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摘要：采用微珠、超細礦粉、硅灰改性超細水泥制備超細水泥基灌漿材料，研究了不同種類的礦物摻合料對超細灌漿料工作性能和力學性能的影響。結果表明：隨著微珠和超細礦粉的摻入，超細灌漿料漿體粘度顯著下降，可灌性顯著提升，但隨著硅灰的加入，漿體粘度顯著增加，工作性能逐漸下降。從力學性能來看，相較于硅灰和微珠，采用超細礦粉制備的超細灌漿料7d和28d強度較高，相反，采用硅灰改性的水泥基超細灌漿料擁有更高的1d強度。在超細礦粉摻量為20%時，超細灌漿料擁有較好的工作性能、力學性能和滲透性能，其中，漿體的旋轉粘度為75.56MPa·s，1d、7d和28d抗壓強度分別為18.4MPa、55.1MPa和61.8MPa，滲透高度比可達90%。

關鍵詞：超細灌漿料；微珠；超細礦粉；硅灰

引言

水泥混凝土路面具有強度高、穩定性好、養護費用少、經費效益高等優點，被廣泛應用于我國各級公路上[1]。但受設計強度、施工質量、外界環境等因素的制約，我國水泥混凝土路面在使用一段時間之后，出現了不同程度的病害。在水泥混凝土路面病害中，裂縫破損最為普通、嚴重和復雜，裂縫的表現形式多種多樣，例如表面裂縫（龜裂），貫穿裂縫（橫向裂縫、縱向裂縫、交叉裂縫），板角斷裂以及化學反應引起的裂縫[2]。隨著這種病害逐漸加大，各種補漏的材料也開始逐漸走進了人們的視野。化學灌漿材料作為現階段修補裂縫使用最為廣泛的材料，具有滲透能力強、可灌性好、材料性能廣泛、實用性強、固化性能靈活可控等優點[3]，但其材料成本高、施工復雜、耐久性不佳且有毒，給環境和人類帶來危害，與綠色建材發展的理念相違背[4]。因此專家學者把研究方向放在了水泥基材料上，但普通的硅酸鹽水泥類灌漿材料由于其顆粒粒徑大，難以滿足細微裂縫的灌漿要求[5]，相比普通水泥，超細灌漿水泥具有很好的[6]滲透性能，幾乎可以和化學漿材媲美，而且對環境友好[7]，采用超細水泥灌漿，不僅能保證堵漏效果，而且還可以降低堵漏成本[8]。因此，本文采用超細水泥制備超細水泥基灌漿材料，研究不同礦物摻合料對超細灌漿料性能的影響。

1試驗部分

1.1原材料

水泥：超細水泥，比表面積960.1m2/kg，D50和D90分別為3.653μm、9.516μm，山東盈潤智能新材料有限公司生產。超細礦渣粉：比表面積992m2/kg，7d活性指數135%，28d活性指數115%。硅灰：比表面積24201m2/kg，SiO2含量90.12%。微珠：比表面積1568m2/kg，深圳道特科技有限公司生產。減水劑：聚羧酸減水劑（粉劑），蘇州興邦化學建材有限公司生產。消泡劑：SD2481粉體消泡劑。纖維素醚：20w粘度。

1.2試驗方法

工作性能測試：超細灌漿料的流錐流動度按JT/T946—2014《公路工程預應力孔道灌漿料（劑）》中附錄A的流動度試驗方法進行；漿體的旋轉粘度測試按JC/T2190—2013《建筑干混砂漿用纖維素醚》附錄B中規定的測定方法進行，試驗先取400mL的超細灌漿料漿體置于燒杯中，然后采用2號轉子按60r/min的轉速進行測量。力學性能測試：超細灌漿料的抗壓、抗折強度按GB/T17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法》規定的方法進行。滲透性能測試：超細灌漿料的滲透高度比測試方法如下：將1000mL玻璃量筒潤洗后置于水平試驗臺；將20～40目石英砂拌勻后用漏斗將其徐徐裝入玻璃量筒（漏斗出料口高于玻璃量筒口距離50mm），石英砂裝至玻璃量筒500mL位置處，使表面大致水平；將500mL清水通過漏斗徐徐灌入玻璃量筒（漏斗出料口高于玻璃量筒口距離50mm），并開始計時，讀取30min時液面的高度V1；將500mL攪拌均勻的超細灌漿料漿體通過漏斗徐徐灌入玻璃量筒（漏斗出料口高于玻璃量筒口距離50mm），并開始計時，讀取30min時超細水泥基灌漿材料漿體液面高度讀數V2；按下式（1）計算超細灌漿料的滲透高度比SH。超細灌漿料的攪拌方式采用BF400變頻高速攪拌機，轉速在0～8000r/min。（1）

1.3試驗配合比及方案

試驗配合比見表1。3種礦物摻合料均以內摻取代超細水泥的形式加入，其中，微珠和超細礦粉的取代量分別為10%、20%、30%和40%，硅灰的取代量分別為5%、10%、15%和20%，水料比固定為0.5，漿液攪拌轉速控制在4000r/min，高速攪拌5min。然后，對攪拌均勻的漿體進行工作性能、力學性能和滲透性能的測試，探究不同礦物摻合料種類和摻量對超細灌漿料性能的影響。

2結果與討論

2.1超細礦物摻合料對超細灌漿料工作性能的影響

為了改善超細灌漿料的各項性能，同時降低成本，分別在配方中摻入一定量的超細礦粉、硅灰和微珠，不同摻合料摻量下漿體的流動性能和粘度變化趨勢如圖1～圖6所示。由圖1～圖6可知，微珠和超細礦粉的加入，能顯著降低漿體的粘度，這是由于微珠和超細礦粉的微集料和滾珠效應所致，當微珠和超細礦粉摻量分別為50%、40%時，漿體并未出現分層現象，且狀態良好。而隨著硅灰摻量的增加，漿體粘度顯著提高，此外，隨著粘度的增加，漿體的流動性能也有一定的損失。與超細礦粉和微珠相比，硅灰比表面積較大，顆粒粒徑大部分在0.1～1μm之間，需水量顯著增加，從而使漿體整體粘度增加，流動性能減弱。

