水泥基灌漿料抗泌水離析性能的研究

胡鐵剛，田甜，彭勃，尹明，賀彪，彭杰

（1.湖南固特邦土木技術(shù)發(fā)展有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410205；2.湖南大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410082）

水泥基灌漿料抗泌水離析性能的研究

胡鐵剛1，田甜1，彭勃1，尹明2，賀彪1，彭杰1

（1.湖南固特邦土木技術(shù)發(fā)展有限公司，湖南 長(zhǎng)沙 410205；
2.湖南大學(xué) 土木工程學(xué)院，湖南 長(zhǎng)沙 410082）

為了解決水泥基灌漿料施工過程中容易出現(xiàn)泌水離析的問題，研究了不同增稠物質(zhì)對(duì)水泥基灌漿料的抗泌水離析性能和抗開裂性能的影響。結(jié)果表明，粘度改性劑A和低黏度纖維素醚在0.05%和0.01%的摻量條件下，都具有良好的保水性能和粘聚性能，而不明顯影響灌漿料的流動(dòng)度，流動(dòng)度在300 mm以上，大大改善了灌漿料的抗泌水離析能力，且對(duì)灌漿料早期強(qiáng)度無(wú)影響。纖維素醚對(duì)改善灌漿料的早期抗裂性能效果顯著，抗開裂性能比達(dá)到53%。

水泥；灌漿料；泌水；離析；粘度改性劑

水泥基灌漿料對(duì)流動(dòng)性要求高，要能自流密實(shí)、不離析、均勻、穩(wěn)定，澆筑時(shí)依靠其自重流動(dòng)，無(wú)需振搗而達(dá)到密實(shí)。當(dāng)前市場(chǎng)上的灌漿料及其施工技術(shù)主要是針對(duì)大中型設(shè)備的二次灌漿、地腳螺栓錨固、底座基礎(chǔ)、混凝土結(jié)構(gòu)加固、工程修補(bǔ)、搶修等工程施工[1-2]。粘聚性差的灌漿料經(jīng)攪拌后，容易出現(xiàn)水泥漿和水上浮而石英砂等骨料下沉的分層離析現(xiàn)象，影響灌漿料質(zhì)量的均勻性、成型的密實(shí)性，澆注后容易出現(xiàn)蜂窩、空洞等現(xiàn)象。粘聚性過大，又容易導(dǎo)致灌漿料的流動(dòng)度變差，流動(dòng)不到施工的位置，無(wú)法與基面更好地接觸密實(shí)，影響澆灌質(zhì)量。水泥基灌漿料的高流動(dòng)度可以通過摻入高減水率減水劑來解決，一般為聚羧酸高性能減水劑或其它高效減水劑，但高減水率減水劑在使用過程中，由于對(duì)水泥存在適應(yīng)性問題，對(duì)用水量和本身?yè)搅亢苊舾校菀壮霈F(xiàn)泌水離析等現(xiàn)象，給施工帶來很大的不便，對(duì)工程質(zhì)量也帶來隱患。為了降低減水劑的這種敏感性，加入能起良好保水性能、提高灌漿料粘聚性、防止泌水，但對(duì)灌漿料流動(dòng)性又不會(huì)造成很大影響的增粘增稠物質(zhì)。此類增稠物質(zhì)主要包括纖維素系水溶性高分子、乙二醇系高分子、丙烯基系水溶性高分子、多糖類聚合物等，無(wú)機(jī)物膨潤(rùn)土也可以用來改善砂漿的抗離析性能[3-7]。本文選用應(yīng)用最廣泛的纖維素系、丙烯基系有機(jī)高分子作為研究對(duì)象，并考察無(wú)機(jī)物膨潤(rùn)土對(duì)砂漿抗離析性能的影響。同時(shí)，增粘增稠物質(zhì)還具有一定的抗裂性能，能提高砂漿的耐久性。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原材料

