摘要水泥基灌漿料是一種由水泥、骨料、外加劑和礦物摻和料等原材料，經(jīng)工廠(chǎng)化配制生產(chǎn)而成的具有合理級(jí)配的干混料。加水拌合均勻后具有可灌注的流動(dòng)性、微膨脹、高的早期和后期強(qiáng)度、不泌水等性能。與傳統(tǒng)細(xì)石混凝土相比，其具有流動(dòng)性更好、強(qiáng)度更高和易于施工控制的特點(diǎn);與傳統(tǒng)環(huán)氧砂漿相比，具有膨脹性好、施工簡(jiǎn)便快捷等特點(diǎn)。自20世紀(jì)90年代初，我國(guó)自主研發(fā)生產(chǎn)的水泥基灌漿材料在眾多大中型企業(yè)的設(shè)備安裝、建筑結(jié)構(gòu)加固改造工程中得到廣泛應(yīng)用。硫鋁酸鹽系列水泥是具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的性能優(yōu)良的特種工程材料，其具有凝結(jié)快，強(qiáng)度高，微膨脹和低收縮的性能。以其作為基體配制的灌漿料具有早強(qiáng)高強(qiáng)，微膨脹性，抗腐蝕性好，耐久性強(qiáng)的特點(diǎn)。

一、水泥基灌漿料的材料組成

綜觀各國(guó)水泥基自灌漿料配方雖各不相同，但主要由以下幾個(gè)部分組成：水泥、填料、骨料、高效減水劑、保水劑、調(diào)凝劑、早強(qiáng)劑、膨脹劑和消泡劑等材料。

①水泥：水泥是水泥基灌漿料的主要材料，該材料的選擇對(duì)灌漿料的性能起著決定性作用。通產(chǎn)采用普通硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥等或普硅酸鹽水泥摻加少量的鋁酸鹽水泥，硫鋁酸鹽水泥。

②集料：集料是砂漿中一個(gè)重要的組成部分，集料的級(jí)配和細(xì)度模數(shù)會(huì)影響砂漿的塑性以及起硬化體的力學(xué)性能，集料顆粒的形狀也會(huì)影響砂漿的工作性。通常采用級(jí)配優(yōu)良的天然砂和石英砂。

③高效減水劑：由于水泥基灌漿料的漿體要求具有較高的流動(dòng)性及穩(wěn)定性，因此選擇好的高效減水劑是其技術(shù)的關(guān)鍵。

④礦物填料：合適的顆粒級(jí)配對(duì)漿體的流動(dòng)性及穩(wěn)定性也有很大的影響，因此灌漿料中也適量加入粉煤灰、礦渣粉、硅灰、等礦物摻合料作為細(xì)填料。目前

已有學(xué)者將礦物摻合料的增塑減水機(jī)理總結(jié)為四大效應(yīng)：微填充效應(yīng)，形貌效應(yīng)，比重效應(yīng)，分散效應(yīng)。

⑤保水劑：由于水泥基灌漿料要求大流動(dòng)性而不泌水，泌水不利于其強(qiáng)度的正常發(fā)展及耐久性，因此要選擇較好合適品種的保水劑，通常選擇各種纖維素，如甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、羥乙基纖維素等。

⑥膨脹劑：膨脹劑加入灌漿料起補(bǔ)償收縮活微膨脹作用，膨脹劑是以形成鈣礬石產(chǎn)生膨脹、補(bǔ)償收縮的產(chǎn)品為主。

⑦調(diào)凝劑：調(diào)凝劑有速凝劑和緩凝劑兩類(lèi)。速凝劑用于加快砂漿的凝結(jié)硬化，廣泛使用甲酸鈣和碳酸鋰。鋁酸鹽、硅酸鈉也可用作速凝劑。緩凝劑用于減緩砂漿的凝結(jié)硬化，酒石酸、檸檬酸及其鹽以及葡萄糖酸鹽已被成功使用。

⑧消泡劑：消泡劑能減少新拌砂漿的含氣量，有吸附在無(wú)機(jī)載體上的碳?xì)浠衔?、硬脂酸及其酯、磷酸三丁酯、聚乙二醇或聚硅氧烷等。目前干混砂漿中用的消泡劑主要是多元醇和聚硅氧烷等。應(yīng)用消泡劑除了調(diào)整氣泡含量以外.還可以減少收縮。

