图分类号： TQ177.6      文献标志码： A        文章编号：

0、前言

水泥基灌浆材料由水泥、骨料、外加剂和矿物掺合料等原材料在专业化工厂按比例计量混合而成，在使用地点按规定比例加水或配套组分拌合，用于螺栓锚固、结构加固、预应力孔道等灌浆的材料^[1]，其具有大流动度、早强、高强、微膨胀等性能。

随着我国社会经济的快速发展，国家逐步加大基础设施建设的投入力度，各种大型机械设备的安装，跨江跨海大桥、高速铁路、高层建筑等混凝土结构的建设对灌浆材料的性能提出了更高的要求。目前国内从事水泥基灌浆材料生产的企业大部分不具备自主研发能力，有些甚至缺乏必要的检测设备，产品的质量得不到保障，整体水平与国外还有一定的差距，主要表现在新拌浆体流动性较差、流动度损失快、无早期塑性膨胀等问题，给工程施工带来负面影响。针对这些问题，本文采用河砂和常规原材料制备了一种满足隧道衬砌拱顶带模注浆暂行技术要求的M50微膨胀砂浆，研究了不同组分对其性能的影响规律。

1、试验原材料

水泥为常山南方P˙O42.5水泥；细骨料为灵寿县远大云母厂生产的烘干河砂，细度60目，含泥量0.5%；石英砂为四川一世石材有限公司生产，其细度为60目；硅灰为河北润华邦新材料科技有限公司生产，比表面积19200m²/kg；混凝土膨胀剂为湖南中岩建材科技有限公司生产的I型膨胀剂； 粉体减水剂为苏州兴邦聚羧酸高性能减水剂PC-1030；粉体消泡剂为南京西化科技有限公司H6100；塑性膨胀剂为山东鸿泉化工科技有限公司生产；水为饮用自来水。

2、试验方案

2.1 砂浆配合比

本文在0.18水料比的情况下，采用三种水泥用量、三种塑性膨胀剂用量、三种硅灰用量、两种不同砂的砂浆进行试验，其砂浆配合分别如表1、表2、表3、表4所示。

表1 三种水泥用量的砂浆配合比

表2  三种塑性膨胀剂用量的砂浆配合比

表3  三种硅灰用量的砂浆配合比

表4  两种砂的砂浆配合比

3、试验结果与分析

3.1 水泥用量对砂浆流动度的影响

不同水泥用量的截锥流动度如表9所示。从表9中可以看出随着水泥用量的增加、河砂用量的减少，砂浆的初始截锥流动度逐渐减小，30min截锥流动度也逐渐减小。主要原因是在用水量、减水剂等组分不变的情况下，随着水泥用量逐渐增加，砂浆的比表面积逐渐增大，浆体变得更加粘稠，所以初始截锥流动度逐渐减小；同时水泥用量的增加也使得砂浆的水胶比降低、减水剂用量相对不足，所以30min截锥流动度也相对减少。

表5不同水泥用量对砂浆流动性能影响

3.2 水泥用量对砂浆强度的影响

不同水泥用量对砂浆强度性能的影响试验结果如表10所示。从表10中可以看出随着水泥用量的增加，砂浆抗折、抗压强度逐渐增大。因为在水料比一定的情况下，随着水泥用量的增加，砂浆的水胶比逐渐降低，根据水灰比公式^[2]，砂浆的强度逐渐增加。

表6不同水泥用量对砂浆强度性能的影响

3.3 塑性膨胀剂用量对砂浆膨胀率的影响

不同塑性膨胀剂用量的砂浆的膨胀率试验结果如表11所示。从表11可以看出随着塑性膨胀剂用量的增加，砂浆的3h竖向膨胀率逐渐增大，不使用塑性膨胀剂时，砂浆是收缩的，其基本作用机理是塑性膨胀剂中的发气组分与水泥水化产物Ca(OH)₂发生反应，逐步释放气体，从而使砂浆在早期塑性阶段产生微膨胀^[3-5]。通过调整其掺量可以使得砂浆满足膨胀率指标。通过对比发现使用混凝土膨胀剂同样可以达到要求的膨胀率，但单方砂浆用量为32kg，每吨混凝土膨胀剂为1650元，每吨塑性膨胀剂为20000元，通过计算使用塑性膨胀剂比使用混凝土膨胀剂价每方砂浆节约46.8元。塑性膨胀剂替代混凝土膨胀剂能够显著降低砂浆的成本，具有很高的经济效益。

