防冻型水泥基无收缩灌浆材料的实验研究

测试温度 流动度/mm
测试温度 流动度/mm
编号
编号
/℃
初始 30 min
/℃
初始 30 min
20
315 300
-5
329 280
1#
4#
-5
325 310
-10
335 290
20 2#
-5
320 285
20
5#
325 295
-5
310 270 330 285
20
322 280
-5
330 280
3#
表 2 负温抗压强度测试的预养与解冻时间
测试温度/℃
预养时间/h
解冻时间/h
-5
6
6
-10
5
6
依据 JC/T 986—2005《水泥基灌浆材料》对测试结果进行
检验，要求标准养护条件下初凝时间≥120 min；初始流动度
≥260 mm，30 min 流 动 度 保 留 值 ≥230 mm；1 d 抗 压 强 度
44.5 MPa，远远超过受冻的临界强度，可以满足低温（-5 ℃）下施工需要；7# 配比，同时添加 10 g 外加剂 2 和 20 g 增强剂后，在-10 ℃
环境下，初始流动度为 330 mm，3 d 强度达到 25.6 MPa，按冬季施工规定进行养护，注意施工后的保暖，在-10 ℃外界环境此配比能
2013．12
赵海洋：防冻型水泥基无收缩灌浆材料的实验研究
2.2 抗压强度 7 组灌浆料在标养和不同负温下的抗压强度见表 5，负温
条件下（-5 ℃）抗压强度随增强剂用量的变化见图 1，负温条 件下（-10 ℃）抗压强度随外加剂 2 用量的变化见图 2。
表 5 7 组灌浆料在标养和不同负温下的抗压强度
因此最近几年广泛用于设备基础钢结构基础等的二次灌浆及螺栓锚固等工程以及混凝土梁柱板墙的加固及混凝土空洞的补灌修复等水泥基灌浆材料中基本都含有膨胀成分特种水泥等材料在水化过程中会产生大量的水化热因此具备一定的抗低温性能并且灌浆料施工一般都是结构灌浆体积较大在反应中的水化热可以防止被冻因此在施工
中国科技核心期刊
测试温度
编号
/℃
1d
抗压强度/MPa
3d
7d
28 d
20 1#
-5
32.5
60.2
69.8
80.3
0
8.6
10.0
39.5
20 2#
-5
35.6
66.1
72.6
83.2
5.2
18.8
32.9
50.2
20 3#
-5
37.9
67.4
73.4
85.2
9.6
27.5
38.9
65.0
20
38.5
69.8
74.0
收稿日期：2013-06-08；修订日期：2013-07-22 作者简介：赵海洋，女，1978 年生，北京人，高级工程师，主要从事特种 工程材料和混凝土外加剂研究。
等工程以及混凝土梁、柱、板、墙的加固及混凝土空洞的补 灌、修复等[1]。
水泥基灌浆材料中基本都含有膨胀成分、特种水泥等材 料，在水化过程中会产生大量的水化热，因此，具备一定的抗 低温性能，并且灌浆料施工一般都是结构灌浆，体积较大，在 反应中的水化热可以防止被冻，因此，在 0~5 ℃温度下可以 施工。但是如果灌浆的体积太小或者太薄，水化热产生后马 上就散失了。同时对于北方寒冷地区，冬季施工会在负温下 进行，低温使水泥水化过程、水化放热和水泥强度增长非常 慢，特别是负温时显著减慢，在-10 ℃时混凝土强度增长普遍 非常慢，甚至为零。在这种环境下，即使对施工后的机体进行 保温防护，也满足不了施工和安装设备的要求。本文对灌浆 料的进一步抗低温性能进行试验研究，以期完全满足北方寒 冷地区冬季施工的需要。防冻型水泥基无收缩灌浆材料的设 计原理是调整灌浆料的凝结时间，加入特种材料增强剂、外加
凝结时间采用贯入阻力法按 GB/T 50080—2002《普通混 凝土拌合物性能试验方法标准》规定进行；流动度试验按照 GB 50119—2003《混凝土外加剂应用技术规范》附录 A 进行， 其中截锥形圆模尺寸为：高度（60±0.5）mm，上口内径（70± 0.5）mm，下口内径（100±0.5）mm，下口外径 120 mm；抗压强 度试验按 GB 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO 法）》 进行，但不振动，负温下抗压强度参照 JC 475—2004《混凝土 防冻剂》中负温试验要求进行。灌浆料在（20±3）℃环境下按 表 2 规定的时间预养后移入冰箱内并用塑料布覆盖试件，其 环境温度应于 3~4 h 内均匀地降至规定温度，养护至龄期（1 d 或 3 d）或 7 d 后（龄期大于 7 d 者）脱模，放置在（20±3）℃环 境温度下解冻，解冻时间按表 2 的规定，解冻后进行抗压强度 试验或转标准养护；竖向膨胀率按照 GB 50119—2003 附录 C 进行，将灌浆料倒入试模后 2 h 盖玻璃板安装千分表读初始 值。
