濕法噴射高強(qiáng)高耐久復(fù)合砂漿試驗(yàn)研究

鄒偉，吳文選，周壯，李國(guó)權(quán)，柯偉席，紀(jì)憲坤

（武漢源錦建材科技有限公司，湖北 武漢 430083）

0 前言

我國(guó)建國(guó)以來(lái)興建的大量地下磚砌、混凝土或磚混結(jié)構(gòu)排污管道現(xiàn)在都接近或超過(guò)設(shè)計(jì)基準(zhǔn)期，有相當(dāng)一部分排污管道因結(jié)構(gòu)老化、年久失修或腐蝕破壞而屢次引起地面塌陷和污水泄漏等事故，給安全帶來(lái)了巨大的威脅，亟需加固和改造。

復(fù)合砂漿鋼筋網(wǎng)加固技術(shù)是在原有結(jié)構(gòu)表面綁扎鋼筋網(wǎng)或鋼絲網(wǎng)，表面噴射復(fù)合砂漿作為保護(hù)和錨固材料，讓其與原結(jié)構(gòu)保持整體共同工作，以提高構(gòu)件承載力的一種加固技術(shù)[1]。這種加固技術(shù)具有成本低、施工效率高、應(yīng)用面廣泛、耐久性和耐腐蝕性優(yōu)良等特點(diǎn)[2-4]。自從Romualdi[5]和Irons[6]首先把鋼絲網(wǎng)砂漿加固技術(shù)引入到工程修復(fù)領(lǐng)域以來(lái)，國(guó)內(nèi)外眾多學(xué)者開(kāi)始對(duì)這項(xiàng)技術(shù)展開(kāi)深入研究。近年來(lái)，該加固法也開(kāi)始在砌體結(jié)構(gòu)的修復(fù)加固中使用[7-8]，但研究重心主要集中在加固鋼筋混凝土的受彎構(gòu)件上[9-10]，對(duì)加固技術(shù)所使用的復(fù)合砂漿的研究相對(duì)較少。本文從復(fù)合砂漿材料自身出發(fā)，通過(guò)不同種類摻合料和膨脹劑的摻入研究了其對(duì)復(fù)合砂漿力學(xué)性能、抗?jié)B性能以及體積穩(wěn)定性的影響，為惡劣工況下地下污水管道修復(fù)使用的高強(qiáng)、高耐久復(fù)合砂漿提供一定的參考。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

水泥（C）：武漢華新P·O52.5水泥；水（W）：符合JGJ63—2006《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》要求；微珠粉（WZ）：深圳道特；無(wú)水石膏粉（SG）：含山恒泰；礦粉（KF）：武鋼武新S140活性超細(xì)礦粉；氧化鎂膨脹劑（EA1）、氧化鈣-硫鋁酸鈣國(guó)標(biāo)Ⅱ型膨脹劑（EA2）：武漢三源；河砂（S）：連續(xù)級(jí)配，細(xì)度模數(shù)2.6，最大粒徑不超過(guò)1 mm；聚酯纖維（F）：鹽城恒固，長(zhǎng)度6 mm；萘系減水劑（WR）：萬(wàn)山；其他功能助劑（FU）：具體組成為1份保水劑、6份觸變潤(rùn)滑劑、6份調(diào)凝劑、12份黏度改性劑。部分原材料的化學(xué)成分見(jiàn)表1，水泥的物理力學(xué)性能見(jiàn)表2，微珠粉和超細(xì)礦粉的物理性能見(jiàn)表3。

表1 水泥、摻合料和膨脹劑的化學(xué)成分 %

表2 水泥的物理力學(xué)性能

表3 微珠粉和礦渣粉的物理性能

1.2 試驗(yàn)配比（見(jiàn)表4）

表4 復(fù)合砂漿的試驗(yàn)配合比

1.3 試驗(yàn)方法

按照GB/T 2419—2005《水泥膠砂流動(dòng)度試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)》測(cè)試復(fù)合砂漿的流動(dòng)度；按照GB/T 17671-1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》測(cè)試復(fù)合砂漿的1、7、28 d抗折和抗壓強(qiáng)度；按照J(rèn)C/T 603—2004《水泥膠砂干縮試驗(yàn)方法》進(jìn)行體積穩(wěn)定性試驗(yàn)；按照GB/T 50082—2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行抗氯離子滲透試驗(yàn)（電通量法）。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

