全国中文核心期刊 杆堙建蟓 中国科技核心期刊 早强剂对徽膨胀洼浆料早期力学Ｊ｝生能的 影晌研究 殷璐，侯维红，吴文选，黎超，叶显 （武汉源锦建材科技有限公司，湖北武汉４３００８３） 摘要：对比分析了在标准养护条件下，早强剂种类和掺量对微膨胀注浆料早期力学性能的影响。结果表明：当早强剂掺量相同 的条件下，相对于甲酸钙和硅酸钠，硫酸钠能够明显提高微膨胀注浆料的强度；随着硫酸钠掺量增大，微膨胀注浆料的早期强度逐渐 提高，当其掺量为０．８％时，注浆料的早期强度达到最高。 关键词：早强剂；微膨胀注浆料；掺量；早期强度 中图分类号：ＴＵ５７ ８．１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００１—７０２Ｘ（２０１８）０８－００２２—０２ Ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ｅａｒｌｙ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｇｅｎｔ ｏｎ ｅａｒｌｙ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｍｉｃｒｏ—ｅｘｐａｎｓｉｖｅ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ＹＩＮ Ｌｕ，ＨＯＵ Ｗｅｉｈｏｎｇ， Ｗｅｎｘｕａｎ，ＬＩ Ｃｈａｏ，ＹＥ Ｘｉａｎ （Ｗｕｈａｎ ｕｊｏｉｎ Ｂｕｉｌｄｉｎｇ Ｍａｔｅｒｉａｌ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｃｏ．Ｌｔｄ．，Ｗｕｈａｎ ４３００８３，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔｓ ｏｆ ｅａｒｌｙ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｇｅｎｔ ｔｙｐｅｓ ａｎｄ ｄｏｓａｇｅｓ ｏｎ ｅａｒｌｙ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｍｉｃｒｏ－ｅｘｐａｎｓｉｖｅ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｍａ— ｔｅｒｉａｌ ｕｎｄｅｒ ｓｔａｎｄａｒｄ ｃｕｒｉｎｇ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｗｅｒｅ ｃｏｍｐａｒｅｄ ａｎｄ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ：ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｅａｒｌｙ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｓａｍｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｒｅｌａｔｉｖｅ ｔｏ ｃａｌｃｉｕｍ ｆｏｒｍａｔｅ ａｎｄ ｓｏｄｉｕｍ ｓｉｌｉｃａｔｅ，ｓｏｄｉｕｍ ｓｕｌｆａｔｅ ｃａｎ ｓｉｇｎｉｉｃａｎｔｆｌｙ ｉｍｐｒｏｖｅ ｔｈｅ ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ｏｆ ｍｉｃｒｏ—ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｍａｔｅｒｉ１．Ｗｉａｈ ｔｈｅ ｉｔｎｃｒｅａｓｅ ｏｆ ｔｈｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ｏｆ ｓｏｄｉｕｍ ｓｕｌｆａｔｅ，ｔｈｅ ｅａｒｌｙ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｍｉｃｒｏ—ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ ｇｒａｄｕａｌｌｙ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ．Ｗｈｅｎ ｔｈｅ ｄｏｓａｇｅ ｉｓ Ｏ．８％，ｔｈｅ ｅａｒｌｙ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ｏｆ ｔｈｅ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｍａｔｅｒｉｌ ｒｅａｃｈｅｓａ ｔｈｅ ｍ￣ｉｍｕｍ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｅａｒｌｙ ｓｔｒｅｎｇｔｈ ａｇｅｎｔ，ｍｉｃｒｏ－ｅｘｐａｎｓｉｏｎ ｇｒｏｕｔｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌ，ｄｏｓａｇｅ，ｅａｒｌｙ ｓｔｒｅｎｇｔｈ Ｏ引言 发展相匹配。因此，选择合适的早强剂对材料的应用效果至关 重要。 微膨胀注浆料是以普通硅酸盐水泥、超细掺和料、聚羧 酸减水剂、微膨胀剂及骨料等为主要成分，经均匀复合而成， 膨胀与衬砌混凝土具有良好的结合性能，保证了隧道初期支 １试验 具有良好的流动性和可泵送性，浆体匀质性好，且早期体积微 １．１原材料 水泥：武汉华新Ｐ·０５２．５水泥，主要性能指标如表１所示。 护与二次衬砌之间的密实填充【ｌＪ。主要适用于新建隧道衬砌 河砂：特细砂，连续级配，细度模数０．８５。早强剂：甲酸钙，市售， ０２３（２０ ｏＣ），纯度Ｉ＞９８．０％；硫酸钠及硅酸 背后脱空，衬砌厚度不足部位的处理。通过在衬砌背后进行充 工业级，相对密度２．填压浆，不仅可以充填由于混凝土浇筑不饱满形成的空腔，使 钠：市售，化学纯。微珠粉：深圳道特科技有限公司生产，堆积密 ＞７００ｋｇ／ｍｓ，ＳｉＯ 含量Ｉ＞５０％。减水剂：江苏兆佳建材科技有 初期支护和二次衬砌密贴共同受力，而且可以填塞由于混凝土 度Ｉ０型聚羧酸高效减水剂，减水率２５％。 不密实或开裂形成的缝隙，封堵地下水而起到防水作用［２－３］。 限公司生产的ＺＪ—ＰＣ８０１为满足施工，要求微膨胀注浆料在９０ ｍｉｎ后仍具有高流态， 消泡剂：江苏兆佳建材科技有限公司生产的Ｄ１３０型有机硅类 又要求试件养护至１２ ｈ能够有初期力学强度，与混凝土强度 消泡剂，有效固含量Ｉ＞９８％。膨胀剂：武汉善达化工有限公司生 产的ＡＣ７０００塑性膨胀剂，纯度Ｉ＞９７．０％。 收稿日期：２０１７—１２—１３：修订日期：２０１８—０１—２６ 作者简介：殷璐，女，１９９１年生，黑龙江齐齐哈尔人，硕士，助理工程 师，主要从事功能砂浆类材料研究。地址：武汉市青山区工人村路都 市工业园区南Ｅ区１２号，Ｅ—ｍａｌｌ：１０３０５９１６５２＠ｑｑ．ｃｏｒｎ。 表１水泥的主要性能指标 抗压强度／ＭＰａ抗折强度／ＭＰａ凝结时间／ｍｉｎ ３ ｄ ２８ ｄ ３ ｄ ２８ ｄ 初凝 终凝 合格 ３１５ 安定性 ·２２· 新型建筑材料 ２０１８．８ 殷璐，等：早强剂对微膨胀注浆料早期力学性能的影响研究 １．２试验方法 参照ＧＢ，ｒｒ １７６７１－－１９９９＠￣泥胶砂强度检验方法（ＩＳＯ法）》 ２．２早强剂掺量对微膨胀注浆料早期力学性能的 影响 进行试验、成型及养护，并测试其抗压、抗折强度。微膨胀注 浆料的基准配合比见表２，固定水料比为０．２。 表２微膨胀注浆料的基准配合比 ％ 由上述试验可知，硫酸钠能够显著提高微膨胀注浆料的 早期力学强度。因此，主要考察硫酸钠作为早强剂对微膨胀注 浆料早期力学强度的影响，设计硫酸钠掺量分别为注浆料质 量的０．２％、０．４％、０．６％、０．８％，对微膨胀注浆料早期力学性能 的影响见表４。 表４早强剂掺量对微膨胀注浆料早期力学性能的影响 硫酸钠 抗压强度，ＭＰａ 抗折强度，ＭＰａ 折压比 ２结果与分析 ２．１ 早强剂种类对微膨胀注浆料早期力学性能的 影响 固定早强剂掺量（按占注浆料质量计）为０．４％，早强剂 种类对微膨胀注浆料１２ ｈ、１ ｄ、３ ｄ、７ ｄ力学性能的影响见 表３。 