高强混凝土灌浆料的研制

我国现阶段水泥混凝土路面整体建设存在着设计强度低、面板薄、施工质量差等弊端，加之维修不及时，致使水泥混凝土路面使用一段时间后，损坏现象随处可见，且日益严重。特别是在使用5年以后会出现各种不同程度的损坏，裂缝类病害在路面病害中所占的比例较大。目前研究人员希望开发出一种能够快速修补好道路的材料，这种材料既能大大地缩短交通封闭的时间，又能够保证修复后路面的强度，不会给使用带来不便，而且还经济实惠。而超早强水泥基灌浆料恰好能解决这个问题，修补时将需要修补的路面旧混凝土破碎，然后直接将超早强灌浆料灌入碎裂的再生骨料中，混凝土就会凝结硬化并产生强度，2h即可开放交通，大大的节省修补时间，为交通带来便利[1-4]。本研究旨在研制出具有大流动性超早强的灌注砂浆，这种砂浆能够利用自身重力迅速地流进碎裂的混凝土块中，将集料包裹，并在其中硬化凝结，短时间内产生强度，恢复完整的结构，使用条件要求不高，施工程序简单，可大大节省施工时间，并保证施工质量；而且成本相对很低，能够普遍的用于混凝土制品的维修及各种灌注工艺中，具有现实意义。

1、试验部分

1.1原材料

水泥：唐山冀东水泥厂生产的42.5级快硬硫铝酸盐水泥；42.5级普通硅酸盐水泥。砂：石英砂在建材市场购得，普通河砂为浑河河砂，石英砂和普通河砂全部经过仔细的清洗，自然风干后使用。经过测试，石英砂细度模数0.95，普通河砂细度模数3.1，砂级配均良好。减水剂：苏州弗克外加剂生产的聚羧酸高性能减水剂，含固量40%，减水率30%。水：自来水。1.2高强混凝土灌浆料的制备及性能测试方法根据文献资料及前期试验结果，初步确定水胶比为0.27，胶砂比的范围1∶1~1∶1.5，普砂与石英砂比的范围2∶1~4∶1，减水剂含量的范围2‰~4‰[5-6]，以抗折强度和抗压强度为主要指标，研究不同胶砂比、不同减水剂、不同普砂与石英砂比对材料性能的影响规律。选择硫铝酸盐水泥和普通水泥的复合体系，普通水泥分别占总组分的0%、20%、40%、60%，按照标准搅拌方法对材料搅拌制成灌浆料，用40mm×40mm×160mm的模具对搅拌后浆体进行成型，并且放在标准养护箱内进行养护，随后根据水泥胶砂强度检验方法进行力学性能测试。力学性能测试仪器：YAW-300型压力试验机（沈阳市长城机电厂），电子液压式压力试验机（北京海智科技开发中心），JJ-5型行星式水泥胶砂搅拌机（中国沈阳市北市检测仪器厂）。参照GB/T50448—2015《水泥基灌浆材料应用技术规范》进行流动性测试试验。本试验中复合水泥体系的混合水泥砂浆的抗压、抗折强度参照GB/T17671—1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》进行测试。

2、结果与讨论

2.1灌浆料组成对其性能的影响普通硅酸盐水泥掺量对不同龄期下灌浆料的抗压强度和抗折强度的影响分别如图1、图2所示。由图1可知，随着养护龄期的增加，灌浆料的抗压强度有所增长。普通硅酸盐水泥掺量在20%～40%之间时，灌浆料28d抗压强度随着水泥掺量的增加而增长，其他掺量的灌浆料抗压强度都随着普通硅酸盐水泥掺量的增加而下降。灌浆料1d和3d抗压强度随着普通硅酸盐水泥掺量的增加而下降的原因是：由于硫铝酸盐水泥具有快硬早强的性质，完成水化反应在早期就能产生大量的钙矾石以提高抗压强度，使得内部结构更加完善[7]；与普通硅酸盐水泥相比，硫铝酸盐水泥能够大幅提高早期强度。但是对于28d强度而言，当普通硅酸盐水泥掺量在40%和60%时，抗压强度较20%掺量的有所增加，这是因为普通硅酸盐水泥产生对强度有利的钙矾石会比较慢，后期的抗压强度会大于具有快硬早强的硫铝水泥所形成的强度[8]，28d抗压强度稳定在70MPa左右，最低的是掺量为20%的67.27MPa。3d抗压强度最低为34.79MPa，此时普通硅酸盐水泥掺量为60%，1d抗压强度最低为30.24MPa，此时普通硅酸盐水泥掺量为40%。图1普通硅酸盐水泥掺量对灌浆料抗压强度的影响由图２可知，随着龄期的增加，灌浆料的抗折强度逐渐增加。随着普通硅酸盐水泥掺量的增加，灌浆料的1d和3d抗折强度逐渐降低，并且幅度很大，但是28d的变化不再跟随这个形式，而且随着普通硅酸盐水泥掺量的增加，28d与3d抗折强度的差值逐渐增加，说明随着普通硅酸盐水泥掺量的增加，试块的后期强度更加明显，这是由于普通硅酸盐水泥的后期强度会继续拥有较大的增加能力，所以随着龄期的增长，普通硅酸盐水泥掺量为40%和60%时的强度增长值较大。综上所述，普通硅酸盐水泥掺量可以选择0%～20%之间，在保证后期强度不降低的条件下充分保证了灌浆料的早期强度。图2普通硅酸盐水泥掺量对灌浆料抗折强度的影响2.2灌浆料胶砂比对其性能的影响试验选取了3组胶砂比，分别是1∶1、1∶1.2、1∶1.5，不同胶砂比对灌浆料流动度的影响如图3所示。由图3可知，随着胶砂比的减少，灌浆料的初始流动度及30min后的流动度呈明显下降趋势；而且30min后灌浆料的流动度损失十分大，不利于工程中的施工控制，当胶砂比为1∶1.5时，初始流动度和30min后的流动度均过小，不能满足国家要求，在自身的重力下无法填充到裂缝中、无法包裹住骨料。

