水泥粉煤灰注漿材料特性試驗及其應用探究

摘 要：作者對漿施工中的各項指標進行了系統的測試，分析水泥粉煤灰注漿材料的特性，并對影響漿液硬化體強度、漿液流動度和粘度、漿液凝結時間等相關因素進行了討論。最后，通過對水泥粉煤灰注漿材料在施工現場工作面底板注漿改造中的實際應用，體現出水泥粉煤灰注漿材料在性能方面的優勢。

關鍵詞：水泥粉煤灰；注漿材料；應用研究

1 試驗所用材料及其方法

1.1 試驗原材料

此次試驗使用的粉煤灰，是由遼寧阜新鑫源粉煤灰建筑材料有限責任公司提供的F類Ⅱ級粉煤灰，水泥是由遼寧恒威水泥集團有限公司生產的強度等級為42.5的普通硅酸鹽水泥。粉煤灰的活性是粉煤灰顆粒大小、表現形態以及玻璃化程度的綜合反應，是衡量粉煤灰價值的重要參數之一。通過對粉煤灰中化學成分的檢測以及比較分析可以判斷出，該粉煤灰中細度與三氧化硫含量達到了相關規定的一級標準。除此之外，其燒失量、需水比也都達到了國家的一級標準，氧化鈣的含量適中，能夠滿足此次試驗的需要。

1.2 漿液配比設計

試驗所采用的水固比（水與固體質量之比）、固相質量比（水泥與粉煤灰質量比）及不同百分比的水玻璃摻量（水玻璃占水泥質量的百分比）進行對比試驗驗，試驗配合比設計見表1。

2 試驗結果的分析與討論

使用的漿液水灰比有1：0.5、1：0.6、1：0.8、1：1這四個水平線，并以此為標準展開。

2.1 漿液硬化體強度

（1）以齡期為核心進行比較

當水灰比一定的時候，選用不同煤灰含量與齡期，對漿液硬化體的強度進行比較。粉煤灰含量達到百分之二十的時候，有利于水泥與粉煤灰之間發生反應，對于漿液硬化體關于強度的要求，也能得到滿足。除此之外，由于漿液硬化體凝結的時間較之前有些增加，漿液硬化體的強度也會隨之增大。粉煤灰的含量在百分之十到百分之六十的范圍內，增幅較大。

（2）以水灰比為核心進行比較

當齡期一定時，選用不同煤灰含量與水灰比，對漿液硬化體的抗壓強度以及抗剪程度進行比較。從比較的結果來看，當固相質量比相同，水灰質量比不同時，粉煤灰含量的增加會導致漿液質量濃度的降低，硬化體的抗壓強度也會隨之下降。粉煤灰的含量一旦上升到百分之六十以后，水灰比對漿液硬化體的強度影響就不那么明顯了。

通過上述分析可知，漿液硬化的強度在早期主要以水泥硬化的過程為主，而到了硬化的后期，則是以火山灰的反應為主。由于火山灰反應所需消耗的時間較長，從而導致了漿液硬化后期的時間被延長，強度也得到了相應的增長。因而，漿液在硬化的過程中，會隨著齡期的增加，其強度必然也會不斷增加。一旦漿液中水灰比的條件不同，那么粉煤灰中所含有和可溶性活性成分會在有水的情況下，發生反應，自行進行分解。水量越多，漿液水化反應的強度越大。

2.2 漿液流動度和粘度

流動度和粘度，是注漿材料中的兩大主要性能參數，對于注漿施工作業的成敗，起到了決定性的作用。注漿材料由于工作中的需要，必須擁有較好的流動性，才能使注漿材料快速沿注孔流入指定位置。因此，注漿材料的粘度也不能過大。一旦粘度過大，便會導致漿液在注入的過程中黏在孔壁的兩側，注入速度緩慢，粘度過大的注漿材料會沾染注孔孔道中的雜質，影響注漿材料的使用效果。由此看來，對于灌漿材料流動度以及粘度的控制，是水泥粉煤灰注漿材料研究過程中的重要環節，具體粉煤灰摻量、水灰質量比與粘度關系曲線如圖1所示。

從試驗結果來看，漿液中的水灰比提高，粉煤灰注漿材料的流動性就會不斷提高，粘度也會不斷下降，尤其是水灰比比例由小變大的過程中，粉煤灰摻量不超過百分之五十，注漿材料的流動度與粘度均可達到最佳效果。一旦摻量超過了百分之五十，水灰比到達1：1的時候，就會使注漿材料的粘度增加很多，不利于注漿施工。

2.3 注漿漿液凝結的時間

漿液在凝結的過程中，需要滿足兩個條件。首先，要確保注漿作業順利完成。其次，要確保漿液硬化體的強度滿足注漿施工的相關要求。從試驗結果分析來看，當水灰比相同、固相質量比不同的時候，注漿漿液的凝結時間會受到粉煤灰摻量的影響而發生變化，粉煤灰摻量增加，注漿漿液凝結的時間也會延長，反之，則會減少。當水灰比不同、固相質量比相同的時候，水灰比越大，注漿漿液凝固的時間越長，反之，凝固的時間越短。粉煤灰摻量、水灰質量比與凝結時間的關系如圖2所示。

3 配比及應用建議

從試驗的結果來看，不同齡期的水泥粉煤灰漿液硬化體的抗壓強度，會隨著水灰比的增大而降低。當水灰比在1：0.5到1：0.8之間的時候，漿液的流動性會比較好，但硬化后的強度不高，加固效果不佳。當水灰比達到1：1以后，硬化強度會達到最佳狀態，但是結石率會比較高，雖然加固效果好，但是流動性不佳，在注入漿液的過程中，會受到較大的阻礙。通過對室內水泥粉煤灰試驗的分析，能更好的了解當地粉煤灰的特性，給工程施工提供更準確的數據。例如在我單位進行“新建北京至沈陽客運專線遼寧段TJ-9標”的止水帷幕灌漿、管棚注漿、錨桿注漿、隧道圍巖等施工中，便可綜合水泥粉煤灰的特性綜合考慮配比問題。

建議如下：水泥粉煤灰漿液早期強度較低，但結實率高，流動性好，有利于施工，隨著時間的延長，結實體后期的強度可以得到保證。粉煤灰含量為20%時，水泥和粉煤灰的物理化學反應較好，可注性能優異。

參考文獻

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