表３早强剂种类对微膨胀注浆料早期力学性能的影响 ＭＰａ 早强剂 抗压强度／种类 抗折强度／ＭＰａ 折压比 掺量／％１２ ｈ １ ｄ ３ ｄ ７ ｄ １２ｈ １ ｄ ３ ｄ ７ ｄ １２ ｈ １ ｄ ３ ｄ ７ ｄ Ｏ．２ ２－３ ２２．６ ６０．Ｏ ６３．４ Ｏ．９ ５．５ １４．２ １４．５ Ｏ＿３９ ０．２４ ０．２４ Ｏ．２３ Ｏ．４ ４．６ ２５－３ ６２．２ ６４．７ １．７ ６．１ １４．７ １４．８ ０－３７ Ｏ．２４ Ｏ．２４ ０．２３ Ｏ．６ ５．２ ２７．２ ６４．５ ７Ｏ－２ １．８ ６．２ １５．１ １５．６ ０－３５ ０．２３ Ｏ．２３ ０．２２ Ｏ．８ ６．１ ２９．０ ６８．１ ７５．６ ２．１ ６．６ １５．８ １６．２ ０－３４ Ｏ．２３ ０．２３ Ｏ．２ｌ 由表４可知： （１）随着硫酸钠掺量的增加，微膨胀注浆料各龄期抗压强 度及抗折强度均呈现逐渐提高的趋势。硫酸钠掺量由０．２％增 大到０．４％时，注浆料的１２ ｈ和１ ｄ抗压强度均有明显提高。 甲酸钙 一２３．７ ６１．５ ６３．２— ５．８ １４．０ １４．３一 Ｏ．２４ ０．２３ ０．２３ 但随着硫酸钠掺量提高到０．４％～０．８％，注浆料早期抗压强度 的增长趋于平缓。 硫酸钠４．６ ２５．３ ６２．２ ６４．７ １．７ ６．１ １４．７ １４．８ ０．３７ ０．２４ ０．４ ０．２２３ 硅酸钠一２１．４ ５９．４ ６１．９—５．６ １３．３ １３．８—０．２６ ０．２２ ０．２２ （２）硫酸钠掺量的提高对注浆料抗折强度的影响规律与 对抗压强度的影响规律一致。 （３）随硫酸钠掺量的增加，注浆料的折压比逐渐减小，说 由表３可知，掺甲酸钙和硅酸钠的注浆料１２ ｈ均无强度， 同掺量下只有硫酸钠对注浆料１２ ｈ强度有显著提高。掺３种 早强剂的微膨胀注浆料在３ ｄ 内抗压强度均快速增长，３～７ ｄ 明硫酸钠的掺入使注浆料的脆性增大。当硫酸钠掺量低于 ６％时，随着养护龄期的延长，其掺量越大，注浆料折压比减 抗压强度增长趋于平缓，并且同掺量下硫酸钠组各龄期强度均 ０．略高于其它２组，而硅酸钠对注浆料早期抗压强度贡献最小。３ 小幅度越小。 种早强剂对注浆料早期抗折强度的影响规律与对抗压强度的 影响规律一致。 这是因为，硫酸钠的掺入及掺量的增加，导致微膨胀注浆 料体系内部早期水化产物生成速率较快，使水化产物相互搭接 随着养护龄期的延长，掺３种早强剂的微膨胀注浆料折压 和联结成水泥石结构分布不均匀，从而影响注浆料的力学强度 比均逐渐降低，说明养护龄期越长，注浆料的韧性越小。养护龄 发展［句。因此，选取硫酸钠作为早强剂时，当硫酸钠掺量高于 期为１ ｄ时，掺硫酸钠的注浆料折压比最小。而随着养护龄期 ０．４％时，掺量的增大对于注浆料早期强度的提高不明显。 的延长，硫酸钠组注浆料折压比下降幅度较小，因而３ ｄ和７ ｄ 其折压比要略高于甲酸钙组和硅酸钠组。 由此可知，早强剂种类对微膨胀注浆料的早期力学强度 ３结论 （１）在相同掺量的条件下，相对于甲酸钙和硅酸钠，硫酸钠 具有明显影响，且硫酸钠能够显著提高微膨胀注浆料的力学 能够明显提高微膨胀注浆料的力学强度，尤其对注浆料１２ ｈ ６ ＭＰａ，抗折强度为１．７ ＭＰａ。 强度，甲酸钙次之，而硅酸钠对微膨胀注浆料的早期强度影响 力学强度影响显著，抗压强度为４．不大。这主要是因为硫酸钠是强电解质，能够增加浆体中离子 钙反应生成硫酸钙和氢氧化钠，又因硫酸钙粒径较小，可与铝 （２）随着养护龄期的延长，掺３种早强剂的注浆料折压比 浓度。在水泥基体系中掺入硫酸钠，其首先与水化产物氢氧化 均逐渐减小，导致材料韧性逐渐变小。 （３）随硫酸钠掺量的增加，微膨胀注浆料的早期力学强度 酸三钙迅速发生进一步反应生成水化硫铝酸钙晶体，同时氢 呈现逐渐增大的趋势，当硫酸钠掺量为０．８％时，微膨胀注浆 氧化钠可以使水泥基体系中碱性增大，使铝酸三钙和石膏的 料力学强度达到最大。 溶解度增大，进而提高体系中硫铝酸钙的数量 。 （下转第５８页） Ｎ ＥＷ ＢＵＩ ＬＤＩＮＧ ＭＡＴＥＲＩＡＬＳ ·２３· 曹凯，等：硅￣／ＳＢＳ复合改性沥青混合料高温性能研究 （２）老化后硅粉／ＳＢＳ改性沥青混合料的动稳定度较老化 ＾哪／ 一＼越议嚣臀 ）９ ８ ７ ６ ５ ４ ３ ２ 前增大。