安亞強(qiáng) 張 偉 武 強(qiáng) 馬夢(mèng)娜 丁 瑤

（1.陜西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院 土木工程學(xué)院，陜西 咸陽(yáng) 712000；2.浙江華東工程咨詢有限公司，浙江 杭州 712100）

錨桿支護(hù)作為邊坡加固防護(hù)的主要形式之一，因其具有工藝簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉而被廣泛應(yīng)用。水泥漿作為錨桿孔的主要灌漿材料之一，對(duì)于鎖錨、增強(qiáng)邊坡強(qiáng)度都有很重要的作用。水泥漿由水泥和水按一定比例配置而成的混合漿液，有時(shí)還會(huì)加入一些外加劑和摻合料以改善其流動(dòng)性而更適用于實(shí)際工程。目前，工程中普遍通過(guò)加入減水劑等以改善水泥漿的凝結(jié)時(shí)間和流變性而達(dá)到控制性灌漿的目的[1]。

減水劑的減水機(jī)理是水泥在水化過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生的絮凝狀結(jié)構(gòu)，加入減水劑后使水泥-水體系處于相對(duì)穩(wěn)定的懸浮狀態(tài)，且使加水初期的絮凝狀結(jié)構(gòu)分散解體釋放出自由水，從而起到改善水泥漿流變性能的目的[2]。此外，水泥漿中加入減水劑之后，因減水劑的摻入使得水化反應(yīng)的接觸面積增大加速了水化反應(yīng)速度，水泥漿的凝結(jié)時(shí)間顯著縮短[3]。

金沙江某水電站引水發(fā)電進(jìn)口二級(jí)邊坡的錨索孔采用摻有減水劑的水泥漿澆灌錨索孔，但在施工中發(fā)生了跑漿、漏漿、塌孔和堵管的情況，針對(duì)此種工程實(shí)際問(wèn)題，本文從摻減水劑的水泥漿的凝結(jié)時(shí)間、流動(dòng)性和強(qiáng)度三方面展開(kāi)對(duì)摻減水劑的水泥凈漿性能的研究，以期獲得單摻減水劑的水泥漿凝結(jié)時(shí)間與強(qiáng)度的發(fā)展規(guī)律，來(lái)指導(dǎo)實(shí)際工程的順利施工。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)所用水泥為峨勝PO42.5型普通硅酸鹽水泥，其基本性能均滿足普通硅酸鹽水泥要求。減水劑采用四川某公司生產(chǎn)的JC聚羧酸鹽高性能減水劑，最大減水率是20%，推薦產(chǎn)量為1%，細(xì)骨料為中等河砂，細(xì)度模數(shù)2.83，含泥量小于3%。

1.2 方法

1.2.1 試驗(yàn)設(shè)備

水泥漿體Marsh時(shí)間自動(dòng)測(cè)定儀，也稱作馬歇爾漏斗Marsh筒，用于測(cè)定含有外加劑的水泥漿體的流動(dòng)性能，用該法研究確定水泥與外加劑的適應(yīng)性，具有簡(jiǎn)便、快捷、試驗(yàn)誤差小、敏感性好特點(diǎn)，可以直接確定摻有外加劑的水泥漿的流動(dòng)性和其他相關(guān)性能。

1.2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

考慮到減水劑摻量和水灰比影響到水泥漿的凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度大小，本試驗(yàn)根據(jù)工程現(xiàn)場(chǎng)灌漿經(jīng)驗(yàn)取水灰比分別為0.5、0.55、0.58和0.6，減水劑摻量結(jié)合廠家推薦用量和施工現(xiàn)場(chǎng)的摻加量取四組水平，主要研究水灰比和減水劑摻量對(duì)水泥漿凝結(jié)時(shí)間、流動(dòng)性和強(qiáng)度的影響規(guī)律。

