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1、第二节 灌浆材料及浆液1 灌浆材料水泥灌浆的主要材料是水泥和水，根据工程需要也可加入黏土、粉煤灰、膨润土、砂等掺合料和外加剂。1.1 水泥1.1.1 水泥的品种和技术性能水泥是一种粉末状的水硬性无机胶凝材料。水泥的品种繁多，水利水电灌浆工程中使用最多的是普通硅酸盐水泥，根据工程条件也可使用硅酸盐水泥、矿渣水泥、火山灰水泥、粉煤灰水泥和抗硫酸盐水泥。它们的技术特性如表2-2-1、表2-2-2和表2-2-3。表2-2-1 灌浆工程常用水泥水泥品种代号定义混合材料硅酸盐水泥P.P.由硅酸盐熟料、05%石灰石或高炉矿渣、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料 P.型不掺混合料；P.型在硅酸盐水泥粉磨时掺加不
2、超过水泥质量5%的石灰石或粒化高炉矿渣混合材料普通硅酸盐水泥（简称普通水泥）P.0由硅酸盐水泥熟料、6%15%的混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料活性混合材料最大掺量不得超过15%，其中允许用不超过水泥质量5%的窑灰或不超过水泥质量10%的非活性材料来代替矿渣硅酸盐水泥（简称矿渣水泥）P.S由硅酸盐水泥熟料和粒状高炉矿渣，并加入适量石膏磨细制成的水硬性胶结材料水泥中粒化高炉矿渣掺加量按质量百分比计为20%70%。允许用石灰石、窑灰、粉煤灰和火山灰质混合材料中的一种材料代替矿渣，代替数量不得超过水泥质量的8%，代替后水泥中粒化高炉矿渣不得少于20%火山灰质硅酸盐水泥（简称火山灰水泥）P.
3、P凡由硅酸盐水泥熟料和火山灰质混合材料、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料水泥中火山灰质混合材料掺量按质量百分比计为20%50%粉煤灰硅酸盐水泥（简称粉煤灰水泥）P.F凡由硅酸盐水泥熟料和粉煤灰、适量石膏磨细制成的水硬性胶凝材料水泥中粉煤灰掺量按质量百分比计为20%40%抗硫酸盐硅酸盐水泥（简称抗硫酸盐水泥）P.MSRP.HSR凡以适当成分的硅酸盐水泥熟料，加入适量的石膏磨细制成的具有抵抗硫酸根离子侵蚀的水硬性胶凝材料P.MSR为中抗硫酸盐水泥，具有抵抗中等浓度硫酸根离子侵蚀的能力；P.HSR为高抗硫酸盐水泥，具有抵抗较高浓度硫酸根离子侵蚀的能力表2-2-2 几种水泥的技术要求水泥品种硅酸盐水泥
4、普通水泥矿渣水泥火山灰水泥粉煤灰水泥适用国家标准GB175GB175GB1344GB1344GB1344密度3.13.23.13.22.93.12.73.12.83.1细度比表面积300/kg以上80m筛余10%以下80m筛余10%以下80m筛余10%以下80m筛余10%以下凝结时间初凝(min)45以上45以上45以上45以上45以上终凝（h）6.5以上10以上10以上10以上10以上安定性（煮沸法）合格合格合格合格合格抗压强度（MPa）见表2-2-3氧化镁（%）5.0以下5.0以下5.0以下5.0以下5.0以下三氧化硫（%）3.5以下3.5以下4.0以下3.5以下3.5以下不溶物（%）P.
5、0.75以下P. 1.5以下烧失量（%）P. 3.0以下P. 3.5以下5.0以下总碱量不大于0.6%或由供需双方商定表2-2-3 水泥强度等级及强度指标强度等级硅酸盐水泥普通水泥矿渣、火山灰水泥抗折强度（MPa）抗压强度（MPa）抗折强度（MPa）抗压强度（MPa）抗折强度（MPa）抗压强度（MPa）3d28d3d28d3d28d3d28d3d28d3d28d32.52.55.511.032.52.55.511.032.532.5R3.55.516.032.53.55.515.032.542.53.56.517.042.53.56.516.042.53.56.516.042.542.5R4.
6、06.521.042.54.06.521.042.54.06.519.042.552.54.07.022.052.54.07.022.052.54.07.021.052.552.5R5.07.026.052.55.07.026.052.54.57.023.052.562.55.08.028.062.562.5R5.58.032.062.51.1.2 专用灌浆水泥水工建筑物水泥灌浆施工技术规范DL/T5148-2001规定，灌浆用水泥的品质必须符合GB175 或采用的其它水泥的标准，同时要求帷幕灌浆和坝体接缝灌浆所用水泥的细度宜为通过80m方孔筛的筛余量不大于5%。这就是说，当进行帷幕灌浆和坝体
7、接缝灌浆时，如有可能采用的水泥应当比GB175、GB1344所要求的细度标准更高一些，通过80m方孔筛筛余由10%以下提高到5%以下。实践证明一般的水泥厂家可以达到这一要求。灌浆规范还提出，在特殊地质条件下或有特殊要求时，可使用干磨细水泥浆液、超细水泥浆液和湿磨水泥浆液。对于接缝灌浆当缝面张开度小于0.5mm时，可使用细度为通过71m方孔筛筛余量小于2%的水泥浆液或细水泥浆液。为此，国内一些单位开发研制了多种细水泥浆液，这些水泥的主要技术性能如表2-2-4，颗粒级配曲线如图2-2-1。表2-2-4 几种细水泥技术性能水泥名称生产方式细度主要特点工程实例研究或生产单位改性细水泥在普通水泥中加入灌
8、浆剂，使用棒磨机共同磨细。当使用量较大时，可在工地设厂加工600 800 m2/kg之间，颗粒尺寸d50为6m10m，d90=28.42m，小于30m颗粒的累计为95.78%制浆工艺与普通水泥浆一样，生产能力强。价格较高、贮存不便河北大黑汀水库坝基灌浆工程(花岗片麻岩)等中国建筑材料研究院 超细水泥在水泥厂加工生产比表面积大于800 m2/kg、d50在3m5m之间细度高、有微膨胀性、早强。价格高、贮存不便小浪底地下洞室混凝土裂缝漏水处理；长江三峡导流明渠和永久船闸基础固结灌浆等上海洋泾水泥厂湿磨水泥使用盘磨机在现场加工，随磨随用dmax40m，d50=9.36m，小于30m颗粒的累计为92.
