劉運(yùn)思，肖坤浩，劉澤，馬兆生

（1.湖南科技大學(xué)，湖南湘潭 411201；2.浙江省交通集團(tuán)高速公路溫州管理中心，浙江溫州 325000）

0 引言

隨著我國公路交通建設(shè)的不斷發(fā)展，我們?cè)谧非笮蕰r(shí)也更加注重工程質(zhì)量安全。其中許多漿砌片石擋土墻隨著運(yùn)營(yíng)時(shí)間長(zhǎng)，墻面砂漿風(fēng)化嚴(yán)重會(huì)出現(xiàn)垮塌、開裂以及整體強(qiáng)度低的問題[1]。在整治方案中不能中斷交通、施工安全、施工條件、經(jīng)濟(jì)等因素的影響下，決定采用側(cè)面注漿加固方法，因此，本文分析出不同含砂率水泥漿配比的運(yùn)動(dòng)黏度[2]為后續(xù)水泥漿的選取做依據(jù)。

其中張喬生[3]按照國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土外加劑勻質(zhì)試驗(yàn)方法》（GB/T 8077—2012）中的相關(guān)要求，測(cè)定了以兩種緩凝劑蔗糖和HNJ-10 為研究對(duì)象摻入之后水泥漿的流動(dòng)性和力學(xué)性能的影響，結(jié)果表明緩凝劑蔗糖推薦最佳加量為2.0%，而緩凝劑HNJ-10 的最佳加量為1.0%。夏國輝等[4]研究了聚丙烯酰胺（PAM）對(duì)水泥漿體流動(dòng)度的影響規(guī)律。歐志華等[5]采用NDJ-1B 型旋轉(zhuǎn)黏度計(jì)分析了硫酸鈉對(duì)纖維素醚溶液和纖維素醚改性水泥漿的黏度的影響，結(jié)果表明當(dāng)硫酸鈉超過一定比例時(shí)，可以使纖維素醚發(fā)生鹽析，使纖維素醚失去對(duì)水泥漿的增黏作用；不同種類的纖維素醚，發(fā)生鹽析時(shí)的最低硫酸鈉摻量不同。王振華[6]主要研究摻入膨潤(rùn)土的低彈性模量水泥漿的流變性能。陳錫[7]測(cè)試水泥砂漿的流動(dòng)度及水泥凈漿的流變參數(shù)，研究石粉顆粒特性對(duì)水泥砂漿流動(dòng)性的影響規(guī)律，結(jié)果表明不同顆粒級(jí)配的石粉對(duì)水泥凈漿和砂漿流動(dòng)性不同，顆粒越小，對(duì)流動(dòng)度、塑性黏度和屈服應(yīng)力的影響越顯著。岳琴等[8]試驗(yàn)表面，通過調(diào)整合適配方及摻量，用丙烯酸羥乙酯表面活性劑與醇胺類外加劑混合，改進(jìn)開發(fā)了一種新型流動(dòng)型水泥外加劑。外加劑能夠有效改善水泥粉體流動(dòng)性，有利于防止水泥結(jié)庫，且對(duì)水泥的物理性能無影響。因此，本文試驗(yàn)出水泥漿流動(dòng)性能，分析出漿液在擋墻中流動(dòng)性能為后續(xù)選取最佳配合比提供參考依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料與儀器

細(xì)砂、32.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥、漏斗黏度計(jì)、秒表、電子秤、量筒等。

1.2 試樣原理與方法

制備不同含砂率（0、15%、30%、40%、50%、60%）的水泥漿（水灰比1:0.5、1:0.75、1:1、1:1.25），采用1006 型泥漿黏度計(jì)測(cè)量其流動(dòng)性。

基于流動(dòng)性試驗(yàn)結(jié)果分析不同含砂率漿液流動(dòng)性、動(dòng)切力與時(shí)間，分析含砂率及水灰比對(duì)水泥漿流動(dòng)性的影響。

1.3 水泥漿黏度試驗(yàn)

黏度試驗(yàn)主要步驟。

（1）先準(zhǔn)備32.5 型號(hào)水泥和細(xì)砂（細(xì)度模數(shù)2.2~1.6、平均粒徑為0.35~0.25mm）。

（2）按水灰比為1:0.5、1:0.75、1:1、1:1.25 分別對(duì)應(yīng)不同含砂率（0、15%、30%、40%、50%、60%）來制備水泥漿，充分?jǐn)嚢杈鶆颉?/p>

