超细高性能灌浆水泥的性能及其微观结构研究_管学茂

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管学茂 G 等 J 超细高性能灌浆水泥的性能及其微观结构研究
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$%&’( 材料的物理力学性能 强度与变形能力是灌浆材料的重要性能， 本文对
)* )+,-*
表 7 的结果表明 )+,-* 抗淡水侵蚀和抗硫酸 盐侵蚀的能力显著高于纯超细水泥，其主要原因是 )+,-* 中掺入的超细活性改性材料的二次水化作用 使水泥石的结构更密实，低碱水化物数量增多，氢氧 化钙的数量减少， 因此其抗侵蚀能力增强。
图! 抗弯强度与弯曲变形的关系
同时还对纯超细水泥和 )+,-* 进行室内溶蚀 试验，水灰比为 #% ( 的试样水化 "54 后破碎进行试 验， 不同溶蚀期内 *:I 的累计溶出率如表 ( 所示。从 表 ( 可以看出 )+,-* 水泥石的 *:I 溶出率比 )* 的减小了 ""% 39 。 这进一步说明 )+,-* 灌浆材料有 较好的抗侵蚀能力。
"54 抗渗强度 / ),: D $% # D $% # D $% # D $% # D $% # D $% # 注： 试验时水灰比 #% ( ， 气温为 @ !# E " C F G 水温为 !#F 。
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$%&’( 材料的抗侵蚀性能 水泥石的抗淡水侵蚀和硫酸盐侵蚀的测试结果
材料
如表 7 所示， 抗蚀系数以侵蚀环境养护和标准条件下 （"54） 养护相同龄期 时， 其抗压强度之比表示， 即抗蚀 系数 ! H " 侵 / " 标 。
基金项目： 河南省自然科学基金资助项目 1 "!!!"."/"" 5
制备 +234) 的主要材料组成及其粒径分布分 别如表 ! 和表 # 所示。
表0
材料
制备 12345 的主要材料的化学组成
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水泥石的结构与组成 通过对 +-./) 材料的研究表明，该材料强度
材料
高、 抗侵蚀性能强和流动性能好， 为弄清其作用机理， 采用扫描电镜 0 1*+ 2 、热重 3 差式扫描量热 0 ,/ 3 能量色散 5 射线分析 0 *456 2 对水泥石的结构 41) 2 、 与组成进行了研究。+) 和 +-./) 试样 1*+ 照片分 别如图 $ 和图 7 所示， 图 $ 表明 +) 水化 $8 在全视域 范围可以观察到较多的 )- 晶体， ) 3 1 3 - 凝胶体也 大量生存，形成了较密实的网络结构，因此其早期强 度高，随着水化龄期的延长，)- 和 ) 3 1 3 - 凝胶逐 渐增多，结构也越来越变得密实。图 7 表明 +-./) 水化 $8 可以在全视域普遍看到针状 69:，它们相互 交叉形成空间网状结构， 随着水化的进行粉煤灰和水 化产物逐渐填充其中，结构逐渐变得致密，在水化后 期，69: 被水化产物包裹，形成类似于纤维增强复合 材料的致密结构， 这就是 +-./) 强度高的原因。
表*
低速搅拌时间对 $%&’( 浆材性能影响
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搅拌时间 / ;=>
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比研究了 )* 和 )+,-* 材料的应力应变关系，按 -. / 0 !1(1! 2 !333 标准成型，养护 $4 和 "54，采用 6)0 2 !7#!$ 型力学性能自动检测仪分别测试其抗 压强度、抗弯强度与变形的关系，测试结果如表 $ 和 图 ! 8 图 " 所示。 测试结果表明 )+,-* 砂浆 $4 的抗 弯强度是 )* 的 !% 5 倍，"54 的抗弯强度和变形能力 是 )* 的 " 倍； )+,-* 砂浆 $4 和 "54 的抗压强度也 高于超细水泥砂浆， 变形能力增加了 7#9 。
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水泥 )*+*&,
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表水泥浆体 .% / 0*& 热分析数据
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"#$%& 材料的微观研究
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引言