2.2超細礦物摻合料對超細灌漿料力學性能的影響

2.2.1微珠摻量對灌漿料力學性能的影響

微珠摻量對灌漿料抗壓、抗折強度的影響如圖7、圖8所示。由圖可知，隨著微珠摻量的加入，超細灌漿料的抗壓、抗折強度整體呈現下降趨勢，微珠摻量越高，超細灌漿料的早期強度降幅越明顯，當微珠摻量達到40%時，灌漿料1d抗壓強度僅為1.2MPa，這是由于大量的微珠取代超細水泥所致，從而造成超細灌漿料早期水化產物大幅減少，因而早期強度較低。此外，通過28d強度數據發現，40%微珠摻量下漿體的抗壓、抗折強度相較于10%微珠摻量下的漿體，強度降幅分別為27.4%、44%。隨著水化齡期的增加，由于微珠摻入所引起的強度下降趨勢明顯減緩，這是由于微珠在水化后期參與水化反應，對超細灌漿料的力學性能有一定改善作用。另外，從超細灌漿料的水化階段來看，0～7d為超細灌漿料強度的快速增長期，7～28d為強度的穩定期，這是由于超細水泥相較于普通硅酸鹽水泥比表面積更大，顆粒粒徑更小，因而早期水化活性更高。2.2.2超細礦粉摻量對灌漿料力學性能的影響。超細礦粉摻量對灌漿料抗壓、抗折強度的影響如圖9、圖10所示。由圖可知，隨著超細礦粉摻量的增加，超細灌漿料的抗壓、抗折強度均呈現先增加后減小的趨勢，超細礦粉摻量為20%時，灌漿料的1d、7d和28d抗壓強度最高，分別為22.4MPa、55.1MPa和61.8MPa；超細礦粉摻量為30%時，各齡期的抗折強度最高，與微珠相比，超細礦粉的摻入對于超細灌漿料早期力學性能的提升更加顯著，這可能是由于隨著水化齡期增加全漿體內部大量氫氧化鈣晶體聚集，而超細礦粉能與氫氧化鈣進行二次水化反應，大幅度降低漿體內部中氫氧化鈣晶體數量，從而改善漿體內部的孔隙結構，提高超細灌漿料的抗壓、抗折強度。2.2.3硅灰摻量對灌漿料力學性能的影響。硅灰摻量對灌漿料抗壓、抗折強度的影響如圖11、圖12所示。由圖可知，硅灰的摻入對于超細灌漿料的力學性能影響顯著，隨著硅灰摻量增加，超細灌漿料1d、7d和28d強度逐漸下降，在硅灰摻量不超過10%時，抗壓、抗折強度降幅不明顯，而當硅灰摻量大于10%時，強度顯著下降，這可能是由于過多的硅灰加入致使漿體的需水量增加，漿體內孔隙增多，從而造成強度的下降。此外，通過與單摻微珠和超細礦粉的灌漿料1d強度對比，我們發現當微珠、超細礦粉和硅灰摻量均固定為10%時，硅灰改性超細水泥制備的超細灌漿料1d抗壓強度最高為22.9MPa，這是由于硅灰中的二氧化硅和水泥的水化產物氫氧化鈣以及水化硅酸鈣反應，生成穩定性更好、強度更高的低堿性水化硅酸鈣，改善了水泥水化產物的組成，從而使得漿體的早期強度顯著提高，此外，由于硅灰粒徑較小，一定量硅灰的摻入能夠填充漿體內部孔隙，優化孔結構，從而有助于提升早期強度。隨著水化齡期增加，超細灌漿料的強度出現一定程度的倒縮，其中抗折強度下降幅度明顯高于抗壓強度，這可能是由于硅灰和超細水泥反應活性均較高，從而導致硅灰無法在水化后期參與水化反應提升漿體后期強度。

2.3超細礦物摻合料對超細灌漿料滲透性能的影響

采用普硅水泥制備漿體作為對照組，研究了礦物摻合料在不同摻量下漿料的滲透性能，結果如圖13所示。由圖13可知，隨著微珠摻量的增加，漿體的滲透性能越好，在微珠摻量為40%時，漿體的滲透性能達到最佳，此時，漿體的滲透高度比為95%。而超細礦粉的加入同樣能夠改善漿體的滲透性能，但隨著超細礦粉的增加，滲透高度比整體呈現先增大后減小的趨勢，在超細礦粉摻量為30%時，漿體的滲透性能達到最優。相反，硅灰的摻入致使漿體的滲透性能會不斷下降，當硅灰摻量達到20%時，滲透高度比僅為52%，稍稍優于普硅水泥制備的漿體。

3結論

（1）微珠和超細礦粉的摻入能顯著降低漿體的粘度，對于流動性能也有一定的改善作用；相反，硅灰的加入，可以顯著增加漿體的粘度和流時，對漿體的工作性能帶來不利影響。（2）隨著微珠和硅灰摻量的增加，超細灌漿料各齡期的強度均呈現下降趨勢，而隨著超細礦粉的摻入，強度呈現先增大后減小的趨勢。（3）單摻微珠和超細礦粉能顯著改善超細灌漿料的滲透性能，而硅灰的摻入使超細灌漿料的滲透性能顯著下降。

作者:袁偉 田曉航 楊輝 李磊 柯偉席 蔡良飛 單位:武漢三源特種建材有限責任公司