正交法配制高流動度水泥基灌漿料

1 試驗目的

水泥基灌漿材料具有流動度大、早期強度高、早期及硬化后微膨脹等特點，因而廣泛應用于地腳螺栓錨固、鋼結構柱腳底板、設備基礎、混凝土結構加固改造及后張法預應力混凝土孔道灌漿等工程。JC/T 986—2005《水泥基灌漿材料》中規定其流動度初始值≥260 mm，30min保留值≥230mm。隨著材料科學技術的進步，GB/T 50448—2008《水泥基灌漿材料應用技術規范》將灌漿料分為4個類別，對流動度等指標規定了更高的要求[1]，見表 1。

表1 水泥基灌漿材料流動度指標

本文對灌漿料流動度初始值及30min保留值進行正交試驗研究，為配制符合GB/T 50448-2008中Ⅱ類高流動度水泥基灌漿材料提供一種方法。

2 試驗概況

2.1 試驗原材料

普通硅酸鹽水泥：天津振興水泥廠生產的P·O42.5低堿水泥。快硬硫鋁酸鹽水泥(R·SAC)：唐山北極熊建材，42.5級。UEA：天津豹鳴股份有限公司生產的低堿膨脹劑。粉煤灰：天津北疆電廠，F類Ⅰ級，性能見表2。硅粉：上海天愷硅粉材料有限公司，天愷900硅粉，性能見表3。萘系高效減水劑：天津市飛龍混凝土外加劑有限公司生產葡萄糖酸鈉，市售工業純。可再分散乳膠粉：某品牌用于增強體系流平性能的乳膠粉。砂：綏中產天然河砂，細度模數2.8。水：天津市普通自來水。

表2 粉煤灰的性能指標 %

表3 硅粉的性能指標

2.2 試驗檢測方法

流動度、強度檢測方法按GB/T 50448—2008附錄A.0.2、A.0.4分別進行。泌水率按GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》中5.1節的有關規定進行。

2.3 試驗配合比設計

水泥基灌漿料作為固、液混合體，其流動性即分散體系為克服內阻力而產生變形的性能，取決于固液相比率。液相所占比例增大，可以擴大分散體系內固體粒子間的平均距離，即可提高體系流動度[3]。高效減水劑的加入，在水泥顆粒間產生空間位阻作用[4]，使水泥顆粒不再聚集。同時，其在水泥顆粒表面的吸附，改變了粒子的ζ-電位[5]，大幅降低水泥漿體的內聚力，提高了混合相的流動性。因此水泥基灌漿料的流動度在固液相一定的條件下，取決于液相體系的流動度。

本試驗是通過正交試驗法分析萘系高效減水劑、葡萄糖酸鈉緩凝劑、可再分散乳膠粉對水泥基灌漿材料初始流動度、30min流動度保留值的影響程度并獲得最佳配合比。為區分試驗中由于試驗條件改變及試驗誤差試引起的數據波動以及為精確估計各因素對試驗結果的影響大小，對試驗結果采取極差分析和方差分析[2]。采用L9(34)正交試驗，正交試驗因素水平見表4，配合比設計見表5。

表4 正交試驗因素水平

表5 正交方案及配合比設計

3 試驗結果及分析

本試驗配合比是根據據一系列試驗調整所確定的。每千克試樣用水150 g，是為保證水灰比以及方便在實際施工過程中的計量，見表6。

表6 水泥基灌漿料試驗數據

3.1 流動度初始值分析

3.1.1 極差分析

根據表7可知，影響流動度初始值的因素為萘系高效減水劑＞葡萄糖酸鈉緩凝劑＞可再分散乳膠粉。最好試驗條件為A3B3C1組合。

表7 各因素對初始流動度影響的極差分析

3.1.2 方差分析

依據表8可知，在顯著性水平α=0.05的情況下，萘系高效減水劑及葡萄糖酸鈉是顯著性因子，可再分散乳膠粉為非顯著性因子。在顯著性水平α=0.01時，減水劑依然是顯著性因子。可在分散乳膠粉對初始流動度基本上沒有貢獻。各因素對流動度初始值的貢獻率高效減水劑＞葡萄糖酸鈉。

表8 各因素對初始流動度影響的方差分析

3.2 流動度30m in保留值分析

3.2.1 極差分析

根據表9可知，影響流動度初始值的因素為萘系高效減水劑＞葡萄糖酸鈉緩凝劑＞可再分散乳膠粉。最好試驗條件為A3B3C1組合。

表9 各因素對流動度30m in保留值影響的極差分析

3.2.2 方差分析

依據表10中數據可知，在顯著性水平α=0.5及α=0.025的情況下，萘系高效減水劑及葡萄糖酸鈉是顯著性因子，可再分散乳膠粉為非顯著性因子。在顯著性水平α=0.01的情況下，減水劑依然是顯著性因子。因此高效減水劑、葡萄糖酸鈉是影響流動度30min保留值的顯著因素，各因素貢獻率高效減水劑＞葡萄糖酸鈉。

表10 各因素對30m in流動度保留值影響的方差分析

通過正交試驗的泌水率可知，高效減水劑1.4%摻入量已經超過最佳摻入量，所以導致Y8試驗出現泌水。由于可在分散乳膠粉摻入比例的提高，其保水性能得到體現，Y7、Y9試驗并未出現泌水現象。可以確認本試驗中，膠粉的加入雖不能夠提高流動度，但對控制泌水有積極作用，所以在考察控制泌水時，可取C2水平，不取極差分析中的C1水平。膠粉摻入比例的提高，會降低試樣的各齡期抗壓強度，但通過表6考察流動度最佳組合A3B3的1、3、28 d強度，能夠滿足規范要求。

綜上所述，滿足GB/T 50448—2008中Ⅱ類灌漿料要求的高流動度、高強度要求的最佳組合為A3B3C2。

4 結論

1）滿足高流動度、高強度的最佳正交組合為A3B3C2。高效減水劑和緩凝劑是影響水泥基灌漿料流動度的顯著因素且在流動度各階段，高效減水劑的貢獻率大于緩凝劑的貢獻率。

2）用于增強體系流平性能的乳膠粉并不是本試驗中影響流動度的顯著因素，但其可用于控制體系泌水率。

3）膠粉的加入會降低試樣各齡期的抗壓強度并且隨著摻入比例的提高，抗壓強度降低較明顯，所以應嚴格控制用量。

[1]GB/T 50448—2008，水泥基灌漿材料應用技術規范［S］.

[2]陳 魁.試驗設計與分析［M］.北京：清華大學出版社,1996.

[3]黃大能，沈 威.新拌混凝土的結構和流變特征［M］.北京：中國建筑工業出版社,1983.

[4]陸加越，劉加平，尚 燕，等.聚羧酸系超塑化劑對水泥凈漿性能的影響［J］.混凝土,2009,（2）：67-68.

[5]王恒昌，房滿滿，陳春泉，等.萘系與聚羧酸系減水劑對水泥基材料性能的影響［J］.混凝土,2009,（3）：66-69.