水泥：南方水泥產(chǎn)P·O52.5水泥；礦粉：S95級(jí)，湖南株洲產(chǎn)；膨脹劑：UEA-E，武漢三源公司生產(chǎn)；石英砂：20～40目、40～100目；聚羧酸高性能減水劑：PC1030，興邦化學(xué)有限公司生產(chǎn)；纖維素醚HPMC：三星公司生產(chǎn)；膨潤(rùn)土：上海產(chǎn)；粘度改性劑A：湖南固特邦公司自制的丙烯基系水溶性高分子，相對(duì)分子質(zhì)量40 000，5.0%黃色液體，20℃黏度為200 mPa·s，pH值為6.0～7.0。

1.2 灌漿料的配方

灌漿料的基礎(chǔ)配比為m（水泥）：m（礦粉）：m（膨脹劑）：m（20～40目石英砂）：m（40～100目石英砂）：m（PC1030）：m（水）=700：200：100：600：800：2.0：336，改變粘度改性劑A、纖維素醚和膨潤(rùn)土的摻量（按占膠材質(zhì)量計(jì)）。

1.3 試驗(yàn)方法

將水泥、礦物摻合料、砂和聚羧酸減水劑按一定比例配制得到基礎(chǔ)水泥基灌漿料HPG。在HPG中加入不同的增稠劑和適量的水，在砂漿攪拌機(jī)中攪拌3 min，再對(duì)攪拌好的砂漿進(jìn)行相關(guān)性能測(cè)試。

1.4 性能測(cè)試方法

泌水率主要用來評(píng)定灌漿料的穩(wěn)定性，按GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試；

流動(dòng)度：按GB 50119—2003《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》附錄A進(jìn)行測(cè)試，其中截錐形圓模的尺寸改為：高度（60± 0.5）mm，上口內(nèi)徑（70±0.5）mm，下口內(nèi)徑（100±0.5）mm。每次稱取不少于2000 g的灌漿料；

抗壓強(qiáng)度：按GB/T 17671—1999《水泥砂漿強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》攪拌方法，將拌合好的灌漿料倒入試模，不振動(dòng)，然后進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)試；

抗裂性能：按JC/T 951—2005《水泥砂漿抗裂性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試，抗開裂性能比是以基準(zhǔn)砂漿的開裂指數(shù)與摻入增稠劑砂漿的開裂指數(shù)之差除以基準(zhǔn)砂漿的開裂指數(shù)的百分?jǐn)?shù)表示。

2 結(jié)果與討論

2.1 粘度改性劑A用量對(duì)灌漿料HPG工作性能的影響（見表1）

表1 粘度改性劑A用量對(duì)灌漿料HPG工作性能的影響

表1結(jié)果表明，隨著粘度改性劑A用量增大，灌漿料的保水性和粘聚性提高，沒有泌水泌漿現(xiàn)象，但流動(dòng)度逐漸降低。粘度改性劑A用量為0.05%～0.15%時(shí)，可以對(duì)砂漿起到良好的保水增粘作用，而基本不降低砂漿的流動(dòng)度。

粘度改性劑A是一種水溶性高分子，通過高分子結(jié)構(gòu)吸附砂漿中多余水分，并在水泥顆粒與砂粒之間通過聚合物分子的搭橋和重組功能，形成空間三維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，以類似于空間矩陣的方式均勻地隔離、分布水泥漿體，從而提高砂漿的抗離析、抗泌水性能，卻不顯著影響砂漿的流動(dòng)度，從而有效提高砂漿的工作性能。

2.2 纖維素醚用量對(duì)灌漿料HPG工作性能的影響

考察了黏度為400 mPa·s的纖維素醚HPMC用量對(duì)HPG工作性能的影響，結(jié)果見表2。

表2 纖維素醚HPMC用量對(duì)灌漿料HPG工作性能的影響

表2結(jié)果表明，隨著纖維素醚用量增大，灌漿料的保水性和粘聚性提高，沒有泌漿現(xiàn)象，但初始流動(dòng)度逐漸降低。由于纖維素醚具有一定的緩凝作用，其具有良好的保坍性能。

