增稠劑對水泥基注漿材料工作性能及力學性能影響

劉凱，馬麒，周瑩，周霄騁，劉光嚴

（1、江蘇蘇博特新材料股份有限公司高性能土木工程材料國家重點實驗室 江蘇 南京 2111032、江蘇省建筑科學研究院有限公司 江蘇 南京 211003）

0 引言

注漿材料是一種在裂隙和孔隙中起充填和固結作用的物質，廣泛應用于地下防水工程及預加固處理、軟土地基加固、各類建筑物結構缺陷的修復糾偏等領域。盡管水泥基注漿具有高流動性、凝結時間可調、適應性強等優點，但是存在漿液穩定性較差、容易出現泌水現象，嚴重影響了水泥基注漿材料的應用[1-3]。

增稠劑作為一種流變助劑，加入水泥基注漿材料后能調節流變性，賦予水泥基注漿材料優異的機械性能和儲存穩定性，降低注漿材料泌水的可能性[4-5]。注漿材料中增稠劑的選擇和摻量需要慎重考慮，因為直接影響注漿材料的工作性及力學性能。選取了SMP、A155G 和S150 3 種增稠劑，并探究了其對水泥基注漿材料工作性和力學性能的影響。

1 試驗

1.1 原材料

水泥：海螺P·O42.5 級水泥，其基本物理性能見表1；粉煤灰：Ⅱ級，燒失量為1.10%，需水量比為98%；石膏：二水石膏。水泥和粉煤灰化學成份見表2.

1.2 試驗方法

1.2.1 截錐流動度和流錐流動度

截錐流動度和流錐流動度試驗按照GB/T50448-2015《水泥基灌漿材料應用技術規范》進行，其中截錐形圓模滿足國標《水泥膠砂流動度測定方法》GB/T2419 的規定，流錐流動度測定儀尺寸符合行業標準《鐵道后張預應力混凝土梁管道壓漿技術條件》TB/T3192 的規定。

1.2.2 凝結時間

凝結時間按照GB/T1346-2011《水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性檢驗方法》中的凝結時間測定方法進行。

1.2.3 抗壓強度

強度試驗按照GB/T17671-1999《水泥膠砂強度檢驗方法》中規定進行。

表1 水泥的物理性能

表2 水泥、粉煤灰的化學組成表

2 結果與討論

2.1 增稠劑對注漿工作性能影響

圖1 反映了增稠劑SMP、A155G 和S150 對新拌注漿流動度的影響。從圖1 中可以得出摻量為0.1%時，摻有3 種增稠劑的注漿均出現流動度損失，其中A155G 造成流動度損失最嚴重，損失率達25.0%；摻量為0.2%曲線表明增稠劑在此摻量下，新拌注漿流動度依舊出現損失，與SMP 和S150 相比，A155G 在此摻量下對流動度影響最小，流動度相比對照組降低程度為8.1%；在0.3%摻量時，SMP 和S150 造成流動度損失幅度達41.2%以上，而A155G 的摻入則改善了注漿的流動度，截錐流動度增長了1.6%。

圖2 反映了SMP、A155G 和S150 在不同摻量下對新拌注漿流動度的影響曲線。從圖2 中可以得出，摻有SMP 和S150 的新拌注漿的流動度和摻量呈反比例關系，摻量越高，流動度損失越大；A155G 摻量的增加，新拌注漿流動度變化呈增大趨勢，流動度與摻量呈線性關系，在摻量為0.3%時效果較好。

圖3 反應了增稠劑SMP、A155G 和S150 對注漿流錐流動度的影響規律曲線。從圖3 中可以得出，對比對照組，3 種增稠劑的摻入均增大了注漿的流錐流動度，其中，隨著SMP 和S150 摻量的增加，注漿流錐流動度呈上升趨勢，摻量0.3%時增長幅度達76.9%和138%；摻有A155G 的注漿流錐流動度隨著摻量的增加逐漸降低，在摻量為0.3%時最為接近對照組，變化規律與截錐流動度的變化規律相符。

