粉煤灰对双液注浆材料性能影响的试验研究

2014-04-29李艳芳黄洪亮

河北建筑工程学院学报 2014年4期

李艳芳黄洪亮

（河北建筑工程学院，河北张家口075000）

0 引言

近年来，在建筑行业蓬勃发展的同时，湿陷性黄土地基所带来的工程事故也逐渐增加.本课题所研究的水泥－水玻璃双液注浆材料（即C－S双液注浆材料）就是地基加固中常用的先进注浆材料品种之一.它是以水泥、水玻璃为主剂（必要时加入添加剂），将两者按一定比例分别泵送混合后注入地层的注浆过程［1］.

1 试验原料及仪器设备

1.1 试验原料

本课题所用的主要试验原料及其基本性能参数见表1.

表1 试验原料

1.2 仪器设备

本课题所用的主要仪器设备见表2.

表2 仪器设备

2 试验研究

2.1 试验方案

在综合考虑水泥－水玻璃双液注浆材料的流动性要求、技术经济性以及过大水灰比对注浆材料固结强度影响的基础上，本试验研究把水灰比W／C设计为0.8，水玻璃浆液的波美度0Bé定为21、25，水玻璃浆液体积为水泥浆液体积的1.0倍，结合当地地方资源的实际情况，设定粉煤灰的掺量为胶凝材料质量的10%、15%、20%、25%四种掺量，组合成10组（2组空白试样）配比进行试验研究.

2.2 实验数据

试验中掺加粉煤灰的C－S双液注浆材料所设计的配合比见表3、测定的凝胶时间及固结强度分别见表4和表5.

表3 加粉煤灰的双液注浆材料的配合比（2L）

表4 加粉煤灰的双液注浆材料的凝胶时间

表5 加粉煤灰的双液注浆材料的固结强度

3 数据分析

3.1 C－S双液注浆材料凝胶时间分析

根据表4中加入粉煤灰的双液注浆材料凝胶时间的实验数据，可作出在水泥浆液水灰比及水玻璃浆液波美度一定的情况下，粉煤灰掺量对双液注浆材料凝胶时间影响的关系图，如图1所示.

图1 粉煤灰对凝胶时间的影响

由图1分析可知：当水泥浆液水灰比一定时，随着粉煤灰掺量的增加，对波美度0Bé为21和25的两种水玻璃浆液，所配制的双液注浆材料凝胶时间的影响规律基本一致，即随着粉煤灰掺量的增加凝胶时间基本呈现上升趋势；但在粉煤灰掺量相同的情况下，波美度0Bé为21的比0Bé为25的水玻璃浆液所配制的双液注浆材料凝胶时间一般大一些.

分析上述现象认为，在水泥浆液中掺入粉煤灰，随着粉煤灰掺量的增加，相当于降低了水泥熟料中C3S、C2S的含量，同时粉煤灰替代部分水泥，又为水化作用节约了一定的自由水；当水玻璃浆液在发挥促凝固化作用的时候，因水泥水化产物中氢氧化钙的量降低而受到一定抑制效果，所以随着粉煤灰掺量的增加就宏观上提高了双液注浆材料的凝胶时间.

3.2 C－S双液注浆材料固结强度分析

根据表5中固结强度的实验数据，可分别作出粉煤灰掺量对注浆材料7d和28d的抗折强度、抗压强度影响的关系图，如图2所示.

图2 粉煤灰掺量对固结强度的影响

由图2分析可知：当水泥浆液的水灰比及水玻璃浆液的波美度一定时，粉煤灰掺量对固结体早期强度的影响影响较大，均造成早期强度较低，但对后期强度的影响还算稳定，个别适宜掺量还可以提高固结强度.图a中双液注浆材料的固结体的7天抗折强度随着粉煤灰掺量的增大基本上呈下降趋势，但在粉煤灰掺量相同的情况下，水玻璃波美度0Bé为25的比波美度0Bé为21的双液注浆材料抗折强度要大些；图b中两种波美度的水玻璃浆液，所配制的双液注浆材料固结体的7天抗压强度随着粉煤灰掺量的增大基本上呈现相同规律，均出现了极大值；图c中双液注浆材料的固结体的28天抗折强度随着粉煤灰掺量的影响变化波动较大，但出现了抗折强度提高的适宜掺量为15%；图d中双液注浆材料的固结体的28天抗压强度随着粉煤灰掺量的增大呈相对稳定趋势，其中水玻璃波美度0Bé为25的双液注浆材料抗压强度稳中有升，而水玻璃波美度0Bé为21的双液注浆材料抗压强度稳中有降.

分析上述现象，由于粉煤灰加入水泥浆液后，随着粉煤灰掺量的增加，相当于降低了水泥熟料中C3S、C2S的含量，同时粉煤灰替代部分水泥，又为水化作用节约了一定的自由水；当水玻璃浆液在发挥促凝固化作用的时候，因水泥水化产物中氢氧化钙的量降低而受到一定抑制效果，所以随着粉煤灰掺量的增加就宏观上抑制了早期强度的增长，而且由于试样中注浆材料的均匀性问题导致了早期强度的波动.随着龄期的增长，水分的消耗与散失，后期固结体得到充足的发展，所以固结强度逐渐趋于稳定.