增稠剂对水泥基注浆材料工作性能及力学性能影响

2020-01-15刘凯马麒周莹周霄骋刘光严

建材发展导向 2019年24期

刘凯，马麒，周莹，周霄骋，刘光严

（1、江苏苏博特新材料股份有限公司高性能土木工程材料国家重点实验室江苏南京 2111032、江苏省建筑科学研究院有限公司江苏南京 211003）

0 引言

注浆材料是一种在裂隙和孔隙中起充填和固结作用的物质，广泛应用于地下防水工程及预加固处理、软土地基加固、各类建筑物结构缺陷的修复纠偏等领域。尽管水泥基注浆具有高流动性、凝结时间可调、适应性强等优点，但是存在浆液稳定性较差、容易出现泌水现象，严重影响了水泥基注浆材料的应用[1-3]。

增稠剂作为一种流变助剂，加入水泥基注浆材料后能调节流变性，赋予水泥基注浆材料优异的机械性能和储存稳定性，降低注浆材料泌水的可能性[4-5]。注浆材料中增稠剂的选择和掺量需要慎重考虑，因为直接影响注浆材料的工作性及力学性能。选取了SMP、A155G 和S150 3 种增稠剂，并探究了其对水泥基注浆材料工作性和力学性能的影响。

1 试验

1.1 原材料

水泥：海螺P·O42.5 级水泥，其基本物理性能见表1；粉煤灰：Ⅱ级，烧失量为1.10%，需水量比为98%；石膏：二水石膏。水泥和粉煤灰化学成份见表2.

1.2 试验方法

1.2.1 截锥流动度和流锥流动度

截锥流动度和流锥流动度试验按照GB/T50448-2015《水泥基灌浆材料应用技术规范》进行，其中截锥形圆模满足国标《水泥胶砂流动度测定方法》GB/T2419 的规定，流锥流动度测定仪尺寸符合行业标准《铁道后张预应力混凝土梁管道压浆技术条件》TB/T3192 的规定。

1.2.2 凝结时间

凝结时间按照GB/T1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》中的凝结时间测定方法进行。

1.2.3 抗压强度

强度试验按照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法》中规定进行。

表1 水泥的物理性能

表2 水泥、粉煤灰的化学组成表

2 结果与讨论

2.1 增稠剂对注浆工作性能影响

图1 反映了增稠剂SMP、A155G 和S150 对新拌注浆流动度的影响。从图1 中可以得出掺量为0.1%时，掺有3 种增稠剂的注浆均出现流动度损失，其中A155G 造成流动度损失最严重，损失率达25.0%；掺量为0.2%曲线表明增稠剂在此掺量下，新拌注浆流动度依旧出现损失，与SMP 和S150 相比，A155G 在此掺量下对流动度影响最小，流动度相比对照组降低程度为8.1%；在0.3%掺量时，SMP 和S150 造成流动度损失幅度达41.2%以上，而A155G 的掺入则改善了注浆的流动度，截锥流动度增长了1.6%。

图2 反映了SMP、A155G 和S150 在不同掺量下对新拌注浆流动度的影响曲线。从图2 中可以得出，掺有SMP 和S150 的新拌注浆的流动度和掺量呈反比例关系，掺量越高，流动度损失越大；A155G 掺量的增加，新拌注浆流动度变化呈增大趋势，流动度与掺量呈线性关系，在掺量为0.3%时效果较好。

图3 反应了增稠剂SMP、A155G 和S150 对注浆流锥流动度的影响规律曲线。从图3 中可以得出，对比对照组，3 种增稠剂的掺入均增大了注浆的流锥流动度，其中，随着SMP 和S150 掺量的增加，注浆流锥流动度呈上升趋势，掺量0.3%时增长幅度达76.9%和138%；掺有A155G 的注浆流锥流动度随着掺量的增加逐渐降低，在掺量为0.3%时最为接近对照组，变化规律与截锥流动度的变化规律相符。

图3 增稠剂对注浆流锥流动度影响

综上所述，SMP 和S150 在不同掺量下对注浆流动度均存在负面影响，造成这种现象的原因是因为增稠剂吸附和固定了部分拌合水，增加了粘度，进而造成流动度损失，而A155G 在掺量为0.3%对新拌注浆流动度影响最小，是因为此时的注浆流动性和黏度达到了相对平衡，表明A155G适宜掺量为0.3%。

2.2 不同增稠剂对注浆凝结时间影响

图4 反映了增稠剂的掺量变化对注浆初凝时间影响曲线。从图4 中可以得出，对比对照组，3种增稠剂的掺入均加速了注浆液的凝结，其中掺有A155G 和S150 的注浆初凝时间随掺量增加呈现先降低再增加的趋势，在掺量为0.2%时，对注浆凝结的加速作用最明显，初凝时间分别减少18.5%和14.8%，而SMP 则在0.1%和0.3%掺量时，注浆初凝时间最短。

图5 反映了增稠剂掺量对注浆终凝时间影响曲线。从图5 中可以得出，SMP、A155G 和S150的掺入均加速了注浆液的凝结，终凝时间随着掺量的增加呈现减小趋势，在0.3%掺量时终凝时间达到最低，减少率达16.0%及以上。此外，对比三种增稠剂，S150 在全掺量范围内始终保持较短的终凝时间，表明在凝结时间方面，S150 具有较好的加速凝结作用。

综上所述，增稠剂SMP、A155G 和S150 的掺入均加速了注浆的凝结，原因是增稠剂掺入后吸附和固化部分自由水，实际水灰比降低，凝结时间提前。

图4 增稠剂的掺量对注浆初凝时间影响

图5 增稠剂掺量对注浆终凝时间影响

2.3 不同增稠剂对注浆力学性能影响

图6~8 分别反映了增稠剂SMP、A155G、S150 在不同掺量下对注浆1d、3d、28d 抗压强度的影响。从图6 中可以得出，SMP 的掺入促进了注浆强度的发展，在1d 和3d 龄期时，掺量增加对抗压强度影响不明显。SMP 掺量为0.2%时的注浆在28d 龄期表现出较大的强度增长幅度，增幅为34.2%。从图7 中可以得出，掺有A155G 的注浆强度随着A155G 掺量的增加呈上升趋势，掺量在0.3%时，28d 强度增长36.1%。从图8 中可以得出，相比于对照组，S150 的掺入不影响注浆强度的发展。

图9~图11 反映了不同掺量下SMP、A155G和S150 对注浆抗压强度的影响。对比3 种增稠剂对注浆强度影响规律，从图9 中可以得出，同掺量下，SMP 和S150 在1d 和3d 龄期对注浆强度促进作用优于A155G，28d 龄期时A155G 性能最优；从图10 中可以得出，SMP 在掺量为0.2%时，全龄期内表现出优异的强度促进作用优于A155G 和S150；从图11 中可以得出，掺量为0.3%时，A155G 性能表现优于SMP 和S150。

综上所述，对比SMP、A155G 和S150 对注浆强度的影响，SMP 的适宜掺量为0.2%，A155G 则在掺量为0.3%时表现出较好的促进强度发展的作用，适宜掺量为0.3%。