水泥基灌漿材料性能的影響因素

燕春福，孫德環, 張開偉，王俊，丁明慶

（1. 河北建設勘察研究院有限公司，河北 石家莊 050031；2. 中交一公局集團第三工程有限公司, 北京 101102；3. 交通運輸部科學研究院，北京 100029 ）

水泥基灌漿料是以水泥、細骨料為基本材料，加入適量的混凝土外加劑及其他輔助材料形成的干混材料，加水拌和后具有大流動度，高強、早強、微膨脹等性能。最新的行業標準JC/T986-2018《水泥基灌漿材料》中，按流動度將水泥基灌漿料分四類：Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類、Ⅳ類；按抗壓強度將水泥基灌漿料分為四個等級：A50、A60、A70、A80。

為取得高流態、防離析、無收縮等性能，需要在水泥基灌漿材料中摻加較多的組分，如減水劑、膨脹劑等，但上述組分物質的摻入對水泥基灌漿材料性能的影響較大。本文擬用普通硅酸鹽水泥、普通河砂為基本材料，輔以硅灰、早強劑、減水劑等成分，制備出滿足國家標準和行業標準的水泥基灌漿材料。

一、試驗部分

（一）試驗原材料

水泥：曲寨P·O42.5水泥；河砂：級配范圍屬Ⅱ區，細度模數為2.9，砂子含泥量為2.5%；粉煤灰：Ⅱ級灰，需水量比為96%，活性指數為95.6%；硅灰：由山東博肯硅材料有限公司生產，硅含量為93%；減水劑：聚羧酸粉劑；早強劑：甲酸鈣；消泡劑：選用固體消泡劑。

（二）試驗儀器

水泥膠砂攪拌機：型號為JJ-5；水泥壓折一體機：型號為TYE-300D；恒溫恒濕標準養護箱：型號為HBY-40A。以上設備均由無錫建儀儀器機械有限公司生產。

（三）試驗方法

灌漿料性能按照國家標準GB/T 50448-2015（以下簡稱“國家標準”）和行業標準《水泥基灌漿材料》JC/T 986-2018（以下簡稱“行業標準”）規定的方案進行。水泥基灌漿材料配合比如表1所示。

表1.水泥基灌漿材料配合比

二、影響因素分析

（一）砂膠質量比對水泥基灌漿材料性能的影響

1、砂膠質量比對流動性的影響

本文分別進行了砂膠質量比為1、1.2、1.5的三組試驗。通過試驗發現，隨著砂膠質量比的增大，水泥基灌漿材料的初始流動度和30min流動度均有所下降，當砂膠質量比為1.5時，30min流動度不滿足國家標準及行業標準中對Ⅲ類水泥基灌漿材料流動度性能的要求。

2、砂膠質量比對抗壓強度的影響

經過研究發現，當砂膠質量比為1時，水泥基灌漿材料各個齡期的抗壓強度為最優；當砂膠質量比為1.5時，1d抗壓強度不能滿足國家及行業標準中對A50等級灌漿料的力學強度要求。通過對水泥基灌漿材料初始流動度、30min流動度和力學強度等各項指標的綜合分析，初步確定膠砂質量比為1:1，并繼續進行下一步試驗。

（二）水料比對水泥基灌漿材料性能的影響

水料比是指水泥基灌漿材料中總用水量與全部組成材料總質量的比。表2為水料比對水泥基灌漿材料的流動性和抗折、抗壓強度的影響。

表2.水料比對水泥基灌漿材料性能的影響

從表2可看出，隨著水料比的增大，灌漿料的初始流動度及30min流動度均有不同程度的增大。水料比為0.15時，初始流動度為340mm，當水料比降到0.12時，流動度降到270mm，不符合國家及行業標準。在相同減水劑摻量條件下，隨著水料比的增大，參與水泥水化的水分增多，其流動性越好。但用水量過多時，水泥基灌漿材料會產生泌水以及骨料沉降現象，強度會受到影響。

同時，隨著水料比的增大，水泥基灌漿材料的抗壓、抗折強度逐漸減小。其中，水料比對水泥基灌漿材料的1d抗壓強度影響最大，水料比為0.15的1d抗壓強度僅為12.6MPa，是水料比為0.12的1d抗壓強度的47%；水料比為0.15的28d抗壓強度為60MPa，是水料比為0.12的1d抗壓強度的68%。這表明,水料比對水泥基灌漿材料早期強度的影響最顯著，因此，在早期施工中應該嚴格控制水料比。

（三）砂子含泥量對水泥基灌漿材料性能的影響

含泥量過高可能會影響水泥的正常水化、妨礙骨料與水泥膠結強度的充分發展。本小節研究了砂子含泥量對水泥基灌漿材料流動性和力學性能的影響。試驗結果如圖1和表3所示。

從圖1可看出，隨著砂子含泥量的提高，水泥基灌漿材料的初始流動度和30min流動度均逐漸變小，且對30min流動度的影響最顯著。與用水洗過的砂子相比，當含泥量為2.5%時，水泥基灌漿材料的流動性明顯變差，因此，在施工過程中，應嚴格控制砂子含泥量或者添加適量的抑泥劑。

圖1.含泥量對水泥基灌漿材料流動性的影響

表3.含泥量對灌漿料強度的影響

從表3可看出，隨著砂子含泥量的提高，水泥基灌漿材料的抗壓、抗折強度均出現不同程度降低。主要原因是泥隱藏于骨料與水泥膠結處，降低了骨料與水泥粘結的強度。當砂子含泥量為2.5%時，水泥基灌漿材料的抗壓、抗折強度最高。含泥量為0時，水泥基灌漿材料的抗折、抗壓強度偏低，可能是在沖洗過程中砂子的顆粒級配出現短缺，導致結構孔隙不致密，從而對材料的抗折、抗壓強度產生了影響。

三、結語

本文通過系列試驗分析研究了砂膠質量比、水料比、砂子含泥量等因素對水泥基灌漿材料流動性能、力學性能的綜合影響，得出以下結論：

（1）砂膠質量比1:1、水料比0.13、砂子含泥量2.5%的水泥基灌漿材料的初始流動度、30min流動度分別為300mm、260mm，灌漿材料無泌水、離析現象，且1d、3d、28d抗壓強度均滿足標準要求。

（2）水料比越大，水泥基灌漿材料流動性能越好，但不同齡期的抗壓強度有所降低。

（3）隨著砂膠質量比的增大，水泥基灌漿材料的初始流動度和30min流動度均下降，抗壓強度也有所降低。

（4）水泥基灌漿材料的初始流動度和30min流動度隨著砂子含泥量的增大而逐漸下降，其中砂子含泥量對30min流動度的影響最明顯；隨著砂子含泥量增大，灌漿材料的抗壓、抗折強度也有所下降。