够满足施工要求。
关键词：无收缩灌浆材料；外加剂；增强剂；负温；流动度；抗压强度
中图分类号：TU57+8
文献标识码：B
文章编号：1001-702X（2013）12-0005-03
Experimental study on the anti-freezing cement-based non-shrink grouting material ZHAO Haiyang
表 1 水泥的基本性能
比表面积 （/ m2/kg）
345
凝结时间/min 初凝 终凝 175 235
抗折强度/MPa
3 d 28 d
5.3
8.6
抗压强度/MPa 3 d 28 d 28.9 60.2
1.2 主要试验仪器设备 电动抗折试验机：型号 KZJ-600，沈阳合兴机械电子有限
公司生产；压力试验机：型号 YE-300KN，济南试验机厂生产； 砂浆搅拌机：型号 JJ-5，宁波泰富工贸有限公司生产；冰柜： 北京欧亚飞制冷设备厂生产。 1.3 试验方法
≥22.0 MPa，3 d 抗压强度≥40.0 MPa，28 d 抗压强度≥70.0
MPa；1 d 竖向膨胀率≥0.020%。
1.4 配合比设计
7 组灌浆料的水料比均为 0.15，具体配合比见表 3。
表 3 7 组灌浆料的配合比
g
编号 水泥 石英砂 膨胀剂 外加剂 1 外加剂 2 增强剂
1#
465
500
水泥基无收缩灌浆材料以水泥为基本材料，适量加入天 然高强骨料、多种混凝土外加剂等组成的干混材料，加水拌合 后具有高流动度、早强、高强、无收缩等特性。该灌浆料流动性 好，不泌水，能够自动填充所需灌注空隙；具有早强、高强性 能，可提高设备运行中的抗冲击性与抗振性；粘结强度高，无 收缩，具有微膨胀性能，可确保地脚螺栓和机座基础以及新老 混凝土的牢固结合；抗裂和抗渗性能显著，卓越的无收缩性能 可以保证大面积施工不出现裂缝；耐久性好，不老化，对钢筋 无锈蚀；含碱量低，可有效防止碱集料有害反应；因此，最近几 年广泛用于设备基础、钢结构基础等的二次灌浆及螺栓锚固
6#
-5
328
20
310 265 7#
-10
330 280
根据灌浆材料的施工工艺，流动性是评价其质量高低的 重要指标。流动度大，就能完全填充灌注空间，实现自流平和 自密实。由表 4 可知，在标准养护条件下和负温条件下，初始 流动度最大为 335 mm，最小为 310 mm，30 min 后流动度最大 为 310 mm，最小为 265 mm，均符合 JC/T 986—2005 要求。随 着温度的降低，灌浆料水化过程、水化放热和水泥强度增长非 常慢，所以同一配比在降温过程中流动度有所增加。如 1# 配 比，负温下流动度比标养条件下增大 10 mm。
35
8
2#
465
500
35
8
3#
465
500
35
8
4#
465
500
35
8
5#
465
500
35
8
6#
465
500
35
8
7#
465
500
35
8
0
0
0
5
0
10
0
20
5
10
5
20
10
20
2 结果与讨论
2.1 流动性 7 组灌浆料在标养和不同负温下的流动度见表 4。
表 4 7 组灌浆料在标养和不同负温下的流动度
在相同温度下，随着增强剂用量从 0 增加至 20 g，初始流 动度没有明显变化，但是 30 min 流动度明显减小，损失增大。 由此看出，在灌浆料中增加增强剂的比例，流动度损失随之增 大。根据 4#～7# 配比测试结果，在正温和负温下增大外加剂 2 的用量，流动度没有明显变化。
· 6 · 新型建筑材料
防冻型水泥基无收缩灌浆材料的实验研究
赵海洋
（中国建筑材料科学研究总院 中建材中岩科技有限公司，北京 100024）
摘要：通过在普通水泥基无收缩灌浆材料中设计添加特种材料、外加剂等制备了防冻型水泥基灌浆材料，研究了其在低温环
