超細(xì)水泥灌漿材料的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用
目前,關(guān)于超細(xì)水泥還沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn),較多的是以其粒徑大小來定義的?!?/P>
一般認(rèn)為,作為超細(xì)水泥其最大粒徑應(yīng)小于20μm,分割粒徑應(yīng)小于5μm,比表面積則應(yīng)該大于5〕。有必要指出的是最大粒徑并非絕對意義上的最大粒徑,若最大粒徑小于20μm,通常指,即允許有5%的粒子大于20μm3〕。
超細(xì)水泥的生產(chǎn)是以普通水泥或水泥熟料為原料,采用一定的粉磨設(shè)備制得,常用的粉磨設(shè)備有球磨機(jī)、振動(dòng)磨、雷蒙磨、攪拌磨、氣流磨等。然而直接應(yīng)用這些設(shè)備制取超細(xì)水泥是不經(jīng)濟(jì)的,因?yàn)榉勰ヒ欢螘r(shí)間后,水泥粒徑變小,比表面積增大,表面能增加,細(xì)顆粒團(tuán)聚能力加大,因而必須采用超細(xì)分級機(jī)及時(shí)將合格的細(xì)水泥分離出來?! ?/P>
超細(xì)水泥與普通水泥在組成上的主要不同點(diǎn)是在制備過程中加入了一些性能調(diào)節(jié)劑<SUP>〔6〕。性能調(diào)節(jié)劑的選擇和摻量是根據(jù)灌漿工程的需要來決定的,這是因?yàn)殡S著水泥顆粒的細(xì)化也帶來以下一些問題,影響水泥的灌漿效果。
(1)流動(dòng)性降低,如不采取措施,要達(dá)到同普通水泥相同的流動(dòng)性必須增加用水量,增大水灰比又使?jié){液穩(wěn)定性降低;
(2)由于保水性好,硬化結(jié)石的水灰比大,毛細(xì)管孔尺寸大且多,影響水泥結(jié)石的密實(shí)性,進(jìn)而影響抗?jié)B和耐蝕等性能;
(3)水泥越細(xì)收縮值越大,引起結(jié)石與基體粘結(jié)失效?! ∫虼耍谥苽溥^程中要加入一些性能調(diào)節(jié)劑(如膨脹劑、減水劑、調(diào)凝劑等),為防止水化升溫過高,有時(shí)也加一些粉煤灰、粒狀高爐礦渣和硅粉等摻合料?! ?/P>
同普通水泥灌漿和化學(xué)灌漿相比,超細(xì)水泥灌漿存在以下優(yōu)點(diǎn):
①可以使用普通水泥灌漿的技術(shù)和設(shè)備(只需另配置一臺(tái)高速攪拌機(jī));
②比普通水泥具有更好的可灌性,水泥結(jié)石更致密;
③具有良好的工作環(huán)境,無毒,結(jié)石具有較高的耐久性;
④比化學(xué)灌漿具有更高的強(qiáng)度,更經(jīng)濟(jì);
⑤灌注細(xì)微裂隙時(shí),對裂隙的濕度不敏感,對裂隙中的鋼筋無腐蝕。
工作性能
超細(xì)水泥的密度一般為2.8~3.2g/cm3,同普通水泥并無多大差別,但容重很低,一般為0.6~1.0 g/cm 3。由于其細(xì)度較高,普通水泥的篩分法已難以滿足其粒徑測試的要求,通常采用的是光透沉降粒度儀或激光粒度儀等7〕。在使用過程中,由于其比表面積大,活性高,同普通水泥也有很大差異。
流動(dòng)性 在水化過程中,由于超細(xì)水泥顆粒的高活性,其需水量明顯高于普通水泥,為提高漿液的流動(dòng)性,需要加入一些減水劑,使?jié){液粘度降低,便于灌入細(xì)微裂隙中。一般減水劑的摻量為0.5%左右。
