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1、水泥基灌浆料与灌浆剂概述一、水泥基灌浆料与灌浆剂概念水泥基灌浆材料是由水泥、集料（或不含集料）、外加剂和矿物掺合料等原材料，经混合生产而成的具有合理级配的干混料。水泥基灌浆材料加水拌和均匀后具有可灌注的流动性、不离析、不泌水、早强、高强、无收缩、微膨胀等性能。因其具有自流性好、无毒、无害、不老化、对水质及周围环境无污染、绿色环保且在施工方面具有质量可靠、降低成本、缩短工期和使用方便等优点而被广泛应用于灌浆工程、设备安装以及混凝土加固修补等工程。而在后张预应力孔道中，为防止预应力筋锈蚀，并通过凝结后的浆体将预应力传递至混凝土结构中。为保证预应力构件的强度、密实性、耐久性等性能，一般采用专用压浆料
2、与压浆剂用于后张法预应力孔道的注浆。而专用压浆料是指由水泥、高效减水剂、膨胀剂和矿物掺合料等多种材料干拌而成的混合料，在施工现场按一定比例加水并搅拌均匀后，用于充填后张预应力孔道的压浆材料；而专用压浆剂是指由高效减水剂、膨胀剂和矿物掺合料等多种材料干拌而成的混合剂，在施工现场按一定比例与水泥、水混合并搅拌均匀后，用于充填后张预应力孔道的压浆材料。所谓专用，是指专门用于后张预应力孔道的压浆，且均应由工厂化制造生产。水泥基灌浆材料在公路工程上的应用有：地脚螺栓锚固、设备基础或钢结构柱脚底板的灌浆、混凝土结构加固改造及后张预应力混凝土结构孔道灌浆。但后张预应力混凝土结构孔道灌浆涉及最多，要求最严格，
3、因此，应重点研究。二、水泥基灌浆料现行相关规范水泥基灌浆材料（JC/T 986-2005）水泥基灌浆材料应用技术规范（GB/T 50448-2008）水工建筑物水泥灌浆施工技术规范（DL/T 5148-2012）水泥基灌浆材料施工技术规程（YB/T9261-98）预应力孔道灌浆剂（GB/T 25182-2010）铁路后张法预应力混凝土梁管道压浆技术条件TB/T 3192-2008公路桥涵施工技术规范JTG/T F50-2011混凝土结构工程施工质量验收规范GB 50204-2002（2011修订版）三、水泥基灌浆料的应用领域1地脚螺栓锚固灌浆材料多用于设备基础、钢结构柱脚地板的地脚螺栓锚固。为
4、了保证灌浆材料凝结硬化之后与地脚螺栓之间紧密锚固,在灌浆之前应适当处理地脚螺栓表面的铁锈和油污,然后调整位置的同时将己经拌和好的灌浆材料注入到螺栓孔中。灌浆过程中严禁振捣,但可适当插捣。具体施工工艺见图1。图1.地脚螺栓锚固工艺图2二次灌浆二次灌浆是灌浆材料的一种传统应用方法。与地脚螺栓锚固类似,灌浆之前应将设备的地板、混凝土基础表面进行细致的清理,不允许有碎石、浮浆、浮灰、油污等杂物残留。灌浆过程应尽可能缩短灌浆的时间,且必须连续灌浆,二次灌浆是从一侧开始进行,直到另一侧溢出浆液为止。对于较长设备或轨道基础的灌浆,视实际工程情况可分段施工。在灌浆过程中严禁振捣,必要时可采用灌浆助推器。为减少
5、灌浆材料水分的过快蒸发,当环境温度高于30摄氏度时,施工人员应当尽量避免灌浆部位受到阳光的直射。具体工艺步骤如图2所示。图2.二次灌浆工艺图3混凝土结构加固和改造混凝土结构加固和改造,是水泥基灌浆材料在设备加固、二次灌浆之外的又一重要应用。其主要发挥了水泥基灌浆材料耐高温、耐老化,无毒性,成本低廉等优良性能。大量工程应用表明,利用灌浆材料对混凝土结构进行加固和改造,易于施工、工期短、效果好。4预应力孔道灌浆预应力孔道灌浆是将灌浆材料注入到预留的预应力混凝土孔道中,灌浆材料本身必须具备良好的流动性,它能够将预应力钢筋与套管之间的空隙填满,能够尽快达到一定的抗压强度和粘结强度,而且能够保护预应力钢