二、灌漿料的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

2.1國(guó)外研究現(xiàn)狀

從國(guó)外的一些文獻(xiàn)和歐洲早期關(guān)于灌漿料和修補(bǔ)砂漿的專(zhuān)利可以看出，生產(chǎn)灌漿料的主要技術(shù)路線(xiàn)如下：用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥作膠凝材料，用膨脹劑達(dá)到補(bǔ)償收縮的目的，用早強(qiáng)劑達(dá)到早強(qiáng)的目的，用礦物摻合料改善后期的強(qiáng)度和流變性能，用有機(jī)添加劑改善離析泌水性。

國(guó)外學(xué)者對(duì)水泥基灌漿料的配制、性能、機(jī)理等方面進(jìn)行了較多的研究：Kamal H.Khayat指出：在水泥基材料中加入水溶性聚合物增稠材料能改善水泥基材料的粘聚力和保水性，抗離析和集料下沉，改善砂漿混凝土的抗凍耐久性和力學(xué)性能。

M.Sahmaran和Nzkan等人通過(guò)試驗(yàn)證明在水泥基灌漿材料中加入天然的浮石粉能改善灌漿材料的流變性能，當(dāng)天然浮石粉和超塑化劑一起使用時(shí)流變性能改善更加明顯。

M.Jamal Shannag認(rèn)為摻加礦物摻合料(天然火山灰，硅灰，?；郀t礦渣粉和粉煤灰)和超塑化劑可以生產(chǎn)高性能水泥基灌漿材料，其具有好的流動(dòng)性、抗?jié)B性、抗侵蝕性、抗凍耐久性、體積穩(wěn)定性和強(qiáng)度，并在試驗(yàn)室利用PO42.5，石英砂，硅灰，高效減水劑等材料配制出具有良好性能的灌漿材料。

B.elekolu和B.Baradan等對(duì)加入超細(xì)石灰粉填料的自流平粘結(jié)劑進(jìn)行了試驗(yàn)研究。結(jié)果表明石灰石粉填料的孔隙填充效應(yīng)能得到更密實(shí)的結(jié)構(gòu)，它能和水泥水化生成的氫氧化鈣，游離的二氧化硅反應(yīng)生成水化硅酸鈣凝膠，更能改善硬化漿體的強(qiáng)度和耐久性。

2.2國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

20世紀(jì)70年代，為了滿(mǎn)足進(jìn)口設(shè)備的需要，我國(guó)開(kāi)始了灌漿料的研制工作，并于1977年研制成功，開(kāi)始在冶金設(shè)備安裝中大量應(yīng)用。經(jīng)過(guò)30多年的研究實(shí)踐，我國(guó)灌漿料的技術(shù)性能逐步提高，其各項(xiàng)技術(shù)性能已達(dá)到國(guó)際水平。在灌漿料的使用上，已從傳統(tǒng)的用于機(jī)械設(shè)備安裝的二次灌漿發(fā)展到用于混凝土結(jié)構(gòu)的加固修補(bǔ)方面，并獲得良好的效果。

1987年，中國(guó)建材研究院在研究膨脹劑的基礎(chǔ)上研制成無(wú)收縮超早強(qiáng)二次灌漿系列產(chǎn)品簡(jiǎn)稱(chēng)UGM(U-Type Grout Materials)，已在全國(guó)大小幾十個(gè)進(jìn)口設(shè)備安裝工程中應(yīng)用，效果良好。據(jù)用戶(hù)反映，部分性能已超過(guò)國(guó)外同類(lèi)產(chǎn)品的技術(shù)指標(biāo)。它具有無(wú)收縮、超早強(qiáng)、高流動(dòng)性、粘結(jié)力強(qiáng)和對(duì)鋼筋無(wú)銹蝕等特點(diǎn)。UGM是由高強(qiáng)膠結(jié)材料，膨脹劑、流化劑、調(diào)凝劑和石英砂復(fù)配而成[25]。

