殷璐，侯維紅，吳文選，黎超，葉顯

（武漢源錦建材科技有限公司，湖北 武漢 430083）

0 引言

微膨脹注漿料是以普通硅酸鹽水泥、超細(xì)摻和料、聚羧酸減水劑、微膨脹劑及骨料等為主要成分，經(jīng)均勻復(fù)合而成，具有良好的流動(dòng)性和可泵送性，漿體勻質(zhì)性好，且早期體積微膨脹與襯砌混凝土具有良好的結(jié)合性能，保證了隧道初期支護(hù)與二次襯砌之間的密實(shí)填充[1]。主要適用于新建隧道襯砌背后脫空，襯砌厚度不足部位的處理。通過在襯砌背后進(jìn)行充填壓漿，不僅可以充填由于混凝土澆筑不飽滿形成的空腔，使初期支護(hù)和二次襯砌密貼共同受力，而且可以填塞由于混凝土不密實(shí)或開裂形成的縫隙，封堵地下水而起到防水作用[2-3]。為滿足施工，要求微膨脹注漿料在90min后仍具有高流態(tài)，又要求試件養(yǎng)護(hù)至12 h能夠有初期力學(xué)強(qiáng)度，與混凝土強(qiáng)度發(fā)展相匹配。因此，選擇合適的早強(qiáng)劑對(duì)材料的應(yīng)用效果至關(guān)重要。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

水泥：武漢華新P·O52.5水泥，主要性能指標(biāo)如表1所示。河砂：特細(xì)砂，連續(xù)級(jí)配，細(xì)度模數(shù)0.85。早強(qiáng)劑：甲酸鈣，市售，工業(yè)級(jí)，相對(duì)密度2.023（20℃），純度≥98.0%；硫酸鈉及硅酸鈉：市售，化學(xué)純。微珠粉：深圳道特科技有限公司生產(chǎn)，堆積密度≥700kg/m3，SiO2含量≥50%。減水劑：江蘇兆佳建材科技有限公司生產(chǎn)的ZJ-PC8010型聚羧酸高效減水劑，減水率25%。消泡劑：江蘇兆佳建材科技有限公司生產(chǎn)的D130型有機(jī)硅類消泡劑，有效固含量≥98%。膨脹劑：武漢善達(dá)化工有限公司生產(chǎn)的AC7000塑性膨脹劑，純度≥97.0%。

表1 水泥的主要性能指標(biāo)

1.2 試驗(yàn)方法

參照GB/T17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》進(jìn)行試驗(yàn)、成型及養(yǎng)護(hù)，并測(cè)試其抗壓、抗折強(qiáng)度。微膨脹注漿料的基準(zhǔn)配合比見表2，固定水料比為0.2。

表2 微膨脹注漿料的基準(zhǔn)配合比 %

2 結(jié)果與分析

2.1 早強(qiáng)劑種類對(duì)微膨脹注漿料早期力學(xué)性能的影響

固定早強(qiáng)劑摻量（按占注漿料質(zhì)量計(jì)）為0.4%，早強(qiáng)劑種類對(duì)微膨脹注漿料12 h、1 d、3 d、7 d力學(xué)性能的影響見表3。

表3 早強(qiáng)劑種類對(duì)微膨脹注漿料早期力學(xué)性能的影響

由表3可知，摻甲酸鈣和硅酸鈉的注漿料12h均無強(qiáng)度，同摻量下只有硫酸鈉對(duì)注漿料12h強(qiáng)度有顯著提高。摻3種早強(qiáng)劑的微膨脹注漿料在3d內(nèi)抗壓強(qiáng)度均快速增長，3～7d抗壓強(qiáng)度增長趨于平緩，并且同摻量下硫酸鈉組各齡期強(qiáng)度均略高于其它2組，而硅酸鈉對(duì)注漿料早期抗壓強(qiáng)度貢獻(xiàn)最小。3種早強(qiáng)劑對(duì)注漿料早期抗折強(qiáng)度的影響規(guī)律與對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律一致。

隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長，摻3種早強(qiáng)劑的微膨脹注漿料折壓比均逐漸降低，說明養(yǎng)護(hù)齡期越長，注漿料的韌性越小。養(yǎng)護(hù)齡期為1d時(shí)，摻硫酸鈉的注漿料折壓比最小。而隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長，硫酸鈉組注漿料折壓比下降幅度較小，因而3d和7d其折壓比要略高于甲酸鈣組和硅酸鈉組。