2.3 不同黏度纖維素醚對(duì)灌漿料HPG工作性能的影響（見表3）

表3 纖維素醚HPMC黏度對(duì)灌漿料HPG工作性能的影響

表3結(jié)果表明，隨著纖維素醚黏度的增大，灌漿料的粘聚性增強(qiáng)、流動(dòng)度逐漸下降，沒有泌水現(xiàn)象。黏度為400 mPa·s的纖維素醚不僅具有良好的增粘性能，而且不會(huì)對(duì)灌漿料的流動(dòng)度產(chǎn)生顯著影響。

纖維素醚的增稠機(jī)理主要是疏水主鏈與周圍水分子通過氫鍵締合，提高了聚合物本身的流體體積，減少了顆粒自由活動(dòng)的空間，從而提高了體系黏度。對(duì)于高分子質(zhì)量纖維素醚，也可以通過分子鏈的纏繞實(shí)現(xiàn)黏度的提高，從而出現(xiàn)分子質(zhì)量越高，黏度越大的特點(diǎn)。對(duì)于具有高流動(dòng)度的自流密實(shí)砂漿，宜使用分子質(zhì)量較低的低黏度纖維素醚，既可以改善灌漿料的保水和粘聚性能，又不會(huì)對(duì)流動(dòng)度產(chǎn)生太大影響。

2.4 膨潤(rùn)土對(duì)灌漿料HPG工作性能的影響

膨潤(rùn)土是無(wú)機(jī)增稠劑，吸水后膨脹形成絮狀物質(zhì)，具有良好的懸浮性和分散性，與適量的水結(jié)合成膠狀體，在水中能釋放出帶電微粒，增大體系黏度。膨潤(rùn)土摻量對(duì)HPG工作性能的影響見表4。

表4 膨潤(rùn)土摻量對(duì)灌漿料HPG工作性能的影響

表4結(jié)果表明，膨潤(rùn)土摻量小于0.025%時(shí)，對(duì)灌漿料的保水和增粘作用不明顯，摻量大于0.030%后，表現(xiàn)出保水和增粘作用，但對(duì)砂漿的流動(dòng)度影響較大，使流動(dòng)度下降很快，且流動(dòng)度保持性較差。

2.5 不同增稠劑對(duì)灌漿料抗壓強(qiáng)度的影響

在上述不同增稠劑最佳用量條件下，考察了不同增稠劑對(duì)灌漿料抗壓強(qiáng)度的影響，結(jié)果見表5。

表5 不同種類增稠劑對(duì)灌漿料HPG抗壓強(qiáng)度的影響

表5結(jié)果表明，粘度改性劑A和纖維素醚并不會(huì)對(duì)灌漿料的抗壓強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響，相反，粘度改性劑A還能使1 d抗壓強(qiáng)度較未摻增稠劑的試樣提高12.6%。膨潤(rùn)土對(duì)灌漿料的強(qiáng)度有不利影響，使抗壓強(qiáng)度下降，其原因可能是膨潤(rùn)土遇水膨脹、吸水率高、膨脹倍數(shù)大，使砂漿密實(shí)度下降，使得硬化后的砂漿強(qiáng)度降低。

2.6 不同增稠劑對(duì)灌漿料HPG抗裂性能的影響

砂漿因脆性大和抗拉強(qiáng)度低等而容易產(chǎn)生裂縫，裂縫主要產(chǎn)生于塑性收縮和自收縮，而塑性收縮主要是由于砂漿毛細(xì)水的損失引起的收縮，所以環(huán)境溫度和砂漿自身的溫度越高、環(huán)境濕度越低、空氣流動(dòng)速度越大，砂漿水分蒸發(fā)量也越大，產(chǎn)生的塑性收縮裂縫也就越嚴(yán)重。如果能夠減緩水分的損失速度，則可以減緩或消除這種塑性收縮裂縫的產(chǎn)生。增稠劑由于具有一定的保水作用，能減緩水分的蒸發(fā)速度，所以也具有一定的抗開裂性能?？疾炝俗罴褤搅肯虏煌龀韯?duì)灌漿料抗開裂性能的影響，結(jié)果見圖1和表6。