摻合料和膨脹劑分別按不同質(zhì)量百分比內(nèi)摻取代水泥，對(duì)復(fù)合砂漿性能的影響見(jiàn)表5。

表5 摻合料和膨脹劑對(duì)復(fù)合砂漿性能的影響

2.1 摻合料和膨脹劑對(duì)復(fù)合砂漿流動(dòng)度的影響

由表5可以看出：微珠粉、石膏粉和氧化鈣-硫鋁酸鈣膨脹劑的摻入能不同程度增大復(fù)合砂漿的流動(dòng)度，其中微珠粉的改善效果最顯著。這是因?yàn)檫@類摻合料或膨脹劑的需水量比普通硅酸鹽水泥小，內(nèi)摻取代水泥時(shí)漿體流動(dòng)性會(huì)有所改善，而微珠粉的“滾珠效應(yīng)”對(duì)流動(dòng)性的改善則更為顯著。超細(xì)礦粉和氧化鎂膨脹劑的摻入降低了復(fù)合砂漿的流動(dòng)性，這是由于活性超細(xì)礦粉和氧化鎂膨脹劑比表面積較大，更易包裹水分導(dǎo)致的。

2.2 摻合料和膨脹劑對(duì)復(fù)合砂漿力學(xué)性能的影響

由表5可以看出：

（1）微珠粉、硬石膏粉和超細(xì)礦粉的摻入都降低了復(fù)合砂漿1 d抗折強(qiáng)度，且隨著摻量的增加，1 d抗折強(qiáng)度都呈下降趨勢(shì)，而7 d和28d抗折強(qiáng)度與對(duì)照組持平或明顯高于對(duì)照組。這說(shuō)明摻合料內(nèi)摻取代水泥后降低了復(fù)合砂漿的早期水化活性，而后期由于微珠粉和超細(xì)礦粉的火山灰活性和填充效應(yīng)以及硬石膏促進(jìn)了鈣礬石的生成等原因改善了水泥石結(jié)構(gòu)，使抗折強(qiáng)度得到提高。另外，硬石膏粉的摻入能明顯提高復(fù)合砂漿的28 d抗折強(qiáng)度，而超細(xì)礦粉的摻入能明顯提高復(fù)合砂漿的7 d抗折強(qiáng)度，但28 d抗折強(qiáng)度出現(xiàn)倒縮。這是因?yàn)槭鄬?duì)復(fù)合砂漿體系強(qiáng)度的發(fā)展有至關(guān)重要的作用，在一定摻量范圍內(nèi)，復(fù)合砂漿的抗折強(qiáng)度隨硬石膏粉摻量的增加而提高[11]，而超細(xì)礦粉7 d之前的水化活性得到了充分的發(fā)揮，7～28 d的水化活性增長(zhǎng)趨勢(shì)逐步放緩。氧化鎂膨脹劑的摻入對(duì)復(fù)合砂漿抗折強(qiáng)度影響不大，而氧化鈣-硫鋁酸鈣膨脹劑對(duì)復(fù)合砂漿抗折強(qiáng)度的影響顯著，當(dāng)摻量達(dá)到6%時(shí)，抗折強(qiáng)度出現(xiàn)斷崖式下降，這是由于氧化鈣-硫鋁酸鈣膨脹劑超摻、膨脹能過(guò)大使得復(fù)合砂漿試塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞導(dǎo)致的。

（2）不同摻合料和膨脹劑摻量對(duì)復(fù)合砂漿不同齡期抗壓強(qiáng)度的影響與其對(duì)抗折強(qiáng)度的影響趨勢(shì)基本一致，值得注意的是，超細(xì)礦粉和硬石膏粉分別摻入復(fù)合砂漿時(shí)，摻入超細(xì)礦粉的砂漿28 d抗折強(qiáng)度出現(xiàn)倒縮的情況下抗壓強(qiáng)度仍有大幅度提高，這說(shuō)明超細(xì)礦粉的摻入在提高復(fù)合砂漿抗壓強(qiáng)度的同時(shí)并沒(méi)有改善抗折性能；而硬石膏粉的摻入在明顯改善復(fù)合砂漿抗折性能的同時(shí)，抗壓強(qiáng)度發(fā)展趨勢(shì)也基本正常。綜上所述：摻入適量硬石膏粉對(duì)復(fù)合砂漿力學(xué)性能的改善具有明顯的作用，但摻量超過(guò)一定值時(shí)，復(fù)合砂漿的力學(xué)性能呈下降趨勢(shì)。

