水泥基灌漿料用水量與性能分析研究

摘 要：水泥基灌漿料是以水泥作為主要基本材料，同時摻入骨料、外加劑和礦物摻合料等原材料按比例混合，再經過專業加工而成的干混料。工程施工過程中，在水泥基灌漿材料中加入一定質量的水，拌合均勻后就可以直接使用，它具備很好的流動性、自密實性、早期強度、微膨脹性、不泌水等特點，越來越多地用于房建和公路橋梁的預制構件拼裝工程中。本文基于同一種水泥基灌漿料，對五組不同的用水量攪拌均勻后材料的流動度、泌水率、豎向膨脹率以及抗壓強度性能進行試驗，分析不同用水量對上述指標的影響，得出用水量的控制對于確保水泥基灌漿料的性能合格和最終結構的安全至關重要，施工過程中應嚴格遵守施工規范，精確控制水泥基灌漿料的用水量，實現水泥基灌漿料的最佳性能和工程質量。

關鍵詞：灌漿料；用水量；流動度；豎向膨脹率；抗壓強度

1 前言

水泥基灌漿材料施工時只需加水拌合均勻即可灌入施工部位，且無需振搗，自密實性能高，可以明顯減少施工流程及施工周期，各行業在設備基礎施工、公路橋梁建造、混凝土結構改造和加固等領域廣泛采用水泥基灌漿材料[1]。每一種水泥基灌漿材料都有其最佳使用用水量，但是在實際操作過程中，因為加大用水量拌合可以增加水泥基灌漿料的流動度便于施工，且精確的用水量控制需要付出一定成本，施工人員對于用水量的控制往往不能嚴格按照推薦值進行嚴格控制，經常出現用水量較使用說明偏大或偏小的情況。

2水泥基灌漿料性能試驗

2.1水泥基灌漿料

本次試驗選用湖北某新型建筑材料有限公司Ⅲ類水泥基灌漿料，該材料具有高流動性、保塑性、早強且超高強、漿體微膨脹等特點，各項技術指標見表1。

2.2用水量的選擇

根據廠家提供的最佳用水量0.13，上下浮動0.01，選用0.11、0.12、0.13、0.14、0.15共5組用水量。

2.3性能試驗

2.3.1試驗環境要求

試驗過程中的溫度應確保在（20±2）℃范圍內，相對濕度應超過50%。灌漿料及其拌合用水的溫度也應在（20±2）℃范圍內且應與試驗室溫度保持一致。應控制好養護箱溫度，使其均勻處在（20±1）℃范圍內，相對濕度應超過90%，成型好的試件應置于（20±1）℃的水中進行養護。

2.3.2流動度試驗

根據國家標準《水泥基灌漿材料應用技術規范》GB/T 50448-2015中附錄A.0.2的要求，先稱取相應質量的水泥基灌漿料，再根據不同用水量稱取相應的水泥基灌漿料，兩者放入行星式水泥膠砂攪拌機內攪拌，均勻地攪拌4min。拌合完成后倒入預先濕潤過的截錐圓模中，待水泥基灌漿料漿體和試模上邊緣齊平時停止，將截錐圓模均勻且緩慢地提起，使水泥基灌漿料漿體在無外界干擾的條件下自由流動，直至其流動完全停止后，再輕輕放下截錐圓模。隨后使用游標卡尺精確測量水泥基灌漿料漿體的最大擴散直徑和垂直方向直徑，計算兩者的平均值，精確到1mm，以此作為初始流動度的測量結果。為確保結果的準確性，整個測量過程需在6min內完成。測量完成后，立即將灌漿料漿體放回攪拌鍋中，并在鍋上覆蓋一層濕毛巾以保持濕潤，從加水攪拌開始計時30min后，按照上述步驟重復實驗，所得結果作為30min流動度的保留值。

