（工程力学专业论文）铁尾矿砂高性能水泥基灌浆料工作性能及基本力学性能试验研究.pdf

合肥工业大学 本论文经答辩委员会全体委员审查，确认符合合肥工业大学硕 士学位论文质量要求。 主 答辩委员会签名：( 工作单位、职称) 席劁。n 委员： 、 局片移二业戈劳移根 少寸专譬。 z 乞也1 二师：彳百砑勿冬 a 荔旋j l 斗中弘 孤a 良 刍日易够大学纠数磁， 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导一f 进行的研究工作及取得的研究成果。据我所 知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果， 也不包含为获得金胆王些太堂 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作 的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。 学位敝储狞炀砑签字嗍力胆争肋日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解佥艘工些太堂有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向 国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人授权金胆王些太 兰l 可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫 描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文者签名兄研缉导师签名： 签字日期：必f j 年年月l o b 学位论文作者毕业后去向： 工作单位：劈传7 啊 通讯地址： 彻 签字日期：夕矿，r 年年月肜日 电话：届6 心6o 占6 占z 邮编： 研究 本课题研究了普通型高性能水泥基灌浆料与铁尾矿砂水泥基灌浆料的工作 性能及基本力学性能，对比分析了两类水泥基灌浆料的性能。试验研究得出以 下结论： ( 1 ) 在其他参数不变条件下，以减水剂掺量为变量，研究掺量为o 1 、o 3 、 o 4 、0 5 以及0 7 的普通型高性能水泥基灌浆料，研究表明，随着减水剂的 增加，灌浆料拌合物的流动度增大，普通型高性能水泥基灌浆料减水剂合理掺 量为o 4 。 ( 2 ) 采用固定其它参数，以矿物掺合料取代率为变量，研究了不同矿物掺合 料取代率的普通型高性能水泥基灌浆料的工作性能，试验结果表明，随着矿物 掺合料取代率的增加，普通型高性能水泥基灌浆料的流动度增加，但当掺量超 过2 0 时，灌浆材料需水量增加，硬化后强度降低。 ( 3 ) 研究了不同减水剂掺量和矿物掺合料取代率变化的普通型高性能水泥 基灌浆料基本力学性能，试验结果表明普通高性能水泥基灌浆料3 d 强度多数达到 了2 8 d 强度的6 0 以上，说明普通型高性能水泥基灌浆料具有早强性能。 ( 4 ) 在其他参数不变条件下，以高性能减水剂掺量为变量，研究掺量为0 1 、 0 3 、0 5 以及o 7 的铁尾矿砂高性能水泥基灌浆料，研究表明，随着减水剂 的增加，铁尾矿砂水泥基灌浆料拌合物的流动度增加，铁尾矿砂高性能水泥基 灌浆料减水剂合理掺量为0 5 。 ( 5 ) 采用固定其它参数，以铁尾矿砂取代率为变量，研究了取代率为2 0 、 4 0 、5 0 和7 0 的铁尾矿砂高性能水泥基灌浆料的工作性能，试验结果表明， 随着铁尾矿砂取代率的增加，铁尾矿砂高性能水泥基灌浆料的流动度增加，但 c 当掺量达到7 0 时，流动度明显降低，铁尾矿砂取代石英砂的铁尾矿砂高性能 水泥基灌浆料合理取代率为4 0 左右。 ( 6 ) 研究了不同铁尾矿砂取代率的铁尾矿砂高性能水泥基灌浆料基本力学 性能，试验结果表明铁尾矿砂取代石英砂作为细骨料，其基本力学性能较好， 具有一定的早强性能，2 8 d 强度均达到6 0 m p a 以上。 本文的研究工作为铁尾矿砂高性能水泥基灌浆料的进一步研究和推广应用 提供了基础。 ( 7 ) 研究了不同膨胀剂掺量的l d ，3 d ，7 d ，1 4 d 竖向膨胀率，分析膨胀剂掺量 对普通型和铁尾矿砂水泥基灌浆料体积稳定性的影响，得出两类水泥基灌浆料 合理膨胀剂掺量均为1o 。 