境下的新拌性能和力学性能。结果表明，4# 配比，通过添加 20 g 增强剂后，在-5 ℃环境下，初始流动度为 329 mm，3 d 早期强度达到
（China Building Materials Academy CNBM Zhongyan Technology Co. Ltd.，Beijing 100024，China） Abstract：In this paper，through adding special materials and admixtures to the ordinary cement-based non-shrink grouting materials，anti-freezing cement-based grouting material is prepared. The author studies the changes of fresh properties（fluidity etc.） and of mechanical properties of antifreeze cementitious grout under the low temperature. In this experimental ratio 4 ，enhanced by the addition of reinforcing agent 20 grams，at -5 ℃ environment，initial fluidity is 329 mm，the 3 days early strength reaches 44.5 MPa，far beyond the critical frozen strength，can meet the construction requirement under low temperature （-5 ℃）；in experimental ratio 7，while adding 10 grams of admixture 2，20 grams of reinforcing agent，at -10 ℃ environment，the initial fluidity is 330 mm， 3 days strength reaches 25.6 MPa. If curing according to the winter construction regulations，pay attention to the thermal insulation after construction，this ratio can meet the construction requirements under -10 ℃ environment. Key words：non-shrink grouting materials；admixtures；reinforcing agents；negative temperature；fluidity；compression strength
85.9
4#
-5
11.2
44.5
47.5
69.5
-10
2.3
8.9
12.2
32.0
20 5#
-5
42.7
55.6
61.2
78.6
11.2
32.4
42.6
63.5
-5 6#
-10
13.3
34.0
45.0
64.0
4.3
13.0
23.2
50.2
7#
-10
13.2
25.6
36.0
57.9
图 1 负温条件下（-5 ℃）抗压强度随增强剂用量的变化
NEW BUILDING MATERIALS
·5·
赵海洋：防冻型水泥基无收缩灌浆材料的实验研究
剂等促进水泥低温和负温水泥水化过程，保证强度的增长。
1试验
1.1 原材料 水泥：唐山冀东水泥股份公司生产的 P·O42.5 水泥，基本
性能见表 1；石英砂：河北省灵寿县永兴矿产建材加工厂生 产，2~15 目、15~30 目、30~50 目 3 种粒径按照一定比例配制 而成；膨胀剂：中建材中岩科技有限公司生产的硫铝酸钙类ZY 混凝土膨胀剂；外加剂 1：由萘系减水组分、消泡组分按照适 当比例复配制成；外加剂 2：由防冻组分、早强组分、缓凝组分 等按照适当比例复配制成；增强剂：特种水泥复合制成的功能 材料。