試驗(yàn)的配合比設(shè)計(jì)根據(jù)相關(guān)規(guī)程《水泥基灌漿材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（GB/T 50448-2015）和《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法(ISO法)》（GB/T 17671-1999）規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)，減水劑的摻量參照規(guī)范《聚羧酸系高性能減水劑》（JGT 223-2017）和《水泥與減水劑相容性試驗(yàn)方法》（JC/T 1083-2008）規(guī)定的方法，摻量以膠凝材料用量百分?jǐn)?shù)計(jì)量。具體試驗(yàn)配合比見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)配合比及結(jié)果

1.2.3 試驗(yàn)方法及試件制作

本試驗(yàn)中水泥漿凝結(jié)時(shí)間參照《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢驗(yàn)方法》（GB/T1346）規(guī)定測(cè)定。

水泥漿的流動(dòng)度測(cè)定方法采用《水泥與減水劑相容性試驗(yàn)方法》（JC/T 1083-2008）中的Marsh筒法進(jìn)行測(cè)定Marsh度值。

水泥漿強(qiáng)度參照GB/T17671-1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》規(guī)范，結(jié)合相關(guān)學(xué)者的研究[4]中的有關(guān)做法進(jìn)行試驗(yàn)研究?？箟簭?qiáng)度的標(biāo)準(zhǔn)試件應(yīng)該采用尺寸為40mm×40mm×160mm的棱柱體[5]，凝結(jié)3d、7d后再對(duì)試件進(jìn)行抗壓強(qiáng)度的測(cè)定。

2 結(jié)果與分析

本次試驗(yàn)共21組配合比，每組配合比試驗(yàn)包括3組3d抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)和3組7d抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，均在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下養(yǎng)護(hù)，具體的試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1。

2.1 凝結(jié)時(shí)間分析

根據(jù)表1中水泥漿的凝結(jié)時(shí)間數(shù)據(jù)，得到不同水灰比和不同減水劑摻量的水泥漿的凝結(jié)時(shí)間的影響規(guī)律如圖1所示。

圖1 水灰比和減水劑摻量對(duì)水泥漿凝結(jié)時(shí)間的影響

由圖1可得，隨著減水劑摻量增加，不同水灰比下水泥漿初凝時(shí)間先縮短后延長(zhǎng)，其中以減水劑摻量為2%時(shí)，各水灰比下水泥漿凝結(jié)時(shí)間最短。隨著水灰比增加，水泥漿初凝時(shí)間變化幅度是增加的，其中以水灰比為0.5時(shí)水泥漿初凝時(shí)間變化幅度最小。

試驗(yàn)中，水灰比為0.6時(shí)，摻減水劑的水泥漿的初凝時(shí)間為比普通硅酸鹽水泥的初凝時(shí)間最大可縮短16min。由此可知，可通過(guò)調(diào)整水灰比和減水劑摻量控制水泥漿的凝結(jié)時(shí)間在一定范圍內(nèi)變化以滿足施工中對(duì)于水泥漿凝結(jié)硬化時(shí)間的要求。

2.2 流動(dòng)性分析

水泥漿的流動(dòng)性參考了《混凝土外加劑勻質(zhì)性試驗(yàn)方法》（GB/T 8077-2012）等規(guī)范中關(guān)于水泥凈漿流動(dòng)性測(cè)定的方法，采用工程實(shí)際中普遍使用的Marsh筒來(lái)檢驗(yàn)流動(dòng)性較大的水泥漿的流動(dòng)性。大流動(dòng)性的水泥漿在灌注錨索孔時(shí)既可以及時(shí)封閉錨索孔內(nèi)部孔壁的裂隙，又可增強(qiáng)錨索孔強(qiáng)度，以便加固邊坡或者地基，保證結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。本試驗(yàn)中不同水灰比下不同摻量的減水劑與水泥漿的流動(dòng)性規(guī)律如圖2所示。

由圖2可知，隨著減水劑摻量增加，水泥漿的流動(dòng)性不斷增加并趨于穩(wěn)定，水泥漿的Marsh度不斷降低并趨于穩(wěn)定，表明低水灰比摻加減水劑后流動(dòng)性普遍轉(zhuǎn)好，減水劑摻量達(dá)3%之后，流動(dòng)性趨于穩(wěn)定，變化不大。

