超細(xì)礦物摻合料對(duì)灌漿料性能影響

前言：本站為你精心整理了超細(xì)礦物摻合料對(duì)灌漿料性能影響范文，希望能為你的創(chuàng)作提供參考價(jià)值，我們的客服老師可以幫助你提供個(gè)性化的參考范文，歡迎咨詢。

摘要：采用微珠、超細(xì)礦粉、硅灰改性超細(xì)水泥制備超細(xì)水泥基灌漿材料，研究了不同種類的礦物摻合料對(duì)超細(xì)灌漿料工作性能和力學(xué)性能的影響。結(jié)果表明：隨著微珠和超細(xì)礦粉的摻入，超細(xì)灌漿料漿體粘度顯著下降，可灌性顯著提升，但隨著硅灰的加入，漿體粘度顯著增加，工作性能逐漸下降。從力學(xué)性能來(lái)看，相較于硅灰和微珠，采用超細(xì)礦粉制備的超細(xì)灌漿料7d和28d強(qiáng)度較高，相反，采用硅灰改性的水泥基超細(xì)灌漿料擁有更高的1d強(qiáng)度。在超細(xì)礦粉摻量為20%時(shí)，超細(xì)灌漿料擁有較好的工作性能、力學(xué)性能和滲透性能，其中，漿體的旋轉(zhuǎn)粘度為75.56MPa·s，1d、7d和28d抗壓強(qiáng)度分別為18.4MPa、55.1MPa和61.8MPa，滲透高度比可達(dá)90%。

關(guān)鍵詞：超細(xì)灌漿料；微珠；超細(xì)礦粉；硅灰

引言

水泥混凝土路面具有強(qiáng)度高、穩(wěn)定性好、養(yǎng)護(hù)費(fèi)用少、經(jīng)費(fèi)效益高等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于我國(guó)各級(jí)公路上[1]。但受設(shè)計(jì)強(qiáng)度、施工質(zhì)量、外界環(huán)境等因素的制約，我國(guó)水泥混凝土路面在使用一段時(shí)間之后，出現(xiàn)了不同程度的病害。在水泥混凝土路面病害中，裂縫破損最為普通、嚴(yán)重和復(fù)雜，裂縫的表現(xiàn)形式多種多樣，例如表面裂縫（龜裂），貫穿裂縫（橫向裂縫、縱向裂縫、交叉裂縫），板角斷裂以及化學(xué)反應(yīng)引起的裂縫[2]。隨著這種病害逐漸加大，各種補(bǔ)漏的材料也開始逐漸走進(jìn)了人們的視野。化學(xué)灌漿材料作為現(xiàn)階段修補(bǔ)裂縫使用最為廣泛的材料，具有滲透能力強(qiáng)、可灌性好、材料性能廣泛、實(shí)用性強(qiáng)、固化性能靈活可控等優(yōu)點(diǎn)[3]，但其材料成本高、施工復(fù)雜、耐久性不佳且有毒，給環(huán)境和人類帶來(lái)危害，與綠色建材發(fā)展的理念相違背[4]。因此專家學(xué)者把研究方向放在了水泥基材料上，但普通的硅酸鹽水泥類灌漿材料由于其顆粒粒徑大，難以滿足細(xì)微裂縫的灌漿要求[5]，相比普通水泥，超細(xì)灌漿水泥具有很好的[6]滲透性能，幾乎可以和化學(xué)漿材媲美，而且對(duì)環(huán)境友好[7]，采用超細(xì)水泥灌漿，不僅能保證堵漏效果，而且還可以降低堵漏成本[8]。因此，本文采用超細(xì)水泥制備超細(xì)水泥基灌漿材料，研究不同礦物摻合料對(duì)超細(xì)灌漿料性能的影響。

1試驗(yàn)部分

1.1原材料

水泥：超細(xì)水泥，比表面積960.1m2/kg，D50和D90分別為3.653μm、9.516μm，山東盈潤(rùn)智能新材料有限公司生產(chǎn)。超細(xì)礦渣粉：比表面積992m2/kg，7d活性指數(shù)135%，28d活性指數(shù)115%。硅灰：比表面積24201m2/kg，SiO2含量90.12%。微珠：比表面積1568m2/kg，深圳道特科技有限公司生產(chǎn)。減水劑：聚羧酸減水劑（粉劑），蘇州興邦化學(xué)建材有限公司生產(chǎn)。消泡劑：SD2481粉體消泡劑。纖維素醚：20w粘度。