2.3.3泌水率試驗

根據國家標準《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》GB/T 50080-2016進行水泥基灌漿料拌合物的泌水率試驗，記錄泌水情況。

2.3.4豎向膨脹率試驗

根據國家標準《水泥基灌漿材料應用技術規范》GB/T 50448-2015中附A.0.6的要求，先稱取相應質量的水泥基灌漿料，再根據不同用水量稱取相應的水泥基灌漿料，兩者放入行星式水泥膠砂攪拌機內攪拌，充分攪拌240s后，將玻璃板平行放置于試模中間位置，并輕微按壓玻璃板。先從試模的一側開始均勻地倒入拌合好的漿體，同時在試模的另外一側觀察漿體情況，當漿體從另外一側溢出且高出試模邊緣約2mm時即刻停止注漿，將濕棉紗覆蓋在玻璃板兩側，以保持漿體的濕潤度。同時，將百分表垂直固定在玻璃板中央，確保其安裝穩固。在30s內迅速讀取百分表的初始讀數，整個水泥基灌漿料漿體的成型過程必須在攪拌結束后的3min內迅速完成，以確保實驗結果的有效性和準確性。從加水攪拌開始計時，分別在3h和24h時讀取千分表讀數。在試驗過程中保證棉紗濕潤，試模不受振動。

2.3.5抗壓強度試驗

根據國家標準《水泥基灌漿材料應用技術規范》GB/T 50448-2015中附錄A.0.5的要求進行水泥基灌漿料抗壓強度成型試驗。根據標準要求制作3組尺寸均為40mm×40mm×160mm的試件，分別作為水泥基灌漿料1d、3d、28d抗壓強度試件。按照既定的配合比要求，先稱取相應質量的水泥基灌漿料，再根據不同用水量稱取相應的水泥基灌漿料，將兩者放入行星式水泥膠砂攪拌機內充分攪拌240s后，向準備好的試模中均勻慢速地注入水泥基灌漿料漿體，待水泥基灌漿料漿體和試模上邊緣齊平時停止。水泥基灌漿料在成型過程中試模不應被擾動，同時要求在6min內完成水泥基灌漿料的成型工作。澆筑完成后立即覆蓋試模，成型好的水泥基灌漿料應在室內靜置2h后放入養護箱內進行養護。養護至規定齡期按《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO 法）》GB/T 17671-2021進行水泥基灌漿料抗壓強度試驗。

3試驗結果及數據分析

3.1流動度和泌水率

不同用水量水泥基灌漿料流動度和泌水率試驗結果如圖1和圖2所示。

由圖1可知用水量對水泥基灌漿料漿體的流動度影響很大，用水量為0.11和0.12時拌合物比較黏稠不好攪拌，流動性較差，其中用水量為0.11時初始流動度及30min保留值均不滿足規范要求，而且30min保留值都較小；用水量為0.14時，雖然初始流動度和30min保留值均符合規范要求，但是由圖2可知，用水量為0.14時水泥基灌漿料漿體出現了少許泌水情況，泌水率無法滿足規范要求。用水量為0.15時，水泥基灌漿料漿體流動性很大，同時水泥基灌漿料漿體30min的流動度保留值相對較大，水泥基灌漿料漿體有嚴重的泌水現象，泌水率值達到2.0%。用水量為0.13時，水泥基灌漿料漿體具有較好的流動性，水泥基灌漿料漿體的初始流動度與30min流動度保留值同時符合標準要求，泌水率值均為0%，不存在泌水情況，說明用水量為0.13的水泥基灌漿料漿體保水性能較好。