关键词：铁尾矿砂；高性能水泥基灌浆料；工作性能；基本力学性能；试 验研究 e x p e r i m e n t a ls t u d y o nw o r k a b i l i t ya n db a s i c a n i c a lp r o p e r t i e so f i r o n - - r a i l i n g sh i g h - p e r f o r m a n c e c e m e n tg r o u t i n gm a t e r i a l - a b s t r a c t w o r k a b i l i t ya n db a s i cm e c h a n i c a lp r o p e r t i e sa r es t u d i e df o rh i g h p e r f o r m a n c e c e m e n tg r o u t i n gm a t e r i a l ( o c g m ) a n di r o n - t a i l i n g s h i g h - p e r f o r m a n c ec e m e n t g r o u t i n gm a t e r i a l ( i c g m ) i nt h ea r t i c l e ，a n dt h e i rp e r f o r m a n c ei sc o m p a r e d a c c o r d i n gt ot h er e s u l t s ，t h ef o l l o w i n gc o n c l u s i o n sw e r eo b t a i n e d ( 1 ) h i g h p e r f o r m a n c ec e m e n tg r o u t i n g m a t e r i a li ss t u d i e dh a sd i f f i e r e n t s u p e r p l a s t i c i z e rd o s a g e sw h e no t h e rc o m p o n e n t sf i x e d t h er e s u l t ss h o w e dt h a t l i q u i d i t y o fc e m e n t g r o u t i n g m a t e r i a li si n c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s eo f s u p e r p l a s t i c i z e rd o s a g e ，a n d t h e nt h e d o s a g e f o ro 4 i sr e a s o n a b l ef o r h i g h p e r f o r m a n c ec e m e n tg r o u t i n gm a t e r i a l ( 2 ) w o r k a b i l i t yo fh i g h - p e r f o r m a n c ec e m e n tg r o u t i n gm a t e r i a li ss t u d i e dh a s d i f f e r e n tm i n e r a la d m i x t u r er a t i ow h e no t h e rc o m p o n e n t sf i x e d t h er e s u l t ss h o w e d ( 4 ) i r o n - r a i l i n g sh i g h p e r f o r m a n c ec e m e n tg r o u t i n gm a t e r i a l i ss t u d i e dh a s f o u rs u p e r p l a s t i c i z e rd o s a g e sw h e no t h e rc o m p o n e n t sf i x e d t h et e s tr e s u l t ss h o w e d t h a t l i q u i d i t yo fc e m e n tg r o u t i n gm a t e r i a l i si n c r e a s e dw i t ht h ei n c r e a s eo f s u p e r p l a s t i c i z e rd o s a g e ，a n dt h e n t h e d o s a g e f o ro 5 i sr e a s o n a b l ef o r h i g h - p e r f o r m a n c ec e m e n tg r o u t i n gm a t e r i a l 。 ( 5 ) w o r k a b i l i t yo fi r o n - r a i l i n g sh i g h - p e r f o r m a n c ec e m e n tg r o u t i n gm a t e r i a l i ss t u d i e dh a sd i f f e r e n t i r o n - t a i l i n g ss a n d r a t i o sw h e no t h e rc o m p o n e n t sf i x e d t h e r e s u l t ss h o w e dt h a tl i q u i d i t yo fc e m e n tg r o u t i n gm a t e r i a li si n c r e a s e dw i t ht h e i n c r e a s eo ft h ea m o u n to fi r o n r a i l i n g ss a n d ，b u tt h el i q u i d i t yo fh i g h - p e r f o r m a n c e c e m e n tg r o u t i n gm a t e r i a lo b v i o u s l yd e c r e a s e sw h e nt h ei r o n r a i l i n g ss a n dr a t i oi s m o r et h a n7 0 ，a n dw a t e ri n c r e a s e s w h i l et h ec e m e n tg r o u t i n gm a t e r i a lt h es a m e l i q u i d i t y i t i sr e a s o n a b l et oh a v e 4 0 r e p l a c e m e n t r a t i of o r i r o n - t a i l i n g s h i g l l p e r f o r m a n c ec e m e n tg r o u t i n gm a t e r i a l ( 6 ) b a s i cm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so fi r o n t a i l i n g s h i g h p e r f o r m a n c ec e m e n t g r o u t i n gm a t e r i a la r es t u d i e df o r d i f f e r e n t i r o n - t a i l i n g sr e p l a c e m e n tr a t i o t h e r e s u l t ss h o w e dt h a t3 ds t r e n g t ho fc e m e n t g r o u t i n gm a t e r i a lw a sa b o u t6 0 o f2 8 d s t r e n g t h t h ee x p e r i m e n t a lr e s u l t ss h o w e dt h a ti r o n t a i l i n g ss a n dr e p l a c eq u a r t z s a n da sf i n ea g g r e g a t eh a v eg o o dp e r f o r m a n c e ( 7 ) t h ed i f f e r e n ta d m i x t u r e so fe x p a n s i v ea g e n tv e r t i c a li n f l a t i o nh a v eb e e n s t u d i e d a n dt h ea d m i x t u r eo fe x p a n s i v ea g e n tf o rr e g u l a ra