1990年，為完成冶金部、建設(shè)部下達(dá)的“設(shè)備灌漿料系列產(chǎn)品研究”任務(wù)，解決進(jìn)口材料昂貴，國(guó)產(chǎn)材料性能欠缺(強(qiáng)度和流動(dòng)性等)問(wèn)題，冶金建筑研究總院研制成功CGM灌漿材料。隨后研制出一系列CGM灌漿材料，以滿(mǎn)足各種設(shè)備和不同季節(jié)灌漿施工的技術(shù)要求，并彌補(bǔ)現(xiàn)有單一產(chǎn)品性能及其它方面的不足，在數(shù)十個(gè)國(guó)家重點(diǎn)工程中，試應(yīng)用了10000余t。1997年2月通過(guò)了冶金部和建設(shè)部的技術(shù)鑒定,同年獲國(guó)家重點(diǎn)新產(chǎn)品稱(chēng)號(hào)。

以下是國(guó)內(nèi)一些有關(guān)灌漿料的專(zhuān)利[17-22]配方(所用材料百分比均按質(zhì)量計(jì))：

專(zhuān)利配方一：硅酸鹽水泥35-60%二氧化硅微粉2.0-5.0%石灰內(nèi)膨脹劑0.3-2.5%萘磺酸鹽縮合物0.5-2.0%石英砂(0.25-1.0mm)40-65%水料比0.13-0.20。

專(zhuān)利配方二：硅酸鹽水泥30-60%中粗黃砂50-60%早強(qiáng)劑8-15%加速水化劑0.7-0.9%緩凝劑0.08-1.53%水料比0.14-0.18。

專(zhuān)利配方三：硅酸鹽水泥20-40%快硬水泥10-20%活性摻合料1.0-4.0%膨脹劑0.3-2.5%減水劑0.2-0.8%懸浮劑0.01-0.25%纖維0.005-0.015%石英砂40-70%水料比0.11-0.16。

專(zhuān)利配方四：普通硅酸鹽水泥35-50%膨脹劑1-6%減水劑0.1-0.8%普通建筑用中砂45-60%纖維素醚0.001-0.08%專(zhuān)利配方五：普通硅酸鹽水泥42.5 50%BM膨脹劑6%美國(guó)PLA外加劑2.5%硅砂：30目硅砂22%50目硅砂19.5%。

專(zhuān)利配方六：PO42.5R水泥36.5%超細(xì)硅灰粉2.0%粉煤灰7.5%石英砂(石英砂級(jí)配：0.0-0.16mm 10%，0.16-0.315mm 30%，0.315-1.25mm 28%，1.25-2.5mm 23%，2.5-3.0mm 9%)50%磺酸鹽甲醛聚合物1.48%過(guò)燒生石灰和硫鋁酸鹽膨脹劑(過(guò)燒生石灰和硫鋁酸鹽膨脹劑比例為1：5.2)2.38%纖維素醚0.056%金屬鋁粉0.01%聚丙烯纖維(長(zhǎng)度5-10mm直徑0.05-0.08mm)0.074%拌合水14%。

目前國(guó)內(nèi)從事灌漿料的生產(chǎn)企業(yè)達(dá)200余家，年產(chǎn)量近50萬(wàn)噸。隨著化學(xué)外加劑、礦物摻合料、水溶性聚合物改性劑和填料在干粉砂漿中的應(yīng)用日趨成熟。

對(duì)于灌漿料來(lái)說(shuō)亟待解決的是早強(qiáng)和膨脹的問(wèn)題。當(dāng)前國(guó)內(nèi)配制灌漿料主要途徑如下：一是在普通硅酸鹽水泥中加早強(qiáng)劑和膨脹劑，二是使用特性水泥，三是普通硅酸鹽水泥和特性水泥復(fù)合。

第一種途徑目前應(yīng)用最為廣泛，國(guó)內(nèi)的研究機(jī)構(gòu)和學(xué)者對(duì)用該方法配制水泥基灌漿材料產(chǎn)品做了大量的研究。

天津建材研究所的吳為群等報(bào)道了對(duì)高強(qiáng)灌漿材料的研究，并對(duì)礦物摻合料和超細(xì)粉料用于灌漿材料中的機(jī)理和作用做了分析。指出：使用活性礦物摻合料的火山灰效應(yīng)可以降低集料和膠凝材料界面區(qū)域氫氧化鈣的含量，從而改善界面孔結(jié)構(gòu)分布，增加界面間作用力，提高材料間的粘結(jié)強(qiáng)度。