3.2豎向膨脹率

不同用水量水泥基灌漿料豎向膨脹率試驗結果如圖3所示。

由圖3可知用水量為0.13和0.14時，水泥基灌漿料漿體的兩項豎向膨脹率指標（3h、24h與3h差值）均能夠滿足標準要求；用水量為0.11和0.12時， 3h豎向膨脹率能滿足規范要求，但由于用水量小，用于水化的水減少，導致后期漿體基本膨脹很少。在用水量為0.15時，3h時漿體出現了豎向膨脹率收縮、泌水等情況，原因是用水量較大導致過多的水分參與了水化反應，造成水泥基灌漿料漿體出現下沉，水泥基灌漿料漿體中多余的水分會泌出，從而引起水泥基灌漿料漿體材料出現豎向膨脹率收縮增大現象。

3.3抗壓強度

不同用水量水泥基灌漿料抗壓強度試驗結果如圖4所示。

由圖4可知，用水量越低，水泥基灌漿料抗壓強度就越高，用水量為0.11和0.12的水泥基灌漿料在1d、3d、28d時的抗壓強度均大幅度超出標準要求，其中3d抗壓強度就分別達到了規范強度的160%、151%，說明低用水量水泥基灌漿料具有早期高強度的特點。

隨著用水量的增加水泥基灌漿料的抗壓強度在相應地降低，當用水量為0.15時，由于用水量的增加導致水泥基灌漿料漿體凝結時間的加長，早期硬化不夠無法使水泥基灌漿料漿體形成足夠的強度，尤其是早期強度影響很大，基本無法形成相應的抗壓強度，1d抗壓強度只達到了規范要求的92%，3d、28d抗壓強度也只達到規范要求的98%、92%。

用水量對水泥基灌漿料的流動度、泌水率、豎向膨脹率和抗壓強度影響很大，水泥基灌漿料對用水量比較敏感。用水量過小，流動度差，流動度過小的水泥基灌漿料，會直接造成灌漿受阻或者無法確保灌漿飽滿度，質量無法滿足要求。確保流動度性能指標是水泥基灌漿料能夠正常使用的前置條件，這也導致施工過程中容易出現為確保流動度而加大用水量，會使水泥基灌漿料出現嚴重的泌水收縮情況，同時水泥基灌漿料加水過多會導致水泥基灌漿料凝固時間延長、出現裂縫、空洞，尤其對強度影響最大。水泥基灌漿料的強度直接影響結構物加固節點之間的整體性，當水泥基灌漿料強度過低時會出現結構中某個節點連接有效性降低甚至失效，輕則會導致結構出現裂縫，嚴重的會影響結構之間力值的傳遞，甚至會導致整個結構失穩、整體垮塌等嚴重后果。

4結論

用水量是施工過程中影響水泥基灌漿料流動度、泌水率、豎向膨脹率和抗壓強度的關鍵因素。

流動度是水泥基灌漿料能否正常使用的前置條件，流動度過小會導致灌漿受阻或無法保證灌漿飽滿度，影響灌漿工程的質量。增加用水量雖然可以提高流動度，便于施工，但會導致泌水和收縮問題，影響水泥基灌漿料的凝固時間和最終強度，水泥基灌漿料的強度直接關系到結構物加固節點之間的整體性和結構安全。強度不足可能導致結構裂縫、節點連接失效，甚至結構失穩和垮塌。

根據用水量和各主要性能試驗分析，嚴格按照使用說明規定的0.13用水量施工對于保障施工質量至關重要，否則容易出現性能不合格現象。

水泥基灌漿料施工屬于隱蔽工程，一旦灌漿質量不達標，后期處理復雜且效果有限，可能會對結構性能造成不可逆的影響。因此，施工人員必須嚴格按照規范要求的最佳用水量進行攪拌和施工，確保水泥基灌漿材料達到最優的施工性能。

參考文獻

[1]王碧英，淺談水膠比對水泥基灌漿料三項性能影響[J].江西建材，2018（09）：25-26.

[2]GB/T 17671-2021 水泥膠砂強度檢驗方法（ISO 法）.

[3]GB/T 50448-2015 水泥基灌漿材料應用技術規范.

[4]GB/T 50080-2016 普通混凝土拌合物性能試驗方法標準.