1.2試驗(yàn)方法

工作性能測(cè)試：超細(xì)灌漿料的流錐流動(dòng)度按JT/T946—2014《公路工程預(yù)應(yīng)力孔道灌漿料（劑）》中附錄A的流動(dòng)度試驗(yàn)方法進(jìn)行；漿體的旋轉(zhuǎn)粘度測(cè)試按JC/T2190—2013《建筑干混砂漿用纖維素醚》附錄B中規(guī)定的測(cè)定方法進(jìn)行，試驗(yàn)先取400mL的超細(xì)灌漿料漿體置于燒杯中，然后采用2號(hào)轉(zhuǎn)子按60r/min的轉(zhuǎn)速進(jìn)行測(cè)量。力學(xué)性能測(cè)試：超細(xì)灌漿料的抗壓、抗折強(qiáng)度按GB/T17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》規(guī)定的方法進(jìn)行。滲透性能測(cè)試：超細(xì)灌漿料的滲透高度比測(cè)試方法如下：將1000mL玻璃量筒潤(rùn)洗后置于水平試驗(yàn)臺(tái)；將20～40目石英砂拌勻后用漏斗將其徐徐裝入玻璃量筒（漏斗出料口高于玻璃量筒口距離50mm），石英砂裝至玻璃量筒500mL位置處，使表面大致水平；將500mL清水通過漏斗徐徐灌入玻璃量筒（漏斗出料口高于玻璃量筒口距離50mm），并開始計(jì)時(shí)，讀取30min時(shí)液面的高度V1；將500mL攪拌均勻的超細(xì)灌漿料漿體通過漏斗徐徐灌入玻璃量筒（漏斗出料口高于玻璃量筒口距離50mm），并開始計(jì)時(shí)，讀取30min時(shí)超細(xì)水泥基灌漿材料漿體液面高度讀數(shù)V2；按下式（1）計(jì)算超細(xì)灌漿料的滲透高度比SH。超細(xì)灌漿料的攪拌方式采用BF400變頻高速攪拌機(jī)，轉(zhuǎn)速在0～8000r/min。（1）

1.3試驗(yàn)配合比及方案

試驗(yàn)配合比見表1。3種礦物摻合料均以內(nèi)摻取代超細(xì)水泥的形式加入，其中，微珠和超細(xì)礦粉的取代量分別為10%、20%、30%和40%，硅灰的取代量分別為5%、10%、15%和20%，水料比固定為0.5，漿液攪拌轉(zhuǎn)速控制在4000r/min，高速攪拌5min。然后，對(duì)攪拌均勻的漿體進(jìn)行工作性能、力學(xué)性能和滲透性能的測(cè)試，探究不同礦物摻合料種類和摻量對(duì)超細(xì)灌漿料性能的影響。

2結(jié)果與討論

2.1超細(xì)礦物摻合料對(duì)超細(xì)灌漿料工作性能的影響

為了改善超細(xì)灌漿料的各項(xiàng)性能，同時(shí)降低成本，分別在配方中摻入一定量的超細(xì)礦粉、硅灰和微珠，不同摻合料摻量下漿體的流動(dòng)性能和粘度變化趨勢(shì)如圖1～圖6所示。由圖1～圖6可知，微珠和超細(xì)礦粉的加入，能顯著降低漿體的粘度，這是由于微珠和超細(xì)礦粉的微集料和滾珠效應(yīng)所致，當(dāng)微珠和超細(xì)礦粉摻量分別為50%、40%時(shí)，漿體并未出現(xiàn)分層現(xiàn)象，且狀態(tài)良好。而隨著硅灰摻量的增加，漿體粘度顯著提高，此外，隨著粘度的增加，漿體的流動(dòng)性能也有一定的損失。與超細(xì)礦粉和微珠相比，硅灰比表面積較大，顆粒粒徑大部分在0.1～1μm之間，需水量顯著增加，從而使?jié){體整體粘度增加，流動(dòng)性能減弱。

