 mm之間，30 min時(shí)的流動(dòng)度在311 mm到297 mm之間，流動(dòng)度的處于上下浮動(dòng)。

根據(jù)膨脹劑用量不同對(duì)灌漿料流動(dòng)性影響測(cè)得的灌漿料流動(dòng)度，計(jì)算平均值繪制圖表，如圖5所示。

圖5 膨脹劑用量對(duì)灌漿料流動(dòng)性的影響

由圖5可以分析：灌漿料的流動(dòng)度隨膨脹劑用量的增加在一定范圍內(nèi)出現(xiàn)上下浮動(dòng)，但浮動(dòng)的范圍不是很大，這樣可以分析出膨脹劑對(duì)灌漿料的流動(dòng)性還是影響很小的。

3.3 防凍劑對(duì)灌漿料流動(dòng)性影響

(1)試驗(yàn)參數(shù)

為研究灌漿料流動(dòng)性，根據(jù)防凍劑劑用量不同，進(jìn)行了共四組不同配合比試驗(yàn)。具體參數(shù)見表16。

表16 不同防凍劑用量灌漿料配合比設(shè)計(jì)方案(單位：g)

(2)試驗(yàn)與分析

依據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，測(cè)量流動(dòng)性灌漿料在無(wú)影響情況下自由流動(dòng)直到靜止。量出灌漿料流動(dòng)最大直徑及和它垂直方向的直徑，記錄初始值和30 min時(shí)的值。具體試驗(yàn)結(jié)果如表17所示。

表17 流動(dòng)度(單位：mm)

由表17可知，本實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的初始流動(dòng)度前三組處于遞增第四組略微降低，30 min時(shí)的流動(dòng)度呈遞增趨勢(shì)。

根據(jù)防凍劑用量不同對(duì)灌漿料流動(dòng)性影響測(cè)得的灌漿料流動(dòng)度，計(jì)算平均值繪制圖表，如圖6所示。

圖6 防凍劑用量對(duì)灌漿料流動(dòng)性的影響

當(dāng)溫度降低，達(dá)到灌漿料冰點(diǎn)時(shí)，漿體中的水會(huì)出現(xiàn)結(jié)冰現(xiàn)象。加入防凍劑后，由灌漿料漿體的冰點(diǎn)下降，灌漿料漿體中水未全部結(jié)冰，這樣可以保證水泥的水化反應(yīng)持續(xù)進(jìn)行，降低溫度對(duì)水化過(guò)程的影響。

由圖6分析，防凍劑用量增加，在-5 ℃的環(huán)境中試驗(yàn)，灌漿料初始流動(dòng)度在第四組出現(xiàn)小幅波動(dòng)，前三組呈增加趨勢(shì)，但30 min后的流動(dòng)度一直在增加。

4 溫度對(duì)灌漿料流動(dòng)性影響試驗(yàn)研究

4.1 試驗(yàn)參數(shù)

為研究灌漿料流動(dòng)性，根據(jù)溫度不同，進(jìn)行了共四組不同配合比試驗(yàn)。具體參數(shù)見表18。

表18 不同溫度灌漿料配合比設(shè)計(jì)方案(單位：g)

4.2 試驗(yàn)與分析

依據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，測(cè)量流動(dòng)性灌漿料在不同環(huán)境溫度，無(wú)外界影響情況下自由流動(dòng)直到靜止。量出灌漿料流動(dòng)最大直徑及和它垂直方向的直徑，記錄初始值和30 min時(shí)的值。具體試驗(yàn)結(jié)果如表19所示。

由表19可知，本實(shí)驗(yàn)所測(cè)得的初始流動(dòng)度和30 min時(shí)的流動(dòng)度都呈遞增趨勢(shì)。

表19 流動(dòng)度(單位：mm)

根據(jù)溫度不同對(duì)灌漿料流動(dòng)性影響測(cè)得的灌漿料流動(dòng)度，計(jì)算平均值繪制圖表，如圖7所示。

圖7 溫度對(duì)灌漿料流動(dòng)性的影響

由圖10看出，溫度對(duì)灌漿料流動(dòng)性的影響較大，在其他摻量一定時(shí)，灌漿料流動(dòng)性隨環(huán)境溫度降低而增大。在低溫環(huán)境下灌漿料初始流動(dòng)性與30 min后的流動(dòng)度相差不是很大。

5 結(jié)論與展望

5.1 結(jié)論

(1)灌漿料的流動(dòng)性隨著水泥摻量中硫鋁酸鹽水泥摻量的增加而減小。

(2)隨著膠砂比的增大，灌漿料流動(dòng)性增大，當(dāng)膠砂比達(dá)到1.0/0.70時(shí)流動(dòng)度最優(yōu)。

(3)水膠比與灌漿料流動(dòng)度成正比，達(dá)到0.30時(shí)流動(dòng)度最優(yōu)。

(4)減水劑對(duì)灌漿料流動(dòng)度有很大的影響，減水劑用量增加灌漿料流動(dòng)度增加。

(5)膨脹劑對(duì)灌漿料的流動(dòng)性基本無(wú)影響。

(6)低溫環(huán)境下流動(dòng)度會(huì)比標(biāo)溫環(huán)境下流動(dòng)度要好。灌漿料流動(dòng)度隨溫度降低而增大。

5.2 展望

通過(guò)對(duì)灌漿料流動(dòng)度的試驗(yàn)研究，得到了大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論成果，為了促進(jìn)低溫灌漿料的深入發(fā)展，使低溫灌漿料能更早成熟的運(yùn)用到施工中去，還需要進(jìn)行更全面的研究：

(1)由于試驗(yàn)過(guò)程中存在著一定的誤差，一定程度上影響了對(duì)灌漿料流動(dòng)度的研究，試驗(yàn)環(huán)境不穩(wěn)定，試驗(yàn)儀器操作的熟練程度需要增加，數(shù)據(jù)也不夠達(dá)到很精確，希望以后的試驗(yàn)?zāi)芨晟啤?/p>

(2)本研究未加入硅灰，由于硅灰質(zhì)量輕提高整體的密實(shí)度和強(qiáng)度，L.G.Baltazar等研究表明硅灰對(duì)漿體流動(dòng)度有促進(jìn)作用。硅灰表面覆蓋了一層表面活性物質(zhì)，這種活性物質(zhì)使顆粒間的靜電斥力大于硅灰顆粒之間的凝聚力，使水泥顆粒進(jìn)一步分散。由于水泥顆粒的粒徑遠(yuǎn)大于硅灰的粒徑，所以硅灰在水泥之間起到了潤(rùn)滑作用。以上兩點(diǎn)原因都增加了水泥漿體的流動(dòng)度。