灌浆技术是指通过一定的压力将具有胶凝性能
本。
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06 0
12345 材料的性能研究
试验原材料
的材料注入结构物和地基的缝隙中， 改善被灌体力学 性能、 防渗性能及满足其它功能的一种技术， 广泛应 用于水电、 建筑、 地下工程、 交通及铁道工程等行业。 由于普通水泥的粒径较大， 难以灌入较小间隙的土体 或微裂隙的岩体中； 而化学灌浆材料又会造成严重污 染。因此， 人们又开始把目标转到硅酸盐水泥的开发 （ +GFA’ 7 BGE? F?C?E:I 简称 +)） 利用上。 超细水泥 作为 灌浆材料可以渗透到微细裂隙， 其渗透性几乎可以与 化学浆材媲美， 而且对环境无污染， 但其流变性能差， 抗侵蚀能力弱， 严重妨碍了它的应用与发展。 作者研究开发的超细高性能灌浆水泥 1 +GFA’ 7 BGE? >GH> @?AB’ACDEF? HA’;:GEH F?C?E:I 简称 +234) 5 充分发挥以粉煤灰为主的复合改性材料 1 占 ./6 以 上 5 的超叠加减水效应， 提高超细水泥的流变性能； 通 过适当增加钙矾石的含量、 降低氢氧化钙的含量， 合 理利用超细水泥和粉煤灰复合改性材料的次第水化 特性，提高 +234) 材料的强度和耐久性，降低成
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水泥 )*+*&,
#"来自百度文库$% &’% (
超细高性能灌浆水泥的性能及其微观结构研究
管学茂 ! ， 胡曙光 # ， 丁庆军 #
（!- 焦作工学院， 河南 焦作 湖北 武汉 ./.""" ； #- 武汉理工大学， .$""0" ）
摘要： 以超细水泥、 级粉煤灰、 磨细矿渣及含铝质增强组分制备了超细高性能灌浆水泥 1 简称 +234) 5 ， 其中以粉煤 ! 研究结果表明强度、 变形能力、 流变性 灰为主的多组分复合改性材料占 ./6 以上。研究了该材料的性能及微观结构， 能和抗侵蚀能力均有提高； 水泥石中的 )2 含量低且随水化龄期的增加而减少， ) 7 8 7 2 的钙硅比低， +234) 水化早 期生成的钙矾石形成空间网络结构， 水泥的其它水化物填充于网络中， 随着水化的进行结构逐渐变得密实； 该材料与 岩石界面粘结紧密， 在界面区 )2 的择优取向小。 关键词：超细水泥； 高性能水泥； 灌浆水泥； 微观结构 !"#$%&’$( ,’ 9:;<= :>? @?AB’ACDEF? DE< CGFA’9:A;F:;A? ’B CGFA’ 7 BGE? >GH> @?AB’ACDEF? HA’;:GEH F?C?E: 1 !""#% +234) 5 I J>GF> G9 @A?@DA?< K= CGFA’ 7 BGE? F?C?E:I FLD99 M BL= D9>I HA’;E< 9LDHI A?GEB’AF?< F’C@’E?E: F’E:DGEGEH DL;CGE;C DE< G: G9 F’CN @’9?< ’B C;L:GF’C@’E?E: C’<GBGFD:G’E F’C@’9G:?I BL= D9> G9 GE @A’@’A:G’E :’ C’A? :>DE ./ @?AF?E:% ,>? A?9;L: 9>’J9 :>D: G:9 9:A?EH:>I <?B’ACDKGLG:=I A>?’L’HGFDL @A’@?A DE< F’AAD9G’E A?9G9:DEF? >DO? K??E GC@A’O?<P ,>? F’E:?E: ’B )2 GE F?C?E: @D9:? G9 L’J DE< A?<;F?< D9 DQ;D:G’E DH? GEFA?D9GEHI )D R 8G ’B ) 7 8 7 2 G9 L’JI ?DAL= GE :>? DQ;D:G’E DH? ’B +234)I :>? ST: B’AC9 9@DF? E?:J’AU 9:A;F:;A?I DE< ’:>?A >=<AD:?9 ’B F?C?E: BGLL GE G: I K?GEH F’C@DF: JG:> :>? @A’F?99 ’B DQ;D:G’EP +234) CD:?AGDL9 9:GFU :’ A’FU GE:?ABDF? J>?A? :>? @A?B?AA?< ’AG?E:D:G’E G9 9CDLL% )*+ ,-%.#( CGFA’ 7 BGE? F?C?E:P >GH> @?AB’ACDEF? F?C?E:P HA’;:GEH F?C?E:P CGFA’9:A;F:;A? 中图分类号： ,V!0#- 0./ 文献标识码： S 文章编号： !""# 7 WX00 1 #""$ 5 "( 7 """!" 7 ".