石油大學(xué)后勤管理處孫翔等對(duì)SK高強(qiáng)無(wú)收縮灌漿料的研制與應(yīng)用作了研究，在灌漿料中復(fù)合了防裂組分以減少塑性階段的收縮取得了良好的效果。包頭鋼鐵學(xué)院的航美艷等配制出GL-E灌漿材料并對(duì)其性能作了研究。

北京科技大學(xué)劉娟紅等研究了特制砂，粉煤灰及抗裂防水劑的不同摻量對(duì)高性能水泥基灌漿材料自收縮性能的影響，并通過(guò)SEM形貌和EDS等手段，對(duì)水泥基灌漿材料水化產(chǎn)物的早期結(jié)構(gòu)，形貌和相組成進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：水泥基灌漿材料的自收縮隨著特制砂和粉煤灰摻量的增大而減小。當(dāng)適當(dāng)加大抗裂防水劑的摻量能夠有效地降低水泥基灌漿材料的自收縮率，抗裂防水劑的摻量為10%時(shí)，能使水泥基灌漿材料漿體在早期生成大量的鈣礬石,補(bǔ)償漿體一部分自收縮,減小自收縮率。

浙江合力新型建材有限公司的董蘭女等報(bào)道了該公司生產(chǎn)的HL-HGM高強(qiáng)無(wú)收縮灌漿料在杭州灣跨海大橋50m簡(jiǎn)支箱支座安裝中的應(yīng)用，并取得良好的效果。山東省建筑科學(xué)研究院郭蕾等對(duì)高性能灌漿劑以及用灌漿劑配制的灌漿材料的性能展開(kāi)研究，試驗(yàn)證明，利用普通硅酸鹽52.5R(或普通硅酸鹽水泥42.5R)水泥、河砂、細(xì)石，摻加所開(kāi)發(fā)的灌漿劑，配制出的灌漿材料技術(shù)性能優(yōu)異，施工方便，成本低廉可以根據(jù)實(shí)際情況配制灌漿材料以滿(mǎn)足不同工程的需要[23]。

江西省建筑材料工業(yè)科學(xué)研究設(shè)計(jì)院郭路等對(duì)用普通硅酸鹽水泥摻工業(yè)硬石膏配制高強(qiáng)灌漿料以及各種原材料對(duì)灌漿料性能的影響做了相關(guān)的研究。研究中指出：減水劑及緩凝劑的品種、摻量是影響水泥基灌漿料流動(dòng)度和經(jīng)時(shí)損失主要因素，砂的顆粒級(jí)配對(duì)灌漿料的強(qiáng)度極大，合理的顆粒級(jí)配能夠得到更密實(shí)的灌漿料。

北京市建筑工程研究院賀奎等以PO42.5水泥為基礎(chǔ)，通過(guò)骨料級(jí)配和多種外加劑的調(diào)整，研制出一種流動(dòng)性良好、高強(qiáng)無(wú)收縮的ANG-II型灌漿料。并且利用二步膨脹機(jī)理使材料具有良好的填充性能，通過(guò)三次增強(qiáng)作用，使材料的更加牢固耐久。ANG-Ⅱ型灌漿料自開(kāi)發(fā)成功以來(lái)已應(yīng)用于多項(xiàng)工程，如國(guó)家體育場(chǎng)、國(guó)家游泳館(水立方)等，取得了良好的效果。

雖然第一種途徑應(yīng)用廣泛，但配制的灌漿料存在性能不穩(wěn)定的缺點(diǎn)。原因有二：一是國(guó)內(nèi)市場(chǎng)上膨脹劑穩(wěn)定性不理想，二是使用的早強(qiáng)劑雖然獲得一定的早期強(qiáng)度但后期強(qiáng)度和耐久性能受到很大的影響。因此，采用該方法配制灌漿砂漿質(zhì)量不易控制，且難以實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)。