6、筋不外露而遭锈蚀,保证预应力混凝土结构或构件的安全寿命灌浆材料具有一定的微膨胀性能,能够减少和补偿水泥浆在凝结过程中的收缩变形,防止裂纹的产生,它能够使预应力钢筋与混凝土良好结合,保证预应力的有效传递。四、原材料组成水泥基灌浆料主要由水泥、细集料、膨胀剂、矿物掺合料、高效减水剂、调凝剂、保水剂、消泡剂等组成。1 水泥水泥作为压浆材料中主要的组分之一，水泥的品种、活性、强度等级和用量等对压浆材料的性能有着重要的影响。常用的水泥品种有:普通硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥等，或它们之间的复合使用。为保证灌浆料硬化后的强度，水泥等级一般不能低于42.5级的低碱硅酸盐水泥或低碱普通硅酸盐水泥。为保
7、证压浆料的早期强度，一般采用普通硅酸盐水泥与早强水泥（硫铝酸盐水泥、铝酸盐水泥）互掺使用。2集料集料的级配和细度模数会影响灌浆材料的塑性、以及凝结硬化后的力学性能。集料颗粒的形貌对灌浆材料性能也有一定的影响。常用集料包括级配优良的天然砂和石英砂。骨料级配均匀，灌浆料可以更容易流动，不易出现离析泌水等现象，工作性能会更好。3外加剂 在混凝土和易性与水泥用量不变的条件下，减水剂能减少用水量，增加混凝土的强度;或和易性与混凝土强度不变的时候，能够节约水泥用量。在水泥浆中增加减水剂甚至缓凝剂，主要目的是改善水泥浆流动性。在微观方面来说，减水剂在水泥浆中主要通过以下方式产生作用:（1）分散作用:加水拌合
8、后，受到水泥颗粒分子间引力，水泥浆会形成絮凝结构，使一部分水包裹在水泥颗粒之中，不参与浆体的自由流动。包裹着的水无法与外界接触，在浆体中独立存在，不参与任何形式的运动。如果包含减水剂，受到影响，其分子可附着于浆体中的水泥粒表面，从而形成某种带电体，同种电荷容易排斥，使水泥颗粒分散开来，絮凝结构被破坏，释放出的水随之参与流动，这就增加了浆体流动性。（2）润滑作用:减水剂可附着于水泥粒表面，与水分子作用，形成一种膜。这种膜具有一定的特性，即其具有的润滑特性，能够大大的降低滑动阻力，这种阻力存在于水泥颗粒间，降低的阻力使水泥浆流动性提高。外加剂种类主要有聚羧酸系高性能减水剂、萘系高效减水剂、氨基磺酸
9、系减水剂等。但从灌浆料的砂浆流动度损失、强度和干燥收缩率方面可以看出聚羧酸系减水剂的效果最好。聚羧酸相比于萘系和氨基有良好的保坍性能，并且相对而言灌浆料的干燥收缩也是减小的，灌浆料的强度有一定的增强作用。4、膨胀剂在注浆后，特别是预应力孔道注浆，孔道被水泥浆注满之后，随着时间的推移，水泥颗粒发生沉降，加上水泥水化等因素的影响，浆体体积发生收缩。膨胀剂是一种外加剂，在水泥浆硬化时，其体积却膨胀，补偿浆体的收缩，填充水泥间隙。孔道注浆料收缩变化较大，当体积收缩产生裂缝时，会失去部分应有的保护作用。有试验研究认为，孔道注浆料拌和成型后，1d内产生快速膨胀，1d后体积变化相对稳定，28d时体积只有约0
10、.04%的微膨胀量。这说明注浆料膨胀剂弥补了后期的收缩。注浆料不同时间的膨胀量要适当:早期膨胀量大，会降低孔道的密实性;反之则会导致孔道内填充不密实。当时间推移到浆体的中后期时，如果膨胀量大，会导致孔道内部局部的应力集中；膨胀量小，则不足以弥补孔道注浆料的硬化收缩。膨胀剂宜采用钙矾石系或复合型膨胀剂，不得采用以铝粉为膨胀源的膨胀剂或总碱量0.75%以上的高碱膨胀剂。国内大多采用UEA型膨胀剂。5矿物掺合料矿物掺合料对提高灌浆材料强度、工作性、耐久性以及其他物理力学性能，降低灌浆料水化温升，抑制碱一集料反应都起到至关重要的作用。通常使用的矿物掺合料为磨细粉煤灰、磨细粒化高炉矿渣、硅灰等。这类材料