表+
材料
)+,-* $1% 7 (!% 3 )* $7% " 75% 1
抗侵蚀的试验结果
淡水侵蚀 硫酸盐侵蚀 标养强度 / ),: 强度 / ),: 抗蚀系数 ! 强度 / ),: 抗蚀系数 ! 5"% 1 5$% ! 11% ( 5"% 3 #% 3$5 #% 335 ((% 3 5!% " #% 5#3 #% 311
9
)+,-* 1% <" 3% "3 !#% (" !!% (5 !"% 7( !$% ((
图#
抗压强度与垂直变形的关系
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$%&’( 浆体的性能研究 )+,-* 材料的流变性能及其它性能如表 < 所
示，)+,-* 浆材在水灰比 #% ( 时就具有较好的流动 性， 搅拌 !5#;=> 其浆液的漏斗粘度仍然小于 $#?， 结 石的 "54 抗压强度均接近于 $#),:， 且结石的抗渗性 能都在 $),: 以上。
6
超细水泥 1 +) 5 #!% 00 (#% (" /% $W 石膏 1 4 5 (% WW #X% (! #% (0
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级粉煤灰 1 TS 5 /"% "" .% W! $#% X/ .% #! ! 矿渣 1 [T8 5 $$% .W $.% X. !/% (! "% 0.
表(
溶蚀时间 / 4
不同溶蚀期内 *:I 的累计溶出率
)* !% !7 "% #< "% 35 $% 51 <% 73 7% <5 (% 5$ )+,-* 溶蚀时间 / 4 !% "! "% !5 $% #5 $% 55 <% 77 7% "< (% << "5 (# 3# !"# !7# !5# )* 5% !3 !#% 1( !"% 5$ !<% 7! !7% 3( !1% 1"
表) $%&’( 材料的胶砂强度和变形量
抗压强度 抗弯强度 "54 抗压强度对应 / ),: / ),: "54 抗弯强度对应 的变形量 / ;; 的变形量 / ;; $4 "54 $4 "54 #% (! #% <# $% " 7% " !% 1( "% ( #% #(5 #% #$$
浆材密度 / @ A / B; C !% (<7 !% (7# !% (7# !% (7# !% (7# !% (7# 浆材粘度 / ? 浆材析水率 / 9 14 抗压强度 / ),: "54 抗压强度 / ),: "<% ! #% ( !(% 7 "3% $ "<% 1 #% ( !(% 5 "3% " "7% # #% 75 !1% # "5% ! "1% " #% 77 !1% $ "3% 1 "3% ! #% < !1% 5 $#% " $<% 5 #% < !5% ! "5% #
表7
粒径 R "C +) TS [T8 +234) \!
制备 12345 的主要材料的粒径分布
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6
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