n di r o nt a i lo r ec e m e n t b a s eg r o u t i n gm a t e r i a lh a sb e e na n a l y z e d i ti sc o n c l u d e d t h a tt h ee f f e c to nt h e s t a b i l i t yo ft h ev o l u m eo ft w ok i n d so fc e m e n tb a s eg r o u t i n gm a t e r i a lr e a s o n a b l e a d m i x t u r eo fe x p a n s i v ea g e n ta r e10 f o r b o t h t h i sr e s e a r c hd i s c u s s e di nt h i sp a p e rh a sp a v e dt h ew a yf o rt h ef u r t h e rs t u d v a n da p p l i c a t i o no ft h eh i g h p e r f o r m a n c ec e m e n tg r o u t i n gm a t e r i a lb a s e i r o n t a i l i n g s g r o u t i n gm a t e r i a l k e y w o r d ：i r o n - t a i l i n g ss a n d ；h i g hp e r f o r m a n c ec e m e n t g r o u t i n gm a t e r i a l ： w o r k a b i l i t y ：b a s em e c h a n i c a lp r o p e r t i e s ：e x p e r i m e n t a ls t u d y i i i 致谢 已近尾声，高兴和欣慰之余，又不禁感慨万千。毕业在即，我 将近三年的硕士研究生生活，在这个季节即将划上一个句号， 而于我的人生却只是一个逗号，我将面对又一次新征程的开始。感到欣慰的是 这几年的学习和生活不仅换来学业上的收获，更重要的是锻炼了自己各方面的 能力，这对于我的意义远远超过付梓这本硕士论文。在此，向所有关心、帮助 和支持过我的老师、同学以及亲人表示衷心的感谢。 衷心感谢我的导师何沛祥老师，何沛祥老师富有启发性、建设性的建议与 指导使我得到启迪、鞭策，从而使本论文可以顺利完成。何老师不仅在学术研 究方面给予我耐心的指导，在做事和做人方面更是给了我诸多启发教育，这些 将令我受益终身。何老师实事求是的治学态度、严谨的科研作风以及渊博的知 识都使我深为敬佩，为我的人生征途树立了榜样，在此，向何老师致以最诚挚 的谢意和祝福。 衷心感谢汪秀石师兄在论文撰写以及试验期间给予的指点和启发。 感谢课题组韩彰同学、汪刘顺、伍敏、李周等师弟，是他们帮助我完成了 本论文涉及到的许多室内、室外的研究工作。同时要感谢合肥工业大学结构与 材料试验室，为本研究的现场试验提供了很多便利，对本研究工作予以了支持 和理解。 感谢我亲爱的父母，你们是我永远的避风港湾。回顾求学生涯，白驹跃涧， 以近二十载，此间完全得益于你们对我默默无私的支持与鼓励。给予我克服困 难的勇气和动力，正是在你们的支持下，才有我今天的学有所成。衷心感谢你 们，我永远爱你们。 最后衷心感谢所有论文评审和答辩委员会的专家们的不辞辛劳和真诚指 正! i v 宛阿祥 2 0 1 1 年3 月于合肥 目录 i 致谢 目蜀匙v 插表清单k 第一章绪论1 1 1 研究背景l 1 2 高性能水泥基灌浆料的研究与发展现状2 1 2 1 高性能水泥基灌浆料的概念2 1 2 2 国内外高性能水泥基灌浆料的研究现状”2 1 3铁尾矿砂混凝土的研究与发展”5 1 3 1 铁尾矿砂混凝土的概念5 1 3 2 我国铁尾矿砂混凝土的研究与发展“6 1 4 高性能水泥基灌浆料的发展方向7 1 5 本文的研究目的、技术路线及研究内容8 1 5 1 研究目的8 1 5 2 技术路线1 0 1 5 3 研究内容1o 第二章试验原材料及试验方法”1 2 2 1 试验原材料1 2 2 1 1 力c ：泥l2 2 1 2 化学外加剂一1 2 2 1 3 矿物掺合料13 2 1 4 膨胀剂1 4 2 1 5 细骨料，：1 4 2 1 6 拌和水。