由此可知，早強(qiáng)劑種類對(duì)微膨脹注漿料的早期力學(xué)強(qiáng)度具有明顯影響，且硫酸鈉能夠顯著提高微膨脹注漿料的力學(xué)強(qiáng)度，甲酸鈣次之，而硅酸鈉對(duì)微膨脹注漿料的早期強(qiáng)度影響不大。這主要是因?yàn)榱蛩徕c是強(qiáng)電解質(zhì)，能夠增加漿體中離子濃度。在水泥基體系中摻入硫酸鈉，其首先與水化產(chǎn)物氫氧化鈣反應(yīng)生成硫酸鈣和氫氧化鈉，又因硫酸鈣粒徑較小，可與鋁酸三鈣迅速發(fā)生進(jìn)一步反應(yīng)生成水化硫鋁酸鈣晶體，同時(shí)氫氧化鈉可以使水泥基體系中堿性增大，使鋁酸三鈣和石膏的溶解度增大，進(jìn)而提高體系中硫鋁酸鈣的數(shù)量[4-5]。

2.2 早強(qiáng)劑摻量對(duì)微膨脹注漿料早期力學(xué)性能的影響

由上述試驗(yàn)可知，硫酸鈉能夠顯著提高微膨脹注漿料的早期力學(xué)強(qiáng)度。因此，主要考察硫酸鈉作為早強(qiáng)劑對(duì)微膨脹注漿料早期力學(xué)強(qiáng)度的影響，設(shè)計(jì)硫酸鈉摻量分別為注漿料質(zhì)量的0.2%、0.4%、0.6%、0.8%，對(duì)微膨脹注漿料早期力學(xué)性能的影響見表4。

表4 早強(qiáng)劑摻量對(duì)微膨脹注漿料早期力學(xué)性能的影響

由表4可知：

（1）隨著硫酸鈉摻量的增加，微膨脹注漿料各齡期抗壓強(qiáng)度及抗折強(qiáng)度均呈現(xiàn)逐漸提高的趨勢(shì)。硫酸鈉摻量由0.2%增大到0.4%時(shí)，注漿料的12h和1d抗壓強(qiáng)度均有明顯提高。但隨著硫酸鈉摻量提高到0.4%～0.8%，注漿料早期抗壓強(qiáng)度的增長趨于平緩。

（2）硫酸鈉摻量的提高對(duì)注漿料抗折強(qiáng)度的影響規(guī)律與對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律一致。

（3）隨硫酸鈉摻量的增加，注漿料的折壓比逐漸減小，說明硫酸鈉的摻入使注漿料的脆性增大。當(dāng)硫酸鈉摻量低于0.6%時(shí)，隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長，其摻量越大，注漿料折壓比減小幅度越小。

這是因?yàn)椋蛩徕c的摻入及摻量的增加，導(dǎo)致微膨脹注漿料體系內(nèi)部早期水化產(chǎn)物生成速率較快，使水化產(chǎn)物相互搭接和聯(lián)結(jié)成水泥石結(jié)構(gòu)分布不均勻，從而影響注漿料的力學(xué)強(qiáng)度發(fā)展[6]。因此，選取硫酸鈉作為早強(qiáng)劑時(shí)，當(dāng)硫酸鈉摻量高于0.4%時(shí)，摻量的增大對(duì)于注漿料早期強(qiáng)度的提高不明顯。

3 結(jié)論

（1）在相同摻量的條件下，相對(duì)于甲酸鈣和硅酸鈉，硫酸鈉能夠明顯提高微膨脹注漿料的力學(xué)強(qiáng)度，尤其對(duì)注漿料12h力學(xué)強(qiáng)度影響顯著，抗壓強(qiáng)度為4.6MPa，抗折強(qiáng)度為1.7MPa。

（2）隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長，摻3種早強(qiáng)劑的注漿料折壓比均逐漸減小，導(dǎo)致材料韌性逐漸變小。

（3）隨硫酸鈉摻量的增加，微膨脹注漿料的早期力學(xué)強(qiáng)度呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢(shì)，當(dāng)硫酸鈉摻量為0.8%時(shí)，微膨脹注漿料力學(xué)強(qiáng)度達(dá)到最大。

（4）隨硫酸鈉摻量的增加，注漿料的折壓比逐漸減小，其脆性增大。