第二種途徑主要是利用硫鋁酸鹽水泥配制灌漿料。濟(jì)南大學(xué)杜紀(jì)鋒等利用硫鋁酸鹽水泥、粉煤灰、砂、減水劑等配制高流動(dòng)性硫鋁酸鹽水泥基灌漿材料(SAGM)并對(duì)其性能和水化產(chǎn)物微觀結(jié)構(gòu)做了相關(guān)的研究和分析：加入礦物摻合料和各種外加劑后，在水泥石中鈣礬石與氫氧化鋁凝膠、C-S-H凝膠相互搭接，使得結(jié)構(gòu)較為致密，無(wú)大氣孔缺陷，硬化漿體具有早強(qiáng)、高強(qiáng)和抗干縮性能?？紤]到硫鋁酸鹽水泥成本較高，配制的灌漿料只能在一些重點(diǎn)工程中應(yīng)用，不宜推廣。

第三種途徑相對(duì)來(lái)講，是一種好的技術(shù)路線(xiàn)，是灌漿料的發(fā)展方向。主要是采用硅酸鹽水泥和硫鋁酸鹽水泥復(fù)合或硅酸鹽水泥和鋁酸鹽水泥復(fù)合配制灌漿砂漿。國(guó)內(nèi)有一定的研究應(yīng)用，但文獻(xiàn)不多。

同濟(jì)大學(xué)建筑材料研究所謝琦等利用硫鋁酸鹽水泥與普通硅酸鹽水泥復(fù)合研制出高性能無(wú)收縮水泥基灌漿料，并從流動(dòng)度、強(qiáng)度、豎向膨脹率以及鋼筋握裹強(qiáng)度等方面對(duì)該灌漿材料的性能進(jìn)行了較全面研究。

西安建筑科技大學(xué)的桑國(guó)臣和劉加平通過(guò)采用硅酸鹽水泥和鋁酸鹽水泥及適量其它材料復(fù)合制備出高質(zhì)量水泥基無(wú)收縮復(fù)合灌漿材料。試驗(yàn)結(jié)果表明：1.硅酸鹽水泥和鋁酸鹽水泥復(fù)合使用時(shí)，通過(guò)添加合適的外加劑及摻合料能夠獲得優(yōu)異的流動(dòng)性能;2.確定硅酸鹽水泥和鋁酸鹽水泥的合適比例后，可通過(guò)石膏的用量控制灌漿料1d的豎向膨脹率;3.控制鈣礬石的生成對(duì)提高該體系的力學(xué)性能和改善微膨脹性能起重要作用。結(jié)果表明采用硅酸鹽水泥和硫鋁酸鹽水泥復(fù)合膠凝材料體系配制的灌漿料存在早期強(qiáng)度低、膨脹性不足等缺點(diǎn)，采用普通硅酸鹽水泥與鋁酸鹽水泥復(fù)合，用石膏控制鈣礬石的數(shù)量能更好地解決灌漿料早強(qiáng)和膨脹的問(wèn)題。

三、小結(jié)

水泥灌漿料由于沒(méi)有粗集料而在修補(bǔ)工程中廣泛應(yīng)用，近年來(lái)廣泛應(yīng)用的工程修補(bǔ)干粉灌漿料多使用硅酸鹽水泥。與硅酸鹽水泥相比，硫鋁酸鹽水泥的組分以無(wú)水硫鋁酸鈣礦物為主，使水泥具有早強(qiáng)、高強(qiáng)、抗?jié)B、耐腐蝕和低堿度等諸多優(yōu)良特性，具有更加廣闊的發(fā)展與應(yīng)用前景，特別應(yīng)用于冬季施工、水利、修補(bǔ)等特殊工程中。但普通水泥灌漿料的主要缺陷在于脆性過(guò)大而柔性不足，其抗壓強(qiáng)度很高,而抗拉強(qiáng)度和粘結(jié)強(qiáng)度較低，硫鋁酸鹽水泥也存在這種缺點(diǎn),同樣限制了它的應(yīng)用。利用高分子聚合物來(lái)代替水泥灌漿料中的一部分膠凝材料,制成聚合物改性普通水泥灌漿料，可以有效提高水泥灌漿料的抗拉強(qiáng)度和韌性。可再分散乳膠粉性能穩(wěn)定，使用可再分散乳膠粉作為聚合物生產(chǎn)的單組分干拌灌漿料使得施工操作更容易,可以對(duì)灌漿料在使用中的安全性和耐久性提供更大的保證。

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作者：王寧

信息來(lái)源：混凝土第一視頻網(wǎng)