水泥基无收缩灌浆砂浆的配制及性能研究 - 硕士论文 2021-03-06

摘要：灌浆砂浆是一种以无机或有机胶凝材料为基料，适量的细骨料及加入少量的混凝土外加剂及其他材料组成的材料，加水拌合后具有大流动性，早强、高强、微膨胀的性能，是设备基础二次灌浆、地脚螺栓锚固、混凝土加固、修补等领域的理想材料，市场潜力很大。　　
本课题以硅酸盐水泥、铝酸盐水泥和二水石膏作胶凝材料配制灌浆砂浆。首先通过硅酸盐水泥与铝酸盐水泥复合试验，找出两种水泥的最佳复合比例。然后从灌浆砂浆的工作性、力学性能、膨胀性能、凝结时间考虑，分析铝酸盐水泥、二水石膏、高效减水剂、集料、调凝剂、消泡剂、保水剂、矿物掺合料对其各种性能的影响；解决大流动性与稳定性，早强与缓凝，收缩与膨胀，高效减水剂的掺入和砂浆流动度经时损失的矛盾，最后确定优化配合比范围；并通过XRD、SEM对复合胶凝体系水化、硬化机理进行分析。研究结果表明：　　
①硅酸盐水泥和铝酸盐水泥复合胶凝体系中凝结时间、力学性能和干缩性能较好的区间为铝酸盐水泥掺量0～20％或80％～100％。　　
②单因素试验表明，萘系减水剂对复合水泥配制的砂浆的适应性优于聚羧酸减水剂和氨基磺酸盐减水剂，萘系减水剂的最佳掺量为1.2％；灌浆砂浆中铝酸盐水泥掺量为10％，大大缩短了砂浆的初凝时间，砂浆能获得较好的早期强度；石膏掺量为6％～10％时，砂浆能获得好的力学性能和膨胀性能；采用人工级配细度模数为2.73的中砂砂浆既能获得较好的流动性又能获得较高的强度，胶砂比在1/1.2～1/0.8时砂浆性能稳定，选取胶砂比1/1.0；葡萄糖酸钠和酒石酸以5/4比例复合使用缓凝效果较好，既能保持砂浆30min流动性又对早期强度影响较小，碳酸锂具有好的促凝作用，能缩短砂浆的凝结时间，降低缓凝剂对砂浆早期强度的影响，最佳掺量为缓凝剂0.07％（以葡萄糖酸钠质量计），碳酸锂0.2％；有机硅消泡剂能有效的消除砂浆搅拌时引入的有害气泡，对砂浆有一定的促流作用，最佳掺量为0.6％；纤维素醚和熟石灰粉都能改善砂浆的泌水，考虑到砂浆的流动性和强度，选择熟石灰的掺量2％；粉煤灰、矿渣对砂浆早期强度影响较大，硅灰对砂浆流动性影响较大，因此不宜单独掺入。　　
③通过正交设计，优化配合比为：硅酸盐水泥82％，铝酸盐水泥10％，石膏8％，熟石灰粉2％，萘系减水剂1.2％，葡萄糖酸钠0.07％，酒石酸0.056％，碳酸锂0.2％，有机硅消泡剂0.6％，水胶比为0.32，胶砂比为1/1。按优化配合比配制灌浆砂浆的性能满足《水泥基灌浆材料》JC/T986—2005标准要求。
④微观结构分析表明，灌浆砂浆在水化硬化过程中，1d即生成了大量钙矾石晶体，使砂浆迅速产生强度，随着水化反应的进行，钙矾石晶体不断地生长、长大，并有大量的钙矾石继续生成，使硬化浆体产生体积膨胀。由于钙矾石晶体为针状、棒状晶体，填充浆体的毛细孔，使浆体更加密实，砂浆的性能得到大大的提高。