9、2%需配置专用湿磨机，可随用随磨，价格较低长江三峡二期工程帷幕灌浆（花岗岩）；江西万安水利枢纽基岩帷幕灌浆（粉细砂岩）长江科学院湿磨水泥使用微粉磨机在现场加工，随磨随用比表面积600 800 m2/kg之间， d90=20m，d50=8.1m同上云南渔洞水库坝基帷幕灌浆（玄武岩）；黄河小浪底二号洞F1断层补强灌浆（断层泥、角砾）中国水利水电基础工程局科研所图2-2-1 三种水泥颗粒级配曲线1-超细水泥；2-改性水泥；3-普通硅酸盐水泥1.2 水凡符合国家标准的饮用水、洁净的江河湖水，均可用于搅制水泥浆。当使用不明情况的地面和地下水制浆时，应当进行水质检验，其所含矿物质不宜大于DL/T5144-
10、2001水工混凝土施工规范中对拌制水工混凝土用水的要求（表2-2-5），同时应进行水泥凝结时间和水泥浆结石抗压强度的试验，要求使用这种水拌制的水泥浆与使用洁净水的试样的初、终凝时间差不得大于30min，水泥砂浆28d的抗压强度与使用洁净水的试样相比不低于90%。表2.2.5 拌和与养护混凝土用水的指标要求项目单位钢筋混凝土素混凝土pH值44不溶物 mg/L20005000可溶物 mg/L500010000氯化物（以Cl计）mg/L12003500硫酸盐（以SO42计）mg/L270027001.3 黏土、膨润土1.3.1 黏土黏土是高分散性材料，试验分析表明，水泥和黏土粗粒部分的含量差不多，但
11、细粒部分却是黏土占优势。表2-2-6是几个灌浆工程中所用黏土和水泥的颗粒含量的资料。 材料各种尺寸颗粒的含量（%） 40m 20m 10m水泥72.552.531.0黏土76.367.555.3 表2-2-6 水泥和黏土细粒部分的含量灌浆浆液中加入黏土的目的是：（1）黏土中含有大量的比水泥颗粒更细小的微细颗粒，能灌注到地层的微小裂隙和孔隙中。（2）当地层吸浆量非常大时，替代部分水泥，降低浆液成本。（3）黏土中的胶体颗粒能大大提高浆液的稳定性。在水工建筑物水泥灌浆施工技术规范中对黏土的质量要求是塑性指数不宜小于14，黏粒（粒径小于0.005mm）含量不宜低于25%，含砂量不宜大于5%，有机物含量
12、不宜大于3%。一般说来，塑性指数和黏粒含量大一些更好，含砂量大了则应当除砂。1.3.2 膨润土膨润土是以蒙脱石为主要矿物成分的黏土，膨润土中的黏粒含量比普通黏土高得多，它可以作为掺合料或外加剂用于水泥浆中。作为掺合料加入水泥浆的比例通常大于水泥重量的5%，它在浆液中起的作用与加入黏土所起的作用是相同的。膨润土作为稳定剂加入水泥浆液的比例通常为水泥重量的1%5%。它的作用主要是提高浆液的稳定性，在配制稳定浆液时它是必不可少的浆液成分。膨润土的性能指标详见本书第六章，作为稳定剂使用的膨润土宜为级土或级土；作为掺和料使用时，各级膨润土均可。1.4 粉煤灰水泥浆液中掺入粉煤灰的主要作用在于节约水泥、降
13、低成本。此外由于粉煤灰成份中含有约70%90%活性氧化物（SiO2和Al2O3等），它们能与水泥水化析出的部分氢氧化钙发生二次反应而生成水化硅酸钙和水化铝酸钙等较稳定的低钙水化物，从而能使浆液结石的后期强度增长和抗侵蚀耐久性提高。粉煤灰取代水泥的用量要通过试验来确定，通常掺粉煤灰量是水泥重量的30%40%。粉煤灰的质量标准应符合水工混凝土掺用粉煤灰技术规范DL/5055-1996的要求（表2-2-7）。表2-2-7 粉煤灰品质指标和等级序号指标等级级级级1细度（45m方孔筛筛余）1220452烧失量58153需水量比951051154三氧化硫含量333根据工程需要，帷幕灌浆和固结灌浆应采用级或粉煤灰，级粉煤灰可用在回填灌浆中。1.5 砂在水泥浆液中掺入砂，拌制成砂浆主要是用于回填大的空腔或灌注大裂隙、溶洞时使用。以砂浆代替纯水泥浆一可以节约水泥，二可以提高浆液结石强度。水工建筑物水泥灌浆施工技术规范DL/T5148-2001规定灌浆用砂应为质地坚硬的天然砂或人工砂，粒径不宜大于2.5mm，细度模数不宜大于2.0，SO3含量不宜大于1
