林躍忠,韓昕昊,陳玉開,李恩廣
(山東科技大學(xué)山東省土木工程防災(zāi)減災(zāi)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東 青島 266590)
水泥復(fù)合漿液具有價(jià)格低、強(qiáng)度大、工藝簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn),是工程中常用的注漿漿液。但是水泥的析水率大、凝結(jié)時(shí)間長(zhǎng)等缺點(diǎn),導(dǎo)致在注漿過程中來不及凝結(jié),被流水沖刷而流失,而且水泥復(fù)合漿液后期存在易開裂的問題,導(dǎo)致后期的強(qiáng)度無法保證。因此,國內(nèi)外的探究主要是集中在提高水泥復(fù)合漿液的流動(dòng)性、結(jié)實(shí)率以及析水率等問題,主要采用的方法就是采用復(fù)合漿液來改善水泥漿特性。因?yàn)椴捎脧?fù)合漿液可以有效地改善水泥的脆性和凝結(jié)時(shí)間的問題,來提高水泥的粘度和強(qiáng)度。
本文采用的是以礦渣粉、石英粉和水泥為材料,分別研究了不同摻量礦渣粉和石英粉對(duì)該漿液的抗壓強(qiáng)度、流動(dòng)性和析水率的影響,從而產(chǎn)生一種造價(jià)低的注漿材料。
本文采用的基本材料是硅酸鹽水泥、礦渣粉和石英粉。
將石英粉、礦渣粉、水泥和水混合后進(jìn)行快速攪拌,攪拌大約3min后進(jìn)行粘度和流動(dòng)性的測(cè)定,測(cè)定完,混合攪拌3min,進(jìn)行試塊的制作和析水率的測(cè)定,養(yǎng)護(hù)3d,7d,28d后進(jìn)行結(jié)石率和立方體抗壓強(qiáng)度的測(cè)定。
試驗(yàn)選擇水灰比為0.5:1,按照礦渣粉含量(10%、20%、30%)和石英粉含量(5%、10%、15%)以及養(yǎng)護(hù)時(shí)間的不同,設(shè)計(jì)了9組不同的試驗(yàn),分別進(jìn)行粘度、流動(dòng)性、析水率、結(jié)石率和立方體抗壓強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn),并經(jīng)過分析得出效果最好的配合比。
2.4.1 粘度
①在測(cè)試前先用水把濾斗和量杯洗干凈來確保正常流動(dòng)。
②在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),用左手堵住漏斗的口,右手握住漏斗,將漿液倒入漏斗中。
③將燒杯放置在漏斗口下,松開左手的同時(shí)記錄時(shí)間,當(dāng)燒杯中的漿液滿后,停止時(shí)間并記錄。
④連續(xù)測(cè)兩次,取平均值。
2.4.2 流動(dòng)性
①將透明塑料板放置在水平面,用水潤(rùn)濕塑料板,使其表面濕潤(rùn)并不帶水跡。
②將模具放置在塑料板中間,倒入漿液,抹平模具口。
③提起模具,記錄兩個(gè)不同方向的長(zhǎng)度,取平均值,即流動(dòng)度值。
④重復(fù)進(jìn)行如上步驟。
2.4.3 析水率
將復(fù)合漿液倒入250mL的量筒內(nèi),大約倒入200mL時(shí)記錄初始高度(H1),再2h后記錄漿液的最終高度(H2),2h后析出的高度(初始高度與2h后高度的差)與H1的比值就是析水率。在倒入量筒的過程中,應(yīng)當(dāng)避免碰到杯壁和放置量筒抖動(dòng)。
2.4.4 結(jié)石率
將漿液倒入70.7mm模具中,24h后拆模,用尺子在試塊的三個(gè)方向上測(cè)其高度,多測(cè)幾組取平均值,試塊與模具的高度之比就是結(jié)石率。
2.4.5 立方體抗壓強(qiáng)度
將漿液倒入70.7標(biāo)準(zhǔn)模具中,24h后拆模,養(yǎng)護(hù)3d、7d、28d,到養(yǎng)護(hù)時(shí)間后取出,測(cè)其立方體抗壓強(qiáng)度,每組三個(gè)試塊,取其平均值。
本實(shí)驗(yàn)的配合比如表1所示。
水泥基漿液配合比 表1