图3不同胶砂比下灌浆料的流动度2.3胶砂比对灌浆料力学性能的影响不同胶砂比灌浆料在不同龄期下的抗压强度、抗折强度如图４、图5所示。由图４可知，灌浆料的抗压强度随养护时间的增加而增加，而且28d抗压强度相对于3d抗压强度值增加幅度很大，可见硫铝酸盐水泥作为胶凝材料的灌浆料，其后期强度并没有下降。胶砂比为1∶1的灌浆料增加幅度最大，其他两组的增加相对稳定。胶砂比为1∶1.2时，灌浆料的1d和3d抗压强度最高，分别为45.86MPa、54.12MPa，都达到了国家标准，28d抗压强度为64.96MPa，虽然达标，但是偏低。28d抗压强度随着胶砂比的增加而逐渐降低。图4不同胶砂比对灌浆料抗压强度的影响由图5可知，灌浆料的抗折强度随着养护时间的增加而逐渐增加，但是28d抗折强度相对于3d抗折强度增长不是很大，说明硫铝酸盐水泥在抗折强度方面具有更明显的早强快硬的性质，在1d和3d抗折强度测试中，胶砂比为1∶1.2时的抗折强度较大，其中1d抗折强度的前两组胶砂比都能满足标准要求，1∶1.5胶砂比灌浆料的抗折强度偏低，3d和28d抗折强度相对比较稳定。

图5不同胶砂比对灌浆料抗折强度的影响由于骨料在结构中起到骨架的作用，强度的一部分来自骨料，所以胶砂比为1∶1.2相对1∶1而言，骨料增加提高了力学性能，但是由于水胶比的因素，在砂的含量增加时，所采用的石英砂，其细度比较小，相对而言比表面积增加，需水量增加，相同水胶比条件下，水量不足，使得水泥水化不均匀，对整个体系的力学性能产生负面的影响，通过比较可以得出结论，胶砂比为1∶1～1∶1.2时，灌浆料不仅能拥有较好的流动性，而且力学性能也很好。2.4外加剂对硫铝酸盐水泥灌浆料性能的影响灌浆料主要是以细集料为主，按照标准搅拌会产生大量的微小气泡，从而降低整体的强度。加入磷酸二丁酯作为消泡剂之后，会减少其中的微小气泡。在硫铝酸盐水泥灌浆料中加入一定量的减水剂和消泡剂，测试其流动度，具体试验配合比见表1，试验结果如图6所示。表1灌浆料试验配合比由图6可知，4组试样在30min后都有流动度的损失，但是损失比较稳定，基本都在20mm左右，其流动度损失的稳定性比较高，能够更好地运用到施工中去，减少施工中会遇到的问题。在水胶比和减水剂含量一定的条件下，添加消泡剂组的初始流动度和30min后流动度均大于不掺加的，这是由于随着消泡剂的加入，搅拌后的浆体中气泡减少，由于气泡过多过大会影响到水泥的水化，有些气泡会附着在集料的表面，使得水泥浆体不能完全地包裹住集料，从而降低了流动度，而且通过图6可以看出，4组灌浆料的流动度十分稳定，初始流动度在330～350mm之间，30min后流动度在310～320mm之间，正好满足GB50448—2015《水泥基灌浆材料应用技术规范》中提到Ⅱ类灌浆料在最大尺寸粒径≤4.75时，其初始流动度不低于340mm、30min后不低于310mm的要求，而且流动度不是很大，没有产生离析和泌水等不良现象。

图6不同组分灌浆料的流动度结论

（1）在复合胶凝材料体系中，所制备的灌浆料流动度随着普通硅酸盐水泥掺量的增加而略有降低。在复合水泥体系试验中所制备的灌浆料初始流动度达到350mm，30min后流动度损失小，可以达到310mm，满足GB50448—2015《水泥基灌浆材料应用技术规范》的要求。（2）在复合胶凝材料体系中，随着普通硅酸盐水泥掺量的增加，试块的早期强度呈下降的趋势，虽然在28d掺入60%的试块测试中可以很高，但是因为灌浆料需要具备较高的早期强度，所以选择0%～20%之间进行取代，在保证后期强度不降低的情况下充分保证了灌浆料的早期强度。（3）