：_ 15 2 2 试验方法与标准规范16 2 2 1 试验方法及试件的制作养护：k ”1 6 2 2 2 试验设备及试验方法。1 7 2 2 3 试验方法：18 第三章普通型高性能水泥基灌浆料工作性能及力学性能试验研究1 9 3 1 试验配合比设计19 3 2 普通型高性能水泥基灌浆料工作性能试验研究2 0 3 2 1 试验规范标准及试验测试方法一，”2 0 3 2 2 试验结果“2 0 v 3 2 3 试验结果分析2 1 3 3 普通型高性能水泥基灌浆料力学性能试验研究2 9 3 3 1 试验结果2 9 3 3 2 试验相关性分析3 0 3 4 不同膨胀剂掺量的水泥灌浆料竖向膨胀率试验3 4 3 4 1 试验测试方法3 4 3 4 2 试验结果与分析3 6 3 5 本章小结3 6 第四章铁尾矿砂高性能水泥基灌浆料工作性能及力学性能试验研究3 8 4 1 试验配合比优化设计3 8 4 2 铁尾矿砂高性能水泥基灌浆料工作性能试验研究3 9 4 2 1 试验结果3 9 4 2 2试验结果分析一4 0 4 3 铁尾矿砂水泥基灌浆料力学性能试验研究”4 3 4 3 1 试验结果4 3 4 3 2 试验结果分析“4 4 4 4 不同膨胀剂掺量的铁尾矿砂水泥灌浆料竖向膨胀率试验“4 7 4 4 1 试验测试方法4 7 4 5 本章小结4 8 第五章高性能水泥基灌浆料性能统计分析4 9 5 1 工作性能统计分析4 9 5 2 力学性能统计分析”4 9 5 2 1 对比分析5 0 5 2 2 抗压强度与抗折强度相关性统计分析“5 1 5 2 3 强度随龄期变化统计分析”5 1 5 3 小结5 4 第六章结论与展望5 5 6 1 全文总结5 5 6 2 展望j ? 5 5 参考文献一5 7 附录a 攻读硕士期间参与科研及论文发表情况6 1 插图清单 图1 1 矿区铁尾矿库状况1 0 图2 1 铁尾矿砂微观分析一1 5 图2 2u j z 1 5 砂浆搅拌机1 6 图2 3y e 2 0 9 a 型液压式压力试验机1 7 图2 4s e c 2 0 1 型水泥强度试验机1 7 图2 5d k z 5 0 0 0 型电动抗折试验机1 8 图3 1o c m g l 1 3 流动度对比分析2 1 f 图3 2 流动度现场试验照片2 3 图3 3o c m g l 1 3 坍落度及坍落扩展度对比分析2 3 图3 4 坍落度和坍落扩展度现场试验照片2 4 图3 5o c m g l 1 - - - 3v 型漏斗试验对比分析2 5 图3 6v 型漏斗试验装置2 5 图3 7v 型漏斗现场试验照片2 6 图3 8o s p 0 1 0 7 流动度试验分析结果2 7 图3 9o s p 0 1 - 0 7 坍落度和坍落扩展度试验结果分析”2 7 图3 10o s p 0 1 - - 0 7v 型漏斗试验结果分析2 7 图3 1 1o m a l 0 - - 一3 0 流动度试验分析结果2 8 图3 1 2 0 m a l 0 3 0 坍落度和坍落扩展度试验分析结果2 9 图3 1 3o m a l 0 一, 3 0v 型漏斗试验分析结果2 9 图3 1 4 0 c m g l 1 - 3 抗压强度随龄期变化曲线3 0 图3 1 5o c m g l 1 3 抗折强度随龄期变化曲线3 1 图3 1 6o s p o 1 0 7 抗压强度随龄期变化曲线3 1 图3 1 7o s p 0 1 0 7 抗折强度随龄期变化曲线3 2 图3 1 8o m a l 0 - 3 0 抗压强度随龄期变化曲线3 2 图3 1 9o m a l 0 - 3 0 抗折强度随龄期变化曲线3 3 图3 2 0 普通型高性能水泥基灌浆料抗压强度与表观密度关系曲线3 3 图3 2 1 竖向膨胀率装置示意图3 4 图3 2 2 竖向膨胀率现场试验照片一j 3 6 图3 2 3 不同膨胀剂掺量的普通型高性能水泥基灌浆料竖向膨胀率随时间变化曲线3 6 图4 3v 型漏斗试验4 0 图4 4 编号为s p 一的水泥基灌浆料流动度试验分析4 0 图4 5 编号为s p 的水泥基灌浆料坍落度和扩展度试验分析4 1 图4 6 编号为s p 的水泥基灌浆料v 型漏斗试验分析4 l 图4 7 编号为i c g m 水泥基灌浆料流动度对比分析”4 2 l 图4 8 编号为i c g m 水泥基灌浆料坍落度和扩展度对比分析4 2 图4 9 编号为i c g m 水泥基灌浆料v 型漏斗试验分析4 3 图4 1 0 抗压试验4 4 图4 11 抗折试验4 4 图4 1 2 