2.3 抗氯離子滲透性能

由表5可見(jiàn)，微珠粉的摻入降低了復(fù)合砂漿的28 d電通量，提高了抗氯離子滲透性能，這與相關(guān)文獻(xiàn)中粉煤灰等摻合料對(duì)混凝土抗氯離子滲透性能的研究結(jié)果一致[12]。而硬石膏粉的摻入能大幅降低復(fù)合砂漿的28 d電通量，摻量為6%時(shí)復(fù)合砂漿電通量?jī)H為187.2 C，對(duì)復(fù)合砂漿抗氯離子滲透性能提升效果顯著。超細(xì)礦粉和氧化鎂膨脹劑的摻入反而使復(fù)合砂漿的電通量高于對(duì)照組，降低了復(fù)合砂漿的抗氯離子滲透性能。4%摻量范圍內(nèi)的氧化鈣-硫鋁酸鈣膨脹劑也能降低復(fù)合砂漿的電通量，當(dāng)摻量達(dá)到6%時(shí)，復(fù)合砂漿的電通量超過(guò)1400 C，抗氯離子滲透性能急劇下降。這與6%摻量氧化鈣-硫鋁酸鈣膨脹劑使強(qiáng)度急劇下降有關(guān)。

2.4 體積穩(wěn)定性

不同摻合料和膨脹劑對(duì)復(fù)合砂漿體積穩(wěn)定性的影響如圖1所示。

圖1 不同摻合料和膨脹劑復(fù)合砂漿的干燥收縮曲線

從圖1可以看出，微珠粉的摻入對(duì)降低復(fù)合砂漿28d干縮率沒(méi)有明顯效果，而硬石膏粉、超細(xì)礦粉和2種膨脹劑的摻入均能不同程度降低復(fù)合砂漿28d干縮率。硬石膏粉摻量為2%時(shí)，復(fù)合砂漿的28 d干縮率為-0.154%，達(dá)到最小；硬石膏粉摻量為4%和6%時(shí)，復(fù)合砂漿28 d干縮率分別為-0.159%和-0.161%。超細(xì)礦粉、氧化鎂膨脹劑和氧化鈣-硫鋁酸鈣膨脹劑對(duì)復(fù)合砂漿干縮率發(fā)展趨勢(shì)的影響基本一致，隨其摻量的增加，復(fù)合砂漿的28 d干縮率均逐漸減小，三者摻量均為6%時(shí)，對(duì)應(yīng)復(fù)合砂漿28 d干縮率分別為-0.153%、-0.149%和-0.085%。對(duì)比復(fù)合砂漿14～28 d干縮率發(fā)展趨勢(shì)可以看出，摻入6%氧化鈣-硫鋁酸鈣膨脹劑時(shí)，復(fù)合砂漿28 d干縮率比14 d干縮率大，而其他曲線均為降低趨勢(shì)。這是因?yàn)檠趸}-硫鋁酸鈣膨脹劑超摻使復(fù)合砂漿干縮試塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)破壞所導(dǎo)致。

3 結(jié)論

（1）摻加不同摻合料均能不同程度地提高復(fù)合砂漿的28 d強(qiáng)度。硬石膏粉的摻入能明顯提高復(fù)合砂漿的28 d抗折強(qiáng)度；超細(xì)礦粉的摻入能明顯提高復(fù)合砂漿的28 d抗壓強(qiáng)度；氧化鈣-硫鋁酸鈣膨脹劑超摻會(huì)顯著降低復(fù)合砂漿的28 d強(qiáng)度。

（2）微珠粉和硬石膏粉的摻入能明顯提高復(fù)合砂漿的抗氯離子滲透性能，硬石膏粉摻量為6%時(shí)，復(fù)合砂漿28d電通量?jī)H為187.2 C。而超細(xì)礦粉和氧化鎂膨脹劑對(duì)復(fù)合砂漿的抗氯離子滲透性能沒(méi)有明顯改善作用。

（3）微珠粉對(duì)改善復(fù)合砂漿體積穩(wěn)定性沒(méi)有明顯作用，其他不同摻合料或膨脹劑的摻入均能不同程度降低復(fù)合砂漿28 d干縮率，改善復(fù)合砂漿體積穩(wěn)定性。