随着碾压次数的增多，改性沥青混合料的动稳定度先 提高后降低，碾压次数为１５次时达到最大。 （３）水的存在会使改性沥青混合料的动稳定度大幅下降， 当混合料中细集料较多时能使车辙试件空隙率变小，动稳定 度的降幅减小。 （４）温度升高，改性沥青混合料的动稳定度减小；随着荷 耋；垂；耄；砉堇考｝舌；｜；舌｝垂； ６０ ６０ ７０ 载的增大，动稳定度大幅下降，粗集料含量较多时下降幅度较 小。 温度／℃ 图３温度对改性沥青混合料动稳定度的影响 ２．５．２荷载 我国路面在使用过程中，超重现象屡见不鲜。而且，随着 运输任务的加重，车辆重载化的趋势越来越明显。试验分别采 用０．７ ＭＰａ和１．０ ＭＰａ作为试验荷载进行车辙试验，结果见 表８。 表８不同荷载下硅粉 ＢＳ复合改性沥青混合料的动稳定度 项 目 ＡＣ１６—１ ＡＣ１６—２ ＡＣ１６—３ 参考文献： ［１】杨传堂．“十三五”时期交通运输发展形势和基本思路［Ｊ】．中国水 运，２０１６（１）：１０—１４． ［２】Ｄｏｂｏｕｎｉ Ａ Ａ，Ｓｈａｈａｂ Ｙ Ａ，Ｔａｗｆｉｇ Ｋ Ｓ．Ｍｏｄｉｉｆｃａｔｉｏｎ ｏｆ ａｓｐｈａｌｔ ｂｙ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｔｒｅａｔｍｅｎｔ ｗｉｔｈ ｓｕｌｐｈｍ［Ｊ］．Ｆｕｅｌ，１９９４，１２（３）：４４３－－４６９． 【３］朱东鹏，章金钊，陈建兵，等．多年冻土地区硅藻土改性沥青混合 料路用性能试验［Ｊ］．中国公路学报，２０１３（４）：２３—２８． ［４】杨松．硅粉作为沥青改性剂的室内试验研究【Ｄ１．北京：北京工业 大学，２００８． 【５】边疆，李国芬，赵伟强．硅藻精土对沥青混合料低温性能的影响 ［Ｊ】．公路，２００８（１１）：１９９－２０２． 动稳定度０．７ ＭＰａ ／（次，Ⅻｎ）１０ ＭＰａ ．６５６３ ２９７２ ６７７４ ３６８４ ６３６４ ３４２４ 从表８可以看出，当车辙试验的荷载从０．７ ＭＰａ增加到 １．０ ＭＰａ后，动稳定度均大幅下降。这也说明在荷载增大时，沥 青混合料抵抗永久性变形的能力会下降。而ＡＣ１６—２和 ＡＣ１６—３型级配降幅较小，这可能是因为这２种级配类型中 粗骨料较多，形成的骨架能够抵挡更高的荷载作用。因此，对 于重载车辆较多的道路推荐采用粗集料较多一点的级配。 ［６】张旭．硅藻土的矿物学特征及改性沥青中的应用【Ｄ】．长春：吉林 大学，２００４． ［７】谭忆秋，单丽岩，房军，等．硅藻土沥青及沥青混合料低温抗裂机 理叨．东南大学学报，２００９（１）：７４－７８． 【８］陈团结，汪双杰，朱洪洲．硅藻土沥青混合料阻热性能及其对冻 ３结语 土地基的影响【Ｊ］．公路交通科技，２０１ １（２）：２５—３０． ［９】翟冬梅，黄晓明．沥青混合料浸水车辙试验研究［Ｊ】．华东公路， ２０Ｏ２（４）：７８—８０． （１）对于硅粉／ＳＢＳ复合改性沥青混合料（ＡＣ１６），马歇尔 试验确定的最佳油石比较车辙试验动稳定度最大时对应的油 石比约大０－３个百分点。 Ａ （上接第２３页） 【３】龚成明，朱嘉斌，余海龙．铁路隧道衬砌台车拱顶带模及时注浆 工艺研究［Ｊ】．现代隧道技术，２０１７，５４（１）：１８０—１８５． （４）随硫酸钠掺量的增加，注浆料的折压比逐渐减小，其 脆性增大。 ［４】李萍，周转运，蔡其全．硫酸钠与聚羧酸减水剂复配对混凝土性 能的影响研翘Ｊ］．新型建筑材料，２０１４（９）：３８—３９． 参考文献： 【１】 吕彪．隧道衬砌拱顶带模注浆新材料的相容性和结合性试验研究 ［５】冷达，张雄，沈中林．减水剂和早强剂对水泥基灌浆材料性能的 影响［Ｊ］．新型建筑材料，２００８（１１）：２１—２５． ［Ｊ】．科技研究，２０１７（２）：１８－２６． 【２］龚成明．一种可带模注浆的新型铁路隧道衬砌台车［Ｊ］．现代隧道 技术，２０１６（４）：１８５—１８８． ［６】马永胜，候庆亮，于飞．浅谈硫酸钠在混凝土中的应用们．商品混 凝土，２０１７（９）：６９—７２． Ａ ·５８· 新型建筑材料 ２０１８．８