圖1 摻不同增稠劑砂漿試樣的裂紋

表6 摻不同增稠劑時(shí)砂漿的裂紋數(shù)據(jù)

從試驗(yàn)現(xiàn)象及表6和圖1可以看出，摻入具有保水作用的增稠劑能改善砂漿的抗開裂性能，其中纖維素醚具有良好的抗開裂性能，抗開裂性能比為53%，其原因是纖維素醚本身具有良好的保水性能，使砂漿在早期塑形收縮過程中防止和減緩自由水及毛細(xì)孔道水的快速蒸發(fā)，從而延緩開裂的時(shí)間，使抗開裂性能得到改善。粘度改性劑A由于其保水性能并不高，而主要依靠自身高分子鏈在砂漿顆粒之間的架橋作用提高砂漿的粘聚性，通過這種架橋作用，也能提高砂漿的抗開裂性能，而其效果比具有優(yōu)異保水性能的纖維素醚差。

3 結(jié)論

（1）水溶性高分子粘度改性劑A通過分子的搭橋和重組功能，以類似于空間矩陣的方式均勻地隔離、分布水泥漿體，從而提高灌漿料的抗離析、抗泌水性能，且不顯著影響砂漿的流動(dòng)度，從而有效提高灌漿料的工作性能。

（2）對(duì)于具有高流動(dòng)度、自流密實(shí)的水泥基灌漿料，宜使用黏度較低的400 mPa·s纖維素醚，在用量為0.01%時(shí)，既可以改善砂漿的保水和粘聚性能，又不會(huì)對(duì)流動(dòng)度產(chǎn)生太大影響。

（3）膨潤(rùn)土具有保水和增粘作用，但對(duì)砂漿的流動(dòng)度影響較大，隨摻量提高，初始流動(dòng)度下降很快，且流動(dòng)度保持性差。

（4）粘度改性劑A和纖維素醚對(duì)灌漿料在摻量為0.05%和0.01%時(shí)對(duì)早期強(qiáng)度無(wú)不利影響，還稍有改善；膨潤(rùn)土對(duì)灌漿料的早期強(qiáng)度有不利影響，使抗壓強(qiáng)度下降。

（5）粘度改性劑A和纖維素醚均對(duì)灌漿料有較好的抗開裂性能，纖維素醚由于具有優(yōu)良的保水性能，所以其抗開裂性能也最佳，其開裂指數(shù)為1080 mm，抗開裂性能比為53%；粘度改性劑A性能其次，其抗開裂性能比為23%。

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Performance of cementitious grout on bleeding and segregation resistance

HU Tiegang1，TIAN Tian1，PENG Bo1，YIN Ming2，HE Biao1，PENG Jie1
（1.Hunan Good Bond Construction Technic Development Co.Ltd.，Changsha 410205，Hunan，China；
2.College of Civil Engineering of Hunan University，Changsha 410082，Hunan，China）

In order to solve the bleeding and segregation of cementitious grout in the construction process，performance of cementitious grout on bleeding and segregation resistance and crack-resistance by using different thickener have been studied.The results show that the viscosity reducer of A and low-viscosity cellulose ether have good water retention and cohesiveness at 0.05% and 0.01%adding volume in the cementitious grout，and have no adverse effect on fluidity of cementitious grout，have fluidity of 300 mm.It improved the bleeding and segregation resistance of cementitious grout，and have no adverse effect on early compressive strength.Cellulose ether has very good performance of early cracking-resistance on cementitious grout.Performance of cracking-resistance achieved 53 percent.

cement，grouting material，bleeding，segregation，viscosity reducer

TU528

A

1001-702X（2015）04-0033-04

2014-11-04；

2014-11-28

胡鐵剛，男，1982年生，湖南雙峰人，工程師，碩士，主要從事混凝土及砂漿外加劑的開發(fā)研究。