穩(wěn)定性 水泥漿液的穩(wěn)定性是在250ml的量筒中注滿漿液,隨著時(shí)間的延長,用上部析水高度占整個(gè)漿液高度的百分?jǐn)?shù)來表示的。作為灌漿材料,其析水率愈低,析水歷時(shí)愈長,漿液的穩(wěn)定性越高,對灌漿越有利。普通水泥由于顆粒大,沉降快,穩(wěn)定性較差。對水灰比W/C=1∶1的漿液,普通水泥析水率>25%,析水歷時(shí)為1.5h,而超細(xì)水泥析水率則<5%,析水歷時(shí)為2h以上,穩(wěn)定性大大提高。
漿液溫度 超細(xì)水泥由于其活性高,水化初期水化熱很大,漿液升溫很快,當(dāng)溫度超過40℃時(shí),對結(jié)石強(qiáng)度增長十分不利。為降低其水化熱,常常在制備過程中要加入一些活性摻合料,如粉煤灰,高爐礦渣,硅粉等。
凝結(jié)時(shí)間 凝結(jié)時(shí)間既要考慮灌漿操作所需要的時(shí)間,又要考慮在灌漿結(jié)束后,裂隙中灌入的水泥漿液能很快地凝結(jié)硬化,在不同的使用場合對凝結(jié)時(shí)間有不同的要求。超細(xì)水泥由于在制備過程中已經(jīng)摻加了適量的調(diào)凝劑,可以滿足工程的需要,一般調(diào)凝劑的摻量為0.5%~2.5%。
膨脹性 超細(xì)水泥中加入適量膨脹劑,其28d水泥凈漿自由線膨脹量可控制在0.2%~0.5%之間,使水泥結(jié)石后期不收縮,這對防滲補(bǔ)強(qiáng)是十分有利的,特別是細(xì)微裂隙的灌漿,可以取得很好的灌漿效果。
抗壓及抗?jié)B性能 超細(xì)水泥具有較高的強(qiáng)度,特別是早期強(qiáng)度。這主要是因?yàn)槠漕w粒較細(xì),水化活性較高,水化充分,水化物比普通水泥多,且結(jié)構(gòu)均勻、致密所致。一般其28d抗壓強(qiáng)度凈漿可達(dá)25MPa以上,砂漿不低于55MPa。并且由于其結(jié)構(gòu)內(nèi)部孔隙多以非連通孔形式存在<SUP>〔8〕,抗?jié)B性能也十分優(yōu)異。
可灌性 作為灌漿材料,可灌性是最重要的性能指標(biāo)之一,通常采用室內(nèi)模擬漿液灌入一定細(xì)度的砂體的能力來表示。普通水泥一般只能灌入粒徑大于0.5mm的粗砂體中,而超細(xì)水泥能灌入粒徑為0.1~0.2mm的細(xì)砂體中。這對灌注細(xì)微裂隙十分有利,在一定程度上可代替化學(xué)灌漿。4 國內(nèi)外發(fā)展情況及應(yīng)用
自從80年代初日本開始研制超細(xì)水泥以來,短短二十年內(nèi),超細(xì)水泥的生產(chǎn)和應(yīng)用得到了飛速的發(fā)展。日本、美國、德國、瑞士、中國<SUP>〔1~6,9~10〕都有報(bào)道。特別是近幾年來,國內(nèi)一些企業(yè)在高校和研究院的技術(shù)支持下,陸續(xù)生產(chǎn)出一批質(zhì)量很高的超細(xì)水泥灌漿材料,并成功應(yīng)用于水電、地鐵、隧道、油井、礦山等處的防滲補(bǔ)強(qiáng)施工,取得了良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。國內(nèi)外超細(xì)水泥的生產(chǎn)及應(yīng)用情況見表。
國內(nèi)外超細(xì)水泥的生產(chǎn)及應(yīng)用情況 從表中可以看出,超細(xì)水泥由于采用了超細(xì)分級機(jī),粒徑都較小,再加上包裝、運(yùn)輸?shù)纫蛩?,成本都較高,一般在2000元/t以上,但由于在制備過程中一次性摻入了性能調(diào)節(jié)劑,使用起來較方便。5 存在的問題及發(fā)展趨勢
目前,雖然有一些廠家生產(chǎn)超細(xì)水泥,但普遍存在規(guī)模小,成本高,缺乏統(tǒng)一的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn),從而限制了其大量使用。在實(shí)際施工過程中,也需要解決一些問題:
?、俪?xì)水泥由于其粒徑小,活性高,制漿時(shí)必須有一臺(tái)轉(zhuǎn)速至少為1500r/min的高速攪拌機(jī),才能使其顆粒充分分散,保證漿液靜置時(shí)顆粒的沉降速度減慢,析水率明顯降低,漿液穩(wěn)定性提高?! ?/P>
?、谄胀ㄋ喙酀{時(shí),為提高漿液的穩(wěn)定性,通常要加入少量的膨潤土,但是對超細(xì)水泥灌漿而言,必需放棄使用膨潤土因?yàn)榕驖櫷猎趹腋∫褐杏袌F(tuán)聚作用,對灌漿不利?! ?/P>
?、垡话阏J(rèn)為灌漿時(shí)采用大水灰比漿液,流動(dòng)性好,可增大對細(xì)微裂隙的可灌性。對普通水泥而言,其開灌水灰比一般為8∶1或10∶1,但是從另一方面考慮,水灰比大,水泥顆粒沉降快,漿液不穩(wěn)定,容易析水回濃,可灌性并不一定好。由于超細(xì)水泥本身粒徑小,且是在普通水泥灌漿無法滿足要求的情況下使用,其灌漿水灰比一般應(yīng)控制在2∶1以下?! ?/P>
?、茈m然超細(xì)水泥中摻入了一些粉煤灰、礦渣等,但由于其高活性,水化初期漿溫仍很高,特別是采用高壓灌漿時(shí)。在具體施工時(shí),應(yīng)采取措施控制漿溫。
盡管如此,超細(xì)水泥由于具有良好的可灌性,價(jià)格相對低廉,經(jīng)久耐用,結(jié)石強(qiáng)度高,對環(huán)境無污染等優(yōu)點(diǎn),日益成為新一代的“綠色灌漿材料”?,F(xiàn)在,修補(bǔ)混凝土中的裂隙一直是化學(xué)灌漿的范疇,但隨著超細(xì)水泥生產(chǎn)成本的降低和人類環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng),這一領(lǐng)域?qū)⒅饾u為超細(xì)水泥所代替。超細(xì)水泥灌漿材料也將在水電、地鐵、隧道等工程中得到更廣泛的應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)
1 TA Melbye,利用超細(xì)水泥進(jìn)行巖石灌漿.見:水利部情報(bào)所.巖石與混凝土灌漿譯文集(內(nèi)部資料),1993
2 RJ Krizer水泥漿的泌水性與流變性.見:水利部情報(bào)所.巖石與混凝土灌漿譯文集(內(nèi)部資料),1993
3 p noske超細(xì)水泥灌漿在巖土工程中的應(yīng)用.見:水利部情報(bào)所.巖石與混凝土灌漿譯文集(內(nèi)部資料),1993
4 B Schuize關(guān)于超細(xì)水泥漿液可灌性的新研究.見:水利部情報(bào)所.巖石與混凝土灌漿譯文集(內(nèi)部資料),1993
5 韓韌等.CX型超細(xì)水泥使用性能總結(jié).水泥,1996,(6)
6 陳旭榮.灌漿水泥研究.長江科學(xué)院院報(bào),1991,(1)
7 馬振華等.光透法測定水泥細(xì)度的研究.硅酸鹽通報(bào),1994,(2)
8 陳義斌.濕磨細(xì)水泥漿材水化特性研究.硅酸鹽通報(bào)(增刊),1997:358~361
9 謝堯生等.三峽工程主體建筑物基礎(chǔ)灌漿試驗(yàn).見:中國建筑材料科學(xué)研究院.改性灌漿水泥灌漿試驗(yàn)總結(jié)報(bào)告(內(nèi)部資料),1997
10 王賡堯等.超細(xì)水泥在運(yùn)營隧道襯砌內(nèi)部注漿中的應(yīng)用.見:防排水專業(yè)委員會(huì)第八次學(xué)術(shù)會(huì)議論文集(內(nèi)部資料),
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