（3）試驗(yàn)進(jìn)行測(cè)量時(shí)采用1006 型號(hào)泥漿黏度計(jì)。先按上述比例稱量適當(dāng)?shù)乃?、水泥、?xì)砂，配置700mL水泥漿。固定好黏度計(jì)并且流水口用手指堵住，不讓其流出；在將配備的500mL 量杯置于流出口下，然后放開堵住的出口手指，同時(shí)開動(dòng)秒表，當(dāng)流出的泥漿流滿500mL 量筒即達(dá)到它的邊緣，停止計(jì)時(shí)；記錄下所用的時(shí)間，該時(shí)間為漿液的漏斗黏度，測(cè)砂漿黏度如圖1 所示。同時(shí)按照式（1）計(jì)算出密度。

圖1 測(cè)砂漿黏度

式中：ρ——水泥漿密度，kg/m3；m——水泥漿質(zhì)量，kg；V——水泥漿體積，m3。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

探索水泥漿黏度發(fā)展規(guī)律。試驗(yàn)獲得了不同水灰比和不同含砂率的水泥漿的漏斗黏度如圖2 所示。

圖2 不同配合比下水泥漿漏斗黏度變化

由于在后續(xù)漿液擴(kuò)散半徑和圓管中流動(dòng)速度等計(jì)算中規(guī)范要求用的是漿液的動(dòng)力黏度而不是漏斗黏度，因此二者可通過式（2）和式（3）進(jìn)行換算。

式中：ν——試樣運(yùn)動(dòng)黏度，mm2/s；A——試樣漏斗黏度，s。

其中，動(dòng)力黏度和運(yùn)動(dòng)黏度的關(guān)系式：

式中：μ——試樣動(dòng)力黏度，mPa·s；ρ——漿液密度，g/cm3。

其中各含砂率下水泥漿運(yùn)動(dòng)黏度與水灰比的關(guān)系曲線如圖3 所示。還有4 種水灰比下水泥漿運(yùn)動(dòng)黏度與含砂率的關(guān)系曲線圖如圖4 所示。從中可知，總體上黏度隨著水灰比和含砂率的增加而增加。

圖3 不同含砂率下水灰比與水泥漿運(yùn)動(dòng)黏度關(guān)系曲線

圖4 4 種水灰比下含砂率與水泥漿運(yùn)動(dòng)黏度關(guān)系曲線

從圖3 可知，①純水泥漿下（即含砂率0），運(yùn)動(dòng)黏度變化極小，當(dāng)水灰比為1 時(shí)，幾乎沒有變化。其中一方面是水泥顆?？梢院退l(fā)生反應(yīng)，并且由于重力下沉，使得有潤(rùn)滑作用的水分子充分聚集。另一方面水泥顆粒過小，本身黏聚力也不夠。②含砂率0%~30%的3條曲線基本上變化不大，說明此時(shí)細(xì)砂并沒有發(fā)揮很大作用。③40%和50%兩條曲線可以看出，當(dāng)水灰比中水比較多時(shí)，曲線比較平緩。隨著水灰比減小，曲線斜率逐漸增大，呈非線性。④因此說明水泥摻量為30%以下時(shí)，對(duì)水泥漿的運(yùn)動(dòng)黏度影響和變化不大，從大于30%開始，水泥摻量對(duì)運(yùn)動(dòng)黏度的影響逐漸增加，其中60%時(shí)摻砂量最大。

從圖4 可知，①在水灰比1:0.5 和1:0.75 時(shí)，曲線變化趨勢(shì)相似，且運(yùn)動(dòng)黏度隨著含砂率增加也基本變化不大。②而水灰比為1:1 和1:1.25 時(shí)，含砂率30%之前曲線平緩，斜率不變，大于30%之后，斜率便逐步增加，其中對(duì)于水灰比1:1 而言，在含砂率30%~50%，處于呈線性增加，斜率基本不變，即增長(zhǎng)趨勢(shì)不變，水灰比1:1.25 時(shí)，斜率有所波動(dòng)，屬于正常狀態(tài)，總體依舊是持續(xù)增加。③大體上，在同一水灰比的條件下，當(dāng)含砂率不大于30%時(shí)，含砂率增加黏度變化較小，曲線趨于平緩。但是當(dāng)含砂率大于50%時(shí)，隨著含砂率的增加黏度迅速增大，曲線斜率逐步增加，因此就流動(dòng)性來說，含砂率60%不太適用于注漿實(shí)際工程中。