圖3 增稠劑對注漿流錐流動度影響

綜上所述，SMP 和S150 在不同摻量下對注漿流動度均存在負面影響，造成這種現象的原因是因為增稠劑吸附和固定了部分拌合水，增加了粘度，進而造成流動度損失，而A155G 在摻量為0.3%對新拌注漿流動度影響最小，是因為此時的注漿流動性和黏度達到了相對平衡，表明A155G適宜摻量為0.3%。

2.2 不同增稠劑對注漿凝結時間影響

圖4 反映了增稠劑的摻量變化對注漿初凝時間影響曲線。從圖4 中可以得出，對比對照組，3種增稠劑的摻入均加速了注漿液的凝結，其中摻有A155G 和S150 的注漿初凝時間隨摻量增加呈現先降低再增加的趨勢，在摻量為0.2%時，對注漿凝結的加速作用最明顯，初凝時間分別減少18.5%和14.8%，而SMP 則在0.1%和0.3%摻量時，注漿初凝時間最短。

圖5 反映了增稠劑摻量對注漿終凝時間影響曲線。從圖5 中可以得出，SMP、A155G 和S150的摻入均加速了注漿液的凝結，終凝時間隨著摻量的增加呈現減小趨勢，在0.3%摻量時終凝時間達到最低，減少率達16.0%及以上。此外，對比三種增稠劑，S150 在全摻量范圍內始終保持較短的終凝時間，表明在凝結時間方面，S150 具有較好的加速凝結作用。

綜上所述，增稠劑SMP、A155G 和S150 的摻入均加速了注漿的凝結，原因是增稠劑摻入后吸附和固化部分自由水，實際水灰比降低，凝結時間提前。

圖4 增稠劑的摻量對注漿初凝時間影響

圖5 增稠劑摻量對注漿終凝時間影響

2.3 不同增稠劑對注漿力學性能影響

圖6~8 分別反映了增稠劑SMP、A155G、S150 在不同摻量下對注漿1d、3d、28d 抗壓強度的影響。從圖6 中可以得出，SMP 的摻入促進了注漿強度的發展，在1d 和3d 齡期時，摻量增加對抗壓強度影響不明顯。SMP 摻量為0.2%時的注漿在28d 齡期表現出較大的強度增長幅度，增幅為34.2%。從圖7 中可以得出，摻有A155G 的注漿強度隨著A155G 摻量的增加呈上升趨勢，摻量在0.3%時，28d 強度增長36.1%。從圖8 中可以得出，相比于對照組，S150 的摻入不影響注漿強度的發展。

圖9~圖11 反映了不同摻量下SMP、A155G和S150 對注漿抗壓強度的影響。對比3 種增稠劑對注漿強度影響規律，從圖9 中可以得出，同摻量下，SMP 和S150 在1d 和3d 齡期對注漿強度促進作用優于A155G，28d 齡期時A155G 性能最優；從圖10 中可以得出，SMP 在摻量為0.2%時，全齡期內表現出優異的強度促進作用優于A155G 和S150；從圖11 中可以得出，摻量為0.3%時，A155G 性能表現優于SMP 和S150。

綜上所述，對比SMP、A155G 和S150 對注漿強度的影響，SMP 的適宜摻量為0.2%，A155G 則在摻量為0.3%時表現出較好的促進強度發展的作用，適宜摻量為0.3%。

圖6 SMP 對注漿強度影響

圖7 A155G 對注漿強度影響

圖8 S150 對注漿強度影響

3 結語

（1） 不同摻量的SMP、A155G 和S150 均能加快注漿材料的凝結硬化，其中摻有S150 的注漿材料在3 種摻量下終凝時間最短，凝結硬化速率最高。

（2）A155G 摻量為0.3%時對注漿工作性影響很小，具有較好的促凝和促進強度發展的作用，A155G 的推薦摻量為0.3%。

圖9 摻量0.1%

圖10 摻量0.2%

圖11 摻量0.3%