表7 不同塑性膨胀剂用量对砂浆膨胀率的影响

3.4 硅灰用量对砂浆流动性能的影响

不同硅灰用量的截锥流动度如表12所示。从表12中可以看出随着硅灰用量的增加，砂浆的初始截锥流动度逐渐减小，30min截锥流动度也逐渐减小。主要原因是在用水量、减水剂等组分不变的情况下，随着硅灰用量逐渐增加，砂浆的比表面积逐渐增大，浆体变得更加粘稠，所以初始截锥流动度逐渐减小；同时由于硅灰的需水量比较大，减水剂用量相对不足，所以30min截锥流动度也相对减少。掺入小于8%的硅灰能降低砂浆的剪切应力，防止砂浆分层，降低对用水量的敏感性，消除砂浆泌水，提高砂浆的稳定性与强度^[6-8]。

表8不同硅灰用量对砂浆流动性能影响

3.5 硅灰用量对砂浆强度性能的影响

不同硅灰用量对砂浆强度性能的影响试验结果如表13所示。从表13中可以看出随着硅灰用量的增加，砂浆抗折、抗压强度逐渐增大。因为在水料比一定的情况下，随着硅灰用量的增加，砂浆中的细颗粒硅灰能够填充空隙，使得砂浆更加密实，同时硅灰中的二氧化硅的含量大于90%，具有很高的活性^[9-10]，所以砂浆的强度逐渐增加。

表9不同硅灰用量对砂浆强度性能的影响

3.6 不同种类砂对砂浆流动性能的影响

相同配合比下，不同种类砂的截锥流动度如表14所示。从表14中可以看出使用河砂与石英砂的砂浆初始截锥流动度基本相同，但使用河砂的30min截锥流动度较小，主要原因是河砂与石英砂的细度基本相同，所以初始截锥流动度相差不大，但河砂的含泥量比石英砂的含泥量高，所以30min截锥流动度较小。为了满足流动度损失可以通过适当提高减水剂掺量或增加缓凝组分来实现。

表10不同种类砂对砂浆流动性能影响

3.7 不同种类砂对砂浆强度性能的影响

不同种类砂对砂浆强度性能的影响试验结果如表15所示。从表15中可以看出1d抗压强度比石英砂略低，3d强度与石英砂相比差别较小，28d强度基本相同。河砂的整体强度比石英砂低主要是石英砂比河砂含泥量低，同时石英砂的颗粒级配及粒型较好。石英砂每吨360元，河砂每吨330元，使用河砂完全可以达到使用石英砂的砂浆性能，同时可以降低原材料成本。

表11不同种类的砂对砂浆强度性能的影响

4、结论

试验表明通过增减水泥用量来调整砂浆的强度时，水泥用量越多早期强度越高，同时砂浆粘度也越大，流动度损失也越快。砂用量越多，砂浆粘度越低，流动度保持越好；塑性膨胀剂是提供砂浆膨胀的主要来源，可以通过调整其掺量达到规定的膨胀率。硅灰能够改善砂浆的稳定性，降低用水量的敏感性，提高砂浆的强度。另外，本试验采用河砂、塑性膨胀剂进行配合比设计，相比于使用石英砂、混凝土膨胀剂降低了原材料成本。

参考文献：

[1]GB/T50448-2015.水泥基灌浆材料应用技术规范[S].

[3]宋普涛,王晶,冷发光,等.塑性膨胀剂对海上风电超高性能灌浆料性能的影响[J]硅酸盐通报,2023,42(5):1608-1614.

[4]杨辉,吴文选,陈冬冬,等.膨胀剂对孔道压浆料限制膨胀率的影响[J].新型建筑材料,2019(7):56-59.

[5]刘云霄,茌引引,田威,等.不同膨胀剂对水泥基灌浆料性能的影响[J].建筑材料学报,2022,25(3):307-313.

[6]蒋涛,廖开星,潘从玲,等.高性能水泥基灌浆料的制备及研究[J].混凝土与水泥制品, 2021(12): 6-11.

[7]荆珂.隧道衬砌拱顶带模微膨胀注浆材料配比试验研究[J].建筑与装饰,2023（8）:196-198.

[8]陈涛.高性能水泥基灌浆料制备技术、力学性能与微观机理研究[D].广州:广州大学，2020.

作者姓名李家胜，1983.12，汉，研究生，工程师，水泥混凝土材料。