經(jīng)試驗(yàn)所得,流動(dòng)性越好說明其擴(kuò)散的范圍越大,漿液的流動(dòng)性能越好,越容易流下。礦渣粉—石英粉—水泥基漿液的流動(dòng)性試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。
礦渣粉-石英粉-水泥基漿液流動(dòng)性試驗(yàn)結(jié)果 表2
水灰比為0.5的漿液流動(dòng)性如表2所示。可得到結(jié)論:
①漿液的流動(dòng)度值保持在150mm~200mm之間;
②與水泥漿液相比,礦渣粉摻量10%,石英粉摻量10%的時(shí)候,流動(dòng)性最好。
粘度值越大,說明漿液的流動(dòng)性能越差。礦渣粉—石英粉—水泥基漿液的粘度試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。
液粘度試驗(yàn)結(jié)果 表3
其中粘度的校正公式為:
α為校正后的粘度值;B為清水的標(biāo)準(zhǔn)值(本文取15s);D為實(shí)測(cè)漿液的粘度值;W為實(shí)測(cè)水的粘度值。
圖1 不同配合比對(duì)粘度的影響
從表3中可得在水灰比為0.5的時(shí)候,漿液的粘度值范圍在47s~130s,其變化范圍較大,但總體來看,其粘度值保持在60s~130s。
不同的配合比,對(duì)于漿液粘度的影響也是不同的,由表中可得,隨著礦渣粉摻量的增加(10%、20%),漿液的粘度隨之降低??偟膩碚f,石英粉摻量越多,粘度值越低;礦渣粉摻量越大,粘度值越高。
漿液的穩(wěn)定性隨著析水率的增加而降低,析水率越小漿液的穩(wěn)定性越好。礦渣粉—石英粉—水泥基漿液的析水率試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。
結(jié)石率與漿液的穩(wěn)定性成反比,即與析水率成反比。結(jié)石率越高,其漿液的穩(wěn)定性越好;反之,結(jié)石率越低,其穩(wěn)定性越差。礦渣粉-石英粉-水泥基漿液的結(jié)石率試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。
析水率、結(jié)石率試驗(yàn)結(jié)果 表4
其中,結(jié)石率的計(jì)算公式為:
H1為試塊的高度值,H2為標(biāo)準(zhǔn)模具的高度值(70.7mm)
圖2 不同配合比對(duì)析水率的影響
從表4中可得:礦渣粉和石英粉的摻量對(duì)于復(fù)合漿液的析水率影響不大。
在水灰比為0.5時(shí),復(fù)合漿液的結(jié)石率均在97.7%~99.9%。隨著礦渣粉摻量的提高,其漿液的結(jié)石率越低;而隨著石英粉的摻量提高,漿液的結(jié)石率越高。這說明,石英粉摻量多的漿液結(jié)石率要比礦渣粉摻量多的結(jié)石率好。
立方體抗壓強(qiáng)度對(duì)于漿液來說是一個(gè)具有代表性的標(biāo)志,強(qiáng)度越高,說明漿液的能力越好。礦渣粉—石英粉—水泥基漿液的立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。
強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果 表5
在水灰比為0.5時(shí),純水泥漿液的抗 壓 強(qiáng) 度 3d 為 14.32MPa;7d 為20.97MPa;28d 的為 35.37MPa。從表5中可以得出:石英粉摻量為5%時(shí),礦渣粉含量越多,立方體抗壓強(qiáng)度越低;石英粉摻量為10%時(shí),礦渣粉含量越多,立方體抗壓強(qiáng)度越高。礦渣粉含量一定時(shí),石英粉含量越多,立方體抗壓強(qiáng)度越低。
圖3 養(yǎng)護(hù)期為3d的抗壓強(qiáng)度曲線
圖4 養(yǎng)護(hù)期為7d的抗壓強(qiáng)度曲線
圖5 養(yǎng)護(hù)期為28d的抗壓強(qiáng)度曲線
在礦渣粉摻量10%,漿液的流動(dòng)性最好;石英粉摻量越多,漿液粘度值越低;礦渣粉摻量越大,漿液粘度值越高;漿液的析水率大小隨著石英粉和礦渣粉的摻量的增加而降低,而且礦渣粉對(duì)漿液析水率的影響比石英粉對(duì)其的影響更大;隨著礦渣粉摻量的提高,其漿液的結(jié)石率越低;而隨著石英粉的摻量提高,漿液的結(jié)石率越高。