11、中的活性组分(无定形Si02和Al203等)通过与水泥水化产物Ca(OH)2之间发生二次水化反应，形成类似于水泥水化产物的物质，起到密实混凝土和砂浆结构、增加强度和改善耐久性的作用。矿物掺合料宜为优质掺合料，如级粉煤灰、S95或S105级矿粉、硅灰等。粉煤灰、矿粉的掺入使灌浆料的流动性变好，但是掺量不能太高，否则会使灌浆剂的1d强度达不到技术规范要求。粉煤灰二次水化时间很长，灌浆料强度增长缓慢，但是后期强度影响不会太大的。 硅灰能够填充水泥颗粒间的孔隙，同时与水化产物生成凝胶体，与碱性材料氧化镁反应生成凝胶体。在灌浆材料中掺入适量的硅灰，可显著提高抗压、抗渗、保水、防止离析和泌水等性能。6 消
12、泡剂聚羧酸高性能减水剂由于其分子结构上的特性，使其在灌浆料使用中引入较多的不均与气泡，影响灌浆料的耐久性及强度。通过添加消泡剂来改善灌浆料的和易性。消泡剂在灌浆料中主要有两方面的作用：一方面能够抑制灌浆料中气泡的形成，另一方面能破坏灌浆料中已形成的气泡。其主要破泡机理是:由于消泡剂的表面张力小，渗透性强，容易进入灌浆料浆体膜内。使隔开空气的浆体膜厚度越来越薄，直至破裂，里面的空气逸出，消除形成气泡的条件。常用的粉状消泡剂有：多元醇和聚硅氧烷等。7 保水剂纤维素醚(CE)是天然纤维素的衍生物，是各类干混砂浆的重要改性外加剂，起着缓凝、保水、增稠、引气、粘合等功能。常用的保水剂主要有：甲基纤维素、
13、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素等。CE在砂浆中的作用主要体现在改善砂浆的工作性和保证砂浆中水泥的水化两个方面。经查阅，纤维素醚系保水剂对灌浆料的流动性影响不大，但对半小时的损失影响较大，且对灌浆料的早期强度影响较大。但低温条件下（5以下），纤维素醚的保水能力迅速降低。且CE通常会引入大量的气泡，一方面，均匀稳定的小气泡对砂浆性能有帮助，如改善砂浆的施工性，增强砂浆的抗冻性和耐久性。但相反，尺度较大的气泡将劣化砂浆的抗冻性和耐久性。这一缺点可通过掺加消泡剂来解决。8 调凝剂调凝剂分为缓凝剂和早强剂。早强剂主要有甲酸盐、三乙醇胺、硅酸盐、碳酸盐等。缓凝剂主要有葡萄糖酸钠、蔗糖等糖类缓凝剂，酒石酸、
14、柠檬酸、酒石酸钾钠等羟基羧酸类缓凝剂。五 灌浆料的质量技术指标水泥浆灌浆料的性能有流动性、凝结时间、泌水率、体积收缩率、浓度及化学成分等方面的要求。真空灌浆工艺使孔道和灌浆机之间存在着负压力差，水泥浆通过孔道的阻力较小，使低水灰比、低流动性的水泥浆可以较快、顺畅地通过孔道并充满孔道的所有孔隙，最大可能地减少泥浆收缩变形和孔隙，提高孔道灌浆的饱满度和密实性。对水泥浆灌浆料的质量技术指标要求如下：序号检测项目 检测项目指标要求1凝结时间/h初凝大于6终凝小于242水泥浆稠度/s初始18430min283常压泌水率/%3 h224 h04压力泌水率/%3.5524h自由膨胀率/%0167d限制膨胀率
15、/%00.17抗压强度/MPa7d2828d408抗折强度/MPa7d6.028d8.09充盈度合格注：、水灰比：为满足可灌性要求，一般选用水泥浆，水灰比应在0.30.4之间；、浆体流动度1418S；、浆体泌水性：a、小于水泥浆初始体积2%。b、四次连续测试的结果的差值1%。c、拌和后24h水泥浆的泌水应 能有吸收； 、浆体初凝时间：6小时；、浆体强度：7天龄期强度28MPa，28天龄期强度40MPa（根据昭麻高速经验，通常使用P.O52.5水泥，要求浆体强度要达到50MPa以上）；、浆体对钢铰线无腐蚀作用；六 常用注浆工艺1常规注浆工艺作为最常用的注浆方法，大体分为两大阶段，一是准备工作阶段，另一个是孔道注浆阶段。准备阶段主要包括:注入清水，清洁孔道安装出浆口与注浆口的稳定阀；在第二阶段中：从注浆口开始注浆出浆口出浆，并且冒出浓浆关掉出浆口阀门稳压2 min注浆端关闭阀门4h后拆除阀门。到此注浆工序操作完成。 在注浆时，应该遵循一定的注浆要求。比方说最常见的曲线孔道，要从低点的注浆孔压入，从最高点的排气孔进行排气与泌水。而在孔道注浆顺序方面，应先压下层孔道，后压上层孔道。注浆应循序进行，中间不得停止。较集中的孔道，应尽量连