圖2 水灰比和減水劑摻量對(duì)水泥漿流動(dòng)性的影響

由以上規(guī)律可知，摻有減水劑的水泥漿可通過(guò)減水劑摻量來(lái)有效控制水泥漿的流動(dòng)性，采用0.5的水灰比可有效控制水泥漿的Marsh度，有利于水泥凈漿順暢通過(guò)自流動(dòng)達(dá)到所需灌漿的錨索孔內(nèi)，達(dá)到填充密實(shí)目的。

2.3 強(qiáng)度分析

水泥膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)因加入標(biāo)準(zhǔn)砂提升了水泥漿的強(qiáng)度，不能真實(shí)反映水泥凈漿的真實(shí)強(qiáng)度，所以，本試驗(yàn)采用水泥漿體在膠砂試模中成型并試驗(yàn)，不同水膠比和減水劑摻量對(duì)水泥漿強(qiáng)度的影響規(guī)律如圖3所示。

由圖3可得出：

圖3 水灰比和減水劑摻量對(duì)水泥漿抗壓強(qiáng)度的影響

（1）隨著減水劑摻量增加，水泥漿3d的早期強(qiáng)度和7d抗壓強(qiáng)度對(duì)任一種水灰比，都具有不斷減小的規(guī)律，這也體現(xiàn)了減水劑在一定程度上會(huì)降低水泥凈漿的早期強(qiáng)度。

（2）對(duì)于同一摻量減水劑的水泥漿，隨著水灰比減小其3d抗壓強(qiáng)度逐漸增大。

（3）水灰比小于0.55且減水劑摻量小于1%時(shí)，摻減水劑的水泥漿3d抗壓強(qiáng)度不低于10MPa，水灰比0.5且減水劑摻量1%時(shí)水泥漿早期強(qiáng)度比大于75%[6]。

從試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯然看出，大部分水泥漿的7d抗壓強(qiáng)度比3d抗壓強(qiáng)度稍高，只有部分水泥漿7d抗壓強(qiáng)度比3d抗壓強(qiáng)度有一定損失，究其原因主要在于隨著水化反應(yīng)趨于穩(wěn)定，水化產(chǎn)物中堿的濃度增加，對(duì)鈣礬石等水化產(chǎn)物有一定的腐蝕作用，所以出現(xiàn)了后期強(qiáng)度有損失的現(xiàn)象。

3 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)摻減水劑的水泥漿試驗(yàn)研究，經(jīng)過(guò)分析與對(duì)比，初步得出以下三條結(jié)論：

（1）水灰比、減水劑的摻量對(duì)水泥漿的凝結(jié)時(shí)間和強(qiáng)度有一定顯著的影響，水灰比越小，凝結(jié)時(shí)間越短，早強(qiáng)強(qiáng)度越大；不同水灰比，減水劑摻量為1%～3%時(shí)水泥漿凝結(jié)時(shí)間較短；減水劑摻量小于1%時(shí)，早期抗壓強(qiáng)度較好。

（2）水灰比小于0.55時(shí)，可通過(guò)減水劑摻量有效控制流動(dòng)性大小。若精確控制流動(dòng)性，可進(jìn)一步探究減水劑摻量在2%～3%范圍內(nèi)受水灰比的影響規(guī)律，并以期通過(guò)大量試驗(yàn)得到Marsh度與水灰比、減水劑摻量之間的本構(gòu)關(guān)系。

（3）為了保證水泥漿能夠在一定流動(dòng)性下灌滿填實(shí)錨索孔，不出現(xiàn)堵管，同時(shí)也能在水泥漿硬化前期具有足夠強(qiáng)度，需進(jìn)一步探究水灰比、減水劑摻量與凝結(jié)時(shí)間、Marsh度和抗壓強(qiáng)度之間的本構(gòu)關(guān)系，以便精準(zhǔn)控制水泥漿的凝結(jié)時(shí)間、早期強(qiáng)度和流動(dòng)性大小，使其符合工程現(xiàn)場(chǎng)施工條件的要求。