编号为s p 的铁尾矿砂水泥基灌浆料抗压强度分析4 5 图4 1 3 编号为s p 的铁尾矿砂水泥基灌浆料抗折强度分析”4 5 图4 1 4 编号为i c g m 的铁尾矿砂水泥基灌浆料抗压强度分析”4 6 图4 1 5 编号为i c g m 的铁尾矿砂水泥基灌浆料抗折强度分析4 6 图4 1 6 铁尾矿砂高性能水泥基灌浆料抗压强度与表观密度关系4 7 图4 1 7 不同膨胀剂掺量的铁尾矿砂高性能水泥基灌浆料竖向膨胀率随时间变化曲线 4 8 图5 1 流动度对比4 9 图5 2 坍落扩展度对比5 0 图5 3 抗压强度对比“5 0 图5 4 抗折强度对比5 0 图5 5 普通型水泥基灌浆料抗压强度与抗折强度相关性统计分析一5 l 图5 6 铁尾矿砂水泥基灌浆料抗压强度与抗折强度相关性统计分析”5 1 图5 7o c g m l 2 抗压强度随龄期变化拟合分析“5 2 图5 8o c g m l 2 抗折强度随龄期变化拟合分析“5 3 图5 9i c g m 2 抗压强度随龄期变化拟合分析5 3 图5 1 0i c g m - 2 抗折强度随龄期变化拟合分析5 3 v i i i 插表清单 表2 1 水泥物理力学性能指标1 2 表2 2e 型高性能减水剂物理特性及使用掺量- 一1 3 表2 3 水泥、a 矿物掺合料化学成分13 表2 4a 矿物掺合料物理性质13 表2 5 石英砂基本物理力学性能1 4 表2 6 石英砂理化鉴定数据1 4 表2 7 普通砂、石英砂、铁尾矿砂以及碎石筛余分析- 1 4 表2 8 铁尾矿砂主要化学成分分析1 5 表3 1 普通型高性能水泥基灌浆料配合比设计1 9 表3 2g b t 5 0 4 4 8 对水泥基灌浆料工作性能的评价标准2 0 表3 3c e c s 2 0 3 对自密实混凝土工作性能的评价标准”2 0 表3 4 水泥基灌浆料测试方法及相应指标2 0 表3 5 普通型高性能水泥基灌浆料工作性能试验结果2 1 表3 6 普通型高性能水泥基灌浆料力学性能试验结果3 0 表3 7 普通型高性能水泥基灌浆料竖向膨胀率试验结果3 6 表4 1 铁尾矿砂高性能水泥基灌浆料配合比设计3 8 表4 2 铁尾矿砂高性能水泥基灌浆料工作性能试验结果3 9 表4 3 铁尾矿砂高性能水泥基灌浆料力学性能试验结果”4 3 表5 1 两类高性能水泥基灌浆料性能试验结果统计4 9 表5 2 拟合曲线与实测值的逼近程度5 2 第一章绪论 1 1 研究背景 据我们所知从人类的祖先遗址中发掘出来的原始勃土类胶凝材料迄今为止 应用范围最广、用量最多的就是水泥胶凝材料，它的发展己经跨越了将近五千 多年的历史，追溯这种重要材料的演变与发展的过程可以知道，每一次材料品 种的更新和改进都是原自社会发展的需求，而接着又推动了社会发展的进程。 自公元前二世纪起，古罗马人便已经能用天然火山灰、石灰和碎石拌制混凝土 作为建筑材料。到1 8 世纪以后，火山灰一石灰系混凝土由于凝结慢、早期强度 低从而日益不适应生产迅速发展的需要。此后又有人用含砧土成分较多的石灰 石粉锻烧而制得了“水硬性石灰”，这在当时的欧洲被称为“罗马水泥”。由于天 然薪土质石灰石的成分极不稳定，1 8 1 3 年法国人用石灰石和勃土配料后加水湿 磨成均匀的混合物，经缎烧而制得了“人工水硬性石灰”，被认为是近代水泥的 雏形。1 8 2 4 年，英国人阿斯普丁取得了硅酸盐水泥的专利，由于该水泥的颜色 酷似英国伦敦附近的一种岩石一波特兰石，故而命名为波特兰水泥。1 8 8 6 年美 国首先用回转窑锻烧成功了硅酸盐水泥熟料，从而使波特兰水泥进入了大规模 工业化生产阶段。 波特兰水泥的闯世和大规模工业化生产是建筑材料技术的一次飞跃，再加 上钢筋混凝土、预应力技术、外加剂技术的相继问世，使得水泥混凝土己成为 近现代应用最为广泛的建筑材料。有专家预计，在今后一段相当长的时间之内， 水泥混凝土仍将是应用最广、用量最多的建筑材料。水泥是建材领域应用最广 泛的建筑材料之一，其性能的好坏事关国计民生，因此，提高水泥的性能意义 非常重大。高性能水泥基灌浆材料作为2 1 世纪胶凝材料发展的主导方向，其研 究已经成为材料领域的热点，随着现代科技的突飞猛进，材料产业也得到飞速 的发展。特别是外加剂技术有了很大的发展，混凝土现在所能达到的强度已经 远远超出了工程所要求的范围，混凝土技术已进入高技术领域。同混凝土一样， 水泥基灌浆材料也由原来的高强灌浆料逐步向高性能灌浆料的方向发展。高性 能水泥基灌浆料是以水泥为主要胶凝材料，选择高莫失硬度的材料为骨料，辅 以硫化剂、微膨胀、防离析等组分配制而成的干混料。