高性能水泥漿性能的影響因素研究

李凱琦 陳 凱

(河南理工大學資源環境學院，河南焦作 454000)

水泥注漿材料屬于脆性材料，它的抗壓、抗彎強度低，抗沖強度差，脆性大，穩定性差，結石率偏低，存在著嚴重的耐久性問題，作為一種結構材料在應用中受到很大限制。為了解決以上問題，因此研究和開發高性能注漿材料顯得尤為重要。本試驗的目的是通過向普通硅酸鹽水泥中加入偏高嶺土、減水劑等摻合料，來制作高強度及耐久性優良的普通硅酸鹽水泥注漿材料。

1 減水劑用量對水泥漿凝膠強度的影響

本試驗選用的是聚羧酸系高效減水劑，按照固體量計算，摻量一般為0.1%～0.3%［1］，本次選用的是液體，摻入量初步定為0.1%～0.6%。其中，水泥∶偏高嶺土為85∶15，水用量為75%。

由于本組試驗的目的是初步確定減水劑的最佳用量，這里測定各組試樣的3 d的強度，其中1號樣為基準樣，2號、3號、4號、5號、6號和7號樣為添加不同量減水劑的水泥漿試樣。3 d強度的測定結果如表1所示。

表1 摻入不同量減水劑水泥漿試樣3 d的強度結果

從表1可以看出，在一定的范圍內，隨著減水劑用量的增大，3 d的水泥漿凝膠強度也增大。另外，減水劑具有低引氣量的特點，并且使細小致密的氣泡均勻分布在注漿凝膠中，有利于增強混凝土強度［2］。從固結體強度考慮，本組試驗中減水劑的用量為0.1%～0.6%。

2 減水劑用量對水泥漿的懸浮性的影響

按照配合比配制各組水泥漿，由于試驗條件有限，本文采用比較簡單的測析水率的方法來測定注漿材料的懸浮性。其懸浮性的測試結果如表2所示。

表2 摻入減水劑試樣懸浮性的測試結果

3 減水劑用量對水泥漿漿液粘度的影響

相對粘度是攪拌后靜止30 s的一定量體積泥漿從涂-4粘度計中流出100 mL所用的時間與水流出同體積所用的時間比。

通過測定，水的平均粘度為9.8 s。然后按照試樣配比配制水泥漿。注漿材料的相對粘度測定結果如表3所示。

表3 注漿材料的相對粘度

添加減水劑的漿液與基準樣相比相對粘度都降低，并且隨著減水劑用量的增加，相對粘度降低幅度增大。在本試驗中，從漿液的流動性的角度考慮，減水劑的用量為0.3%～0.6%。

4 偏高嶺土用量與水泥漿凝膠強度的關系

本試驗偏高嶺土的摻入量分別占凝膠材料質量的0%，5%，10%，15%，20%，25%，本試驗中減水劑的用量為每100 g凝膠材料添加0.4 mL。不同偏高嶺土摻入量的水泥漿的固結體3 d強度如圖1所示。由圖1可以看出，摻入偏高嶺土的高性能水泥漿注漿液的抗壓強度相對基準樣的抗壓強度，都呈現增加的趨勢，并且摻入量為5%，10%和15%的增幅較大;當偏高嶺土的摻入量大于15%時，高性能水泥漿固結體的抗壓強度略有下降。如果從固結體的抗壓強度單方面考慮，偏高嶺土的摻入量可以取5%，10%和15%。

圖1 不同偏高嶺土摻入量的水泥漿3 d的強度

圖2 偏高嶺土用量對相對粘度的影響

5 偏高嶺土用量對水泥漿相對粘度的影響

按照相對粘度的測定方法，結果如圖2所示。

從圖2可以看出，在一定范圍內，水泥漿隨著偏高嶺土摻入量的增加，其相對粘度也呈現不同程度的增大。在本試驗中是用相對粘度來表征流動性，相對粘度越小，流動性越大。為了保證高性能水泥注漿液的良好的流動性，本試驗暫時確定相對粘度小于1.30時符合標準，因此，偏高嶺土的摻入量可取5%，10%和15%。

6 偏高嶺土用量對水泥漿懸浮性的影響

不同偏高嶺土摻入量水泥漿的懸浮性測試結果如表4所示。

表4 不同偏高嶺土摻入量水泥漿的懸浮性測試結果

在一定范圍內，隨著偏高嶺土摻入量的增加，水泥漿液的析水率呈下降趨勢，也就說明隨著偏高嶺土摻入量的增加，水泥漿液的懸浮性越好。由于偏高嶺土的摻入量小于5%時，水泥漿的懸浮性較差，所以偏高嶺土的摻入量為10%，15%，20%和25%。

7 結語

通過上述試驗對比分析，得到以下結論：1)減水劑的用量為0.3% ～0.4%。但是，由于減水劑的價格較昂貴，市場價格為8 000元/t，因此本試驗減水劑的最佳用量暫時確定為0.3%。2)偏高嶺土的摻入量為10%和15%效果較好。而摻入量為15%時固結體的抗壓強度比10%的略小;同時偏高嶺土的市場價為2 000元/t，是水泥價格的6倍～7倍，從水泥漿液的成本和固結體強度來考慮，本試驗暫定偏高嶺土的最佳摻入量為10%。

［1］ 房滿滿，西曉林，林 東，等.聚羧酸系高效減水劑的研究現狀和應用前景［J］.材料導報，2008，22(3)：78.

［2］ 鄭 剛，王汝敏，王宏軍，等.新型聚羧酸系高效減水劑PCS的實驗研究［J］.材料導報，2006，20(3)：148.