其中，黏度作為水泥漿流動(dòng)性的一個(gè)參數(shù)，同時(shí)也是后續(xù)計(jì)算漿液擴(kuò)散半徑的一個(gè)主要指數(shù)，同時(shí)擴(kuò)散半徑和規(guī)律還和流型有關(guān)，如冪律流體、牛頓流體、賓漢流體等不同流型。

再將含砂率為0 也就是純水泥漿單獨(dú)拿出來，可得到純水泥漿運(yùn)動(dòng)黏度與水灰比關(guān)系，如圖5 所示。從中我們可以看出，當(dāng)水灰比為0.8~1.4 之間時(shí)，隨著水灰比增加水泥漿的運(yùn)動(dòng)黏度呈非線性減小。符合冪函數(shù)關(guān)系式。當(dāng)水灰比1.4~2.0 時(shí)，隨著水灰比的增加水泥漿運(yùn)動(dòng)黏度呈線性關(guān)系，直至接近于純水的運(yùn)動(dòng)黏度，將會(huì)趨于平穩(wěn)。此純水泥漿的運(yùn)動(dòng)黏度曲線分析也可以為后續(xù)摻其他物質(zhì)例如：粉煤灰、礦渣、或者黃土等物質(zhì)與純水泥漿做對(duì)比試驗(yàn)用于參考。

圖5 純水泥漿黏度與水灰比關(guān)系

當(dāng)然，水泥漿流動(dòng)性影響不僅僅只受到水灰比和含砂率，還有時(shí)間、溫度等其他影響。因?yàn)橛兴嗨磻?yīng)過程影響，中間會(huì)釋放熱能，導(dǎo)致溫度升高，而且會(huì)有凝固。因此通常水泥漿的黏度會(huì)隨著水化溫度升高和時(shí)間的延長(zhǎng)而增大。

在水泥漿配合比中，水:水泥:細(xì)砂=3:3:4 較符合規(guī)范以及實(shí)際工程的流動(dòng)性要求，且符合水灰比為1:0.5和1:0.75，含砂率為30%~50%，因此可得到該配合比下運(yùn)動(dòng)黏度和動(dòng)力黏度。其中密度1.65g/cm3，因此其中運(yùn)動(dòng)黏度ν=0.08 189cm2·s-1和動(dòng)力黏度μ=0.135mPa·s。當(dāng)然具體水泥漿配合比還需要繼續(xù)進(jìn)行抗壓、抗剪等試驗(yàn)操作，流動(dòng)性指標(biāo)結(jié)合其他指標(biāo)，確定最佳注漿參數(shù)，同時(shí)也可以根據(jù)實(shí)際工程需要摻入適量的速凝劑或玻璃水，以此滿足不同的流動(dòng)半徑。

3 結(jié)論

通過不同水灰比及含砂率的水泥漿的流動(dòng)性進(jìn)行試驗(yàn)，可以得出以下結(jié)論。①黏度隨著摻砂率和水灰比的增加而增大，且當(dāng)含砂率不大于30%時(shí)，含砂率增加黏度變化較小，含砂率到達(dá)50%時(shí)，黏度會(huì)增加較大。②含砂率為30%以下時(shí)，運(yùn)動(dòng)黏度基本上變化不大，因此逐漸范圍比較寬廣，但是漿液流失性也比較高，水泥漿利用率較低。當(dāng)含砂率為60%時(shí)，運(yùn)動(dòng)黏度過大，水泥漿流動(dòng)性較低，不利于漿液進(jìn)行注漿加固墻體內(nèi)部流動(dòng)，因此含砂率選擇30%~50%較合適。③而水灰比為1:0.5 和1:0.75 時(shí)，漿液運(yùn)動(dòng)黏度過小，容易造成漿液流失造成浪費(fèi)。因此水灰比1:1 和1:1.25 比較適合注漿。④最終漿液配合比，還需考慮抗剪強(qiáng)度系數(shù)，抗壓性能等其他所需方面，因此本文流動(dòng)性試驗(yàn)研究可給后續(xù)實(shí)際研究需要提供參考。