高强水泥基灌浆料抗冻融性能试验研究

时间：2024-09-28

任慧超，白体新，孟志远，王品，姚小聪，张帅坤

（1. 中国建筑第五工程局有限公司河南公司，河南郑州 450009；2. 建筑材料工业技术情报研究所，北京 100024）

0 引言

水泥基灌浆料通常以水泥、掺合料、外加剂及部分细骨料为原料，经配制而成具有合理级配的干混料，加水后强度发展快，具有微膨胀和不泌水等良好性能。

水泥基灌浆料常用于混凝土结构裂缝修补、装配式建筑套筒灌浆、高铁支座灌浆等。然而在北方严寒地区，昼夜温差大，常规灌浆料在使用过程中易出现强度发展慢、耐久性差等不良现象。

丁庆军[1]采用快硬硫铝酸盐水泥，加入一定掺量的缓凝剂、高效减水剂、抗水分散剂及早强剂，大大提高了水泥基灌浆料的力学性能及耐久性能，并配制出具有早强、微膨胀等性能良好的水泥基灌浆料；柯杨[2]等人利用制备超高性能混凝土理论与中心质假说，提炼出适用于高性能水泥基灌浆料配比的设计思路；高奎昱[3]以低碱硫铝酸盐水泥为基础，通过外加剂组分及掺量的合理优化，研制出工作性能良好的超早强支座砂浆灌浆材料，并总结出石膏对支座灌浆材料流动度、强度等性能的影响规律。

本次试验结合正交试验来选取材料配合比的方式，通过研究水泥基灌浆料的力学及抗冻融性能，制备出一种适用于北方严寒地区的水泥基灌浆料。

1 试验方案

1.1 试验原材料

水泥：海螺 P·O42.5 水泥。粉煤灰：某电厂Ⅱ级粉煤灰，烧失量为 3.9%，需水比 97%。细集料：细度模数 2.1 的Ⅱ区细砂，筛去 2.5mm 以上颗粒。膨胀剂：UEA 高效混凝土膨胀剂。减水剂：聚羧酸高效减水剂，固含量 21%。水：自来水。

1.2 正交试验

此次试验为探讨水胶比、粉煤灰掺量、减水剂含量以及胶砂比对水泥基灌浆料抗压强度的影响，拟采用 3个水平位级，各水平位级和试验设计方案[4]如表 1、2所示。

表 1 正交试验设计方案

表 2 正交表格

2 试验内容

2.1 流动性试验

灌浆料流动度试验依据 GB/T 2419—2005《水泥胶砂流动度测定方法》[5]进行。

2.2 抗折、抗压强度试验

抗折、抗压强度试验、结果计算及评定方式参照GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法》[6]。

2.3 抗冻融循环试验

水泥基灌浆料抗冻融循环试验以正交试验分析得出的最优位级组合作为试验配合比。

（1）试验依据

灌浆料抗冻融循环试验参照 GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》[7]。

（2）试验设备

动弹模测定仪：DT-2 型数字试动弹性测定仪。

抗冻融循环试验机：HDK-9 型全自动快速冻融循环试验机。

电子秤：量程 15kg，精确度 0.1g。

（3）试件尺寸

制作 100mm×100mm×400mm 棱柱体试块四个，一个为测温试件。

3 试验结果、分析

3.1 流动度试验

水泥基灌浆料各配比组流动度试验结果见表 3。

表 3 流动度测试指标 mm

从表 3 可以看出，各配比组流动度结果均在300mm 以上，引入聚羧酸高效减水剂及粉煤灰后，大大提高了灌浆料的流动性。

3.2 抗折、抗压强度试验

试件达到相应龄期时从养护室取出，进行抗折、抗压强度测试，试验结果见表 4，极差分析分别见表 5 和表 6。

（1）由表 5 极差分析可以看出不同因素影响灌浆料抗折强度的程度：3d 时，粉煤灰掺量＞减水剂含量＞胶砂比＞水胶比；7d 时，水胶比＞胶砂比＞减水剂含量＞粉煤灰掺量；28d 时，粉煤灰掺量＞水胶比＞胶砂比＞减水剂含量。

（2）从表 6 可知，不同龄期四种影响因素的影响程度为：3d、7d 时，粉煤灰掺量＞胶砂比＞水胶比＞减水剂含量；28d 时，胶砂比＞粉煤灰掺量＞减水剂含量＞水胶比。

表 4 灌浆料各龄期抗折、抗压强度试验结果

（3）对表 5 抗折强度极差分析，可将同一因素三个水平位级最大值作为最优水平；各掺合料不同龄期最优水平分别为：3d，水胶比 0.36、粉煤灰掺量 10%、减水剂含量 1.4%、胶砂比 1:1.0；7d，水胶比 0.35、粉煤灰掺量 10%、减水剂含量 1.4%、胶砂比 1:1.2；28d，水胶比 0.35、粉煤灰掺量 15%、减水剂含量1.2%、胶砂比 1:1.2。

（4）对表 6 抗压强度极差分析，各掺合料不同龄期最优水平分别为：3d，水胶比 0.35、粉煤灰掺量 10%、减水剂含量 1.2%、胶砂比 1:1.0；7d，水胶比 0.35、粉煤灰掺量 10%、减水剂含量 1.3%、胶砂比1:1.0；28d，水胶比 0.35、粉煤灰掺量 15%、减水剂含量 1.3%、胶砂比 1:1.2。