水泥基灌浆料因其常温 下具有高强度、自密实、无收缩等优异的性能，在设备基础二次灌浆、地脚螺 栓锚固、修补、混凝土加固等【卜3 】方面具有广泛应用。由于进口灌浆料价格比较 昂贵，而且国内市场需求也较大，所以，近几年国内对灌浆料的研究十分重视 并取得了很大的进展。在施工现场只需将干混料加入一定比例的水适当搅拌， 待其硬化后便具有二定的强度，且具有流动性好、有效接触面高、微膨胀、用 水量范围比较宽、不离析、不泌水等性能特点。论文结合既有灌浆料广泛应用 于设备基础或钢结构柱脚底板的灌浆、轨道基础灌浆、空洞修补、后浇带灌浆 机桥梁、坝体的抢险等工程领域和水泥基灌浆料优异的性能特点开展了铁尾矿 砂高性能水泥基灌浆料工作性能及基本力学性能试验研究。 1 2高性能水泥基灌浆料的研究与发展现状 1 2 1 高性能水泥基灌浆料的概念 水泥基灌浆料是一种由水泥、集料( 或不含集料) 、外加剂和矿物掺合料等 原材料，经工业化生产的具有合理级分的干混料。加水拌和均匀后具有可灌注 的流动性、微膨胀、高的早期和后期强度、不泌水等性能。 水泥基灌浆料主要有以下技术性能评价指标： ( 1 ) 工厂预拌，加水即用，无离析，质量稳定。 ( 2 ) 高流动性。一般要求灌浆料的跳桌流动度大于2 4 0 m m 。在这样的流动度下， 灌浆料可依靠自重作用或稍加插捣就能流入所要填充的全部空隙，同时浆 体的黏聚性好、无泌水。这些特点保证了灌浆料易于通过钢筋或结构管道、 孔隙并达到结构密实。减少施工误差，保证工程质量。 ( 3 ) 强度高。一般设备安装按国内规范要求，灌浆料的强度等级应比基础的混 凝土的强度等级高一级。灌浆料强度发展快，硬化后抗压强度高：l d 抗压 强度大于2 0 m p a ，2 8 d 抗压强度大于7 0 m p a ，与旧混凝土及钢筋粘结性能 良好。 ( 4 ) 无收缩。灌浆料具有微膨胀性能，保证孔道灌浆密实并具有良好的抗渗性， 强化了对旧混凝土、基础螺栓以及预应力钢筋黏结性能。无收缩微应力系 统，具有补偿收缩性能，体积稳定，防水防裂，抗冻融。 ( 5 ) 使用极为方便，工作效率高，大量节省工期。 ( 6 ) 废料少，无毒性，使用安全，符合环保要求。 ( 7 ) 耐久加固：灌浆料系无机材料，耐久性好，在潮湿环境中强度还可有一定 增长；对钢筋无锈蚀作用。 1 2 2 国内外高性能水泥基灌浆料的研究现状 由于水泥基灌浆料具有早强、高强、高流态和耐久性好等多种优点，其在 第二次世界大战中被用来修建防御工事，至2 0 世纪5 0 年代，逐步应用于工业 部门的设备基础的二次灌浆和工程结构的加固修补。至今，水泥基灌浆料的应 用现已从传统的设备基础的二次灌浆【4 巧】、工程结构的加固补强发展到工程抢 修、预应力结构灌浆、核废物封装以及铁路桥梁等工程领域。鉴于水泥基灌浆 料广泛的应用前景，国内外许多学者对于水泥基灌浆料的研究做了努力，配制 出多种适合不同工程需求的灌浆料。目前，国内外对于水泥基灌浆料研究包括 配合比优化设计、流变性、工作性、耐久性j 力学性能等涉及评价灌浆料性能 的各个方面及其工翟应用。 ： 对于水泥基灌浆料配合比设计，国内外学者均做了大量试验研究，构成水 泥基灌浆料的组成成分各不相同，但总体可归结为三类，即不含集料的水泥基 灌浆料；含细集料的水泥基灌浆料以及含粗、细集料的水泥基灌浆料。国外对 于不含集料的水泥基灌浆料做了大量研究。y a h i a 等【6 】以高效减水剂、文莱胶为 外加剂，硅灰、高炉矿渣为掺合料，配制出高性能假塑性灌浆料。r i c e 等1 采 用普通硅酸盐水泥、粉煤灰以及减水剂为原料并严格控制加水量，针对核废料 封装问题配制出水泥基p f a 灌浆料。m i r z a 等1 8 】针对土壤、岩石以及油井灌浆等 工程领域，采用大掺量粉煤灰代替部分水泥，并以减水剂、不分散剂做为外加 剂配制出大掺量粉煤灰灌浆料。s a h m a r a n 9 】等以天然沸石和商用粘度改性外加 剂为粘度改性剂，并以加入的减水剂含量为常数，研究水泥基灌浆料的流变性、 工作性以及凝结时间。y a h i a 1 0 】等采用高效减水剂和不分散剂作为外加剂，研究 其相互作用对不同水灰比的水下浇筑的高性能水泥基灌浆料流变性能影响。 j a m a ls h a n n a g 1 1 】以减水剂为外加剂，天然火山灰、硅灰为掺合料，以天然石英 砂为细集料配制出用于结构补强的高性能水泥基灌浆料。