2.2超細(xì)礦物摻合料對(duì)超細(xì)灌漿料力學(xué)性能的影響

2.2.1微珠摻量對(duì)灌漿料力學(xué)性能的影響

微珠摻量對(duì)灌漿料抗壓、抗折強(qiáng)度的影響如圖7、圖8所示。由圖可知，隨著微珠摻量的加入，超細(xì)灌漿料的抗壓、抗折強(qiáng)度整體呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，微珠摻量越高，超細(xì)灌漿料的早期強(qiáng)度降幅越明顯，當(dāng)微珠摻量達(dá)到40%時(shí)，灌漿料1d抗壓強(qiáng)度僅為1.2MPa，這是由于大量的微珠取代超細(xì)水泥所致，從而造成超細(xì)灌漿料早期水化產(chǎn)物大幅減少，因而早期強(qiáng)度較低。此外，通過28d強(qiáng)度數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，40%微珠摻量下漿體的抗壓、抗折強(qiáng)度相較于10%微珠摻量下的漿體，強(qiáng)度降幅分別為27.4%、44%。隨著水化齡期的增加，由于微珠摻入所引起的強(qiáng)度下降趨勢(shì)明顯減緩，這是由于微珠在水化后期參與水化反應(yīng)，對(duì)超細(xì)灌漿料的力學(xué)性能有一定改善作用。另外，從超細(xì)灌漿料的水化階段來(lái)看，0～7d為超細(xì)灌漿料強(qiáng)度的快速增長(zhǎng)期，7～28d為強(qiáng)度的穩(wěn)定期，這是由于超細(xì)水泥相較于普通硅酸鹽水泥比表面積更大，顆粒粒徑更小，因而早期水化活性更高。2.2.2超細(xì)礦粉摻量對(duì)灌漿料力學(xué)性能的影響。超細(xì)礦粉摻量對(duì)灌漿料抗壓、抗折強(qiáng)度的影響如圖9、圖10所示。由圖可知，隨著超細(xì)礦粉摻量的增加，超細(xì)灌漿料的抗壓、抗折強(qiáng)度均呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)，超細(xì)礦粉摻量為20%時(shí)，灌漿料的1d、7d和28d抗壓強(qiáng)度最高，分別為22.4MPa、55.1MPa和61.8MPa；超細(xì)礦粉摻量為30%時(shí)，各齡期的抗折強(qiáng)度最高，與微珠相比，超細(xì)礦粉的摻入對(duì)于超細(xì)灌漿料早期力學(xué)性能的提升更加顯著，這可能是由于隨著水化齡期增加全漿體內(nèi)部大量氫氧化鈣晶體聚集，而超細(xì)礦粉能與氫氧化鈣進(jìn)行二次水化反應(yīng)，大幅度降低漿體內(nèi)部中氫氧化鈣晶體數(shù)量，從而改善漿體內(nèi)部的孔隙結(jié)構(gòu)，提高超細(xì)灌漿料的抗壓、抗折強(qiáng)度。2.2.3硅灰摻量對(duì)灌漿料力學(xué)性能的影響。硅灰摻量對(duì)灌漿料抗壓、抗折強(qiáng)度的影響如圖11、圖12所示。由圖可知，硅灰的摻入對(duì)于超細(xì)灌漿料的力學(xué)性能影響顯著，隨著硅灰摻量增加，超細(xì)灌漿料1d、7d和28d強(qiáng)度逐漸下降，在硅灰摻量不超過10%時(shí)，抗壓、抗折強(qiáng)度降幅不明顯，而當(dāng)硅灰摻量大于10%時(shí)，強(qiáng)度顯著下降，這可能是由于過多的硅灰加入致使?jié){體的需水量增加，漿體內(nèi)孔隙增多，從而造成強(qiáng)度的下降。此外，通過與單摻微珠和超細(xì)礦粉的灌漿料1d強(qiáng)度對(duì)比，我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)微珠、超細(xì)礦粉和硅灰摻量均固定為10%時(shí)，硅灰改性超細(xì)水泥制備的超細(xì)灌漿料1d抗壓強(qiáng)度最高為22.9MPa，這是由于硅灰中的二氧化硅和水泥的水化產(chǎn)物氫氧化鈣以及水化硅酸鈣反應(yīng)，生成穩(wěn)定性更好、強(qiáng)度更高的低堿性水化硅酸鈣，改善了水泥水化產(chǎn)物的組成，從而使得漿體的早期強(qiáng)度顯著提高，此外，由于硅灰粒徑較小，一定量硅灰的摻入能夠填充漿體內(nèi)部孔隙，優(yōu)化孔結(jié)構(gòu)，從而有助于提升早期強(qiáng)度。隨著水化齡期增加，超細(xì)灌漿料的強(qiáng)度出現(xiàn)一定程度的倒縮，其中抗折強(qiáng)度下降幅度明顯高于抗壓強(qiáng)度，這可能是由于硅灰和超細(xì)水泥反應(yīng)活性均較高，從而導(dǎo)致硅灰無(wú)法在水化后期參與水化反應(yīng)提升漿體后期強(qiáng)度。

2.3超細(xì)礦物摻合料對(duì)超細(xì)灌漿料滲透性能的影響

采用普硅水泥制備漿體作為對(duì)照組，研究了礦物摻合料在不同摻量下漿料的滲透性能，結(jié)果如圖13所示。由圖13可知，隨著微珠摻量的增加，漿體的滲透性能越好，在微珠摻量為40%時(shí)，漿體的滲透性能達(dá)到最佳，此時(shí)，漿體的滲透高度比為95%。而超細(xì)礦粉的加入同樣能夠改善漿體的滲透性能，但隨著超細(xì)礦粉的增加，滲透高度比整體呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)，在超細(xì)礦粉摻量為30%時(shí)，漿體的滲透性能達(dá)到最優(yōu)。相反，硅灰的摻入致使?jié){體的滲透性能會(huì)不斷下降，當(dāng)硅灰摻量達(dá)到20%時(shí)，滲透高度比僅為52%，稍稍優(yōu)于普硅水泥制備的漿體。

3結(jié)論

（1）微珠和超細(xì)礦粉的摻入能顯著降低漿體的粘度，對(duì)于流動(dòng)性能也有一定的改善作用；相反，硅灰的加入，可以顯著增加漿體的粘度和流時(shí)，對(duì)漿體的工作性能帶來(lái)不利影響。（2）隨著微珠和硅灰摻量的增加，超細(xì)灌漿料各齡期的強(qiáng)度均呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，而隨著超細(xì)礦粉的摻入，強(qiáng)度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。（3）單摻微珠和超細(xì)礦粉能顯著改善超細(xì)灌漿料的滲透性能，而硅灰的摻入使超細(xì)灌漿料的滲透性能顯著下降。

作者:袁偉 田曉航 楊輝 李磊 柯偉席 蔡良飛 單位:武漢三源特種建材有限責(zé)任公司