h u a n g 1 2 以水泥为胶 凝材料，掺加粉煤灰，聚丙烯纤维，以减水剂为外加剂配制出改进的水泥基灌 浆料。s v e r m o v a 1 3 】等使用石灰石粉为矿物掺合料，减水剂、粘度剂作为外加剂 配制水泥基灌浆料。k r i s h n a m o o r t h y 1 4 】等采用辅助胶凝材料粉煤灰、磨细高炉 矿渣以及硅灰作为掺合料，以减水剂作为外加剂配制水泥基灌浆料。a l l a n 【l 5 j 等以水泥、含s 1 0 2 9 8 9 5 纯度的石英砂、2 0 0 目膨润土以及高效减水剂为原材 料配制水泥基灌浆料。o z c a nt a n m 】等使用粉煤灰、由火山灰演变成的膨润土以 及硅粉作为掺合料配制水泥基灌浆料。龙广成【1 7 】等以5 2 5 级普通硅酸盐水泥为 胶凝材料，采用硅粉和水淬高炉矿渣为掺合料，萘系磺酸盐高效减水剂、u 型 和c a o 型膨胀剂为外加剂，1 6 目、2 8 目、6 0 目以及1 0 0 目石英砂为集料配制高性 能水泥基灌浆料。黄政字【l8 】等以普通硅酸盐水泥、纳米s i 0 2 为胶凝材料，采用 含s i 0 2 为9 0 的硅灰为掺合料，聚羧酸高效减水剂、u e a 膨胀剂为外加剂，3 2 5 目石英粉为细集料配制出早强高强灌浆料。 水泥基灌浆料流变性能研究，国内外学者进行了大量试验。流变性是在外 力作用下，研究流体材料的流动性与变形性能( r e y n o l d s ，1 9 6 0 ) ，其本质是采用 流变模型描述流体应力与应变之间的关系。对于水泥基灌浆料流变性及工作性 的研究，m a g n u se r i k s s o n ”】等对影响水泥基灌浆料流变性的参数进行了试验研 究，认为水泥类型、水灰比( w c ) 比、减水剂含量、搅拌机以及水温等是影响 流变性能的主要因素，并且认为多次试验的结果优于一次试验结果。m o h a m m e d s o n e b i 2 0 】研究在相同水胶比以及给定高效减水剂掺量的情况下，研究粘度改性 剂( v m a ) 文莱胶以及d i u t a n 胶各自对水泥基灌浆料流变性能的作用，结果显示， 在给定高效减水剂掺量时，文莱胶和d i u t a n 胶掺量的增加，均会使屈服应力值、 表观粘度以及塑性粘度明显增加，但流动性减小，由于掺入v m a 灌浆料的假塑 性流变性，随着高效减水剂掺量的增加，在低剪切速率情况下的表观粘度相对 于高剪切速率时快速减小。y a h i a 等【6 】研究在常数水胶比( w c m ) 情况下，该性 能假塑性灌浆料的屈服应力，研究表明，采用已有的六种流变分析模型进行推 测屈服应力得到的结果与试验结果差别较大，作者提出一个新的估算新拌高性 能假塑性灌浆料的剪切应力剪切流动速率模型，结果显示，该模型估算出的屈 服应力小于其他六种分析模型的估算值。m i r z a 等【8 】研究了高掺量粉煤灰灌浆料 三个流变性能指标，即流动时间、泌水性以及凝结时间，试验结果显示粉煤灰 掺量的增加减小流动时间，改进稳定性，减少干缩。s a h m a r a n 9 等以天然沸石 为粘度改性剂，分别研究在高效减水剂掺量为定值，变值时的屈服应力、表观 粘度、塑性粘度以及流动性、变形性。s v e 姗o v a l l 3 j 等研究了影响水泥基灌浆料 流变性能的因素并给出各研究指标的拟合多项式。r o s q u 0 6 t 2 u 等研究了水泥基 灌浆料的流变行为以及沉降。 国内外学者对水泥基灌浆料力学性能及变形性能等进行了大量试验研究。 m i r z a 等【5 】研究了高掺量粉煤灰灌浆料的抗压强度、剪切强度、以及干缩等力学 及变形性能。m o h a m m e ds o n e b i 2 2 】研究了水下复合灌浆料的抗分散性及抗压强 度。j a m a ls h a n n a g 2 3 】经过试验研究证明，其所配制的高性能水泥基灌浆料有较 好的流动性并且无离析分层现象同时达到了较高的抗压强度。h u a n g 1 2 研究了 含有有机纤维的水泥粉煤灰灌浆料的抗压强度、抗弯折强度以及耐久性。 k r i s h n a m o o r t h y 1 4 】研究了水泥基灌浆料的流动性、强度、收缩以及耐久性。 a l l a n 1 2 】研究了含有细集料水泥基灌浆料的力学性能，包括：粘结强度、抗压强 度以及劈拉强度等。b u r a kf e l e k o 香l u 2 4 】研究了自密实填充灌浆料的不同龄期抗 压强度及2 8 d 的干缩性能。m