【水泥人網(wǎng)】摘要:水泥作為灌漿材料具有強(qiáng)度高，耐久性好，無(wú)毒，無(wú)味，材料來源方便，價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，一般灌漿多采用普通水泥。但普通水泥粒徑較大，粗顆粒多，最大粒徑可達(dá)90～100μm。水灰比較大時(shí)，漿液的穩(wěn)定性差，易析水回濃，不能有效灌入細(xì)微裂隙；且硬化時(shí)伴有析水，固相體積收縮，使硬化結(jié)石與被灌基體的粘結(jié)強(qiáng)度降低，形成新的滲水通道。特別是針對(duì)基體細(xì)微裂隙的灌漿，普通水泥已難以滿足工程要求，于是一種新型的灌漿材料——超細(xì)水泥便應(yīng)運(yùn)而生了。自從80年代初日本研制成功MC—500型超細(xì)水泥以來，由于其漿液穩(wěn)定性好，流動(dòng)性比普通水泥有顯著改善，并在固結(jié)時(shí)很少析水或不析水，具有良好的防滲固結(jié)效果，達(dá)到和化學(xué)漿液相似的可灌性，其結(jié)石強(qiáng)度大大高于化學(xué)漿材，無(wú)污染，不老化，價(jià)格低廉，因而一出現(xiàn)便在許多國(guó)家得到了廣泛的應(yīng)用〔1～4〕。本文即介紹了超細(xì)水泥作為灌漿材料在國(guó)內(nèi)外的一些發(fā)展現(xiàn)狀，并對(duì)其使用過程作了一些分析。
目前，關(guān)于超細(xì)水泥還沒有一個(gè)統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，較多的是以其粒徑大小來定義的。
一般認(rèn)為，作為超細(xì)水泥其最大粒徑應(yīng)小于20μm，分割粒徑應(yīng)小于5μm，比表面積則應(yīng)該大于5〕。有必要指出的是最大粒徑并非絕對(duì)意義上的最大粒徑，若最大粒徑小于20μm，通常指，即允許有5%的粒子大于20μm3〕。
超細(xì)水泥的生產(chǎn)是以普通水泥或水泥熟料為原料，采用一定的粉磨設(shè)備制得，常用的粉磨設(shè)備有球磨機(jī)、振動(dòng)磨、雷蒙磨、攪拌磨、氣流磨等。然而直接應(yīng)用這些設(shè)備制取超細(xì)水泥是不經(jīng)濟(jì)的，因?yàn)榉勰ヒ欢螘r(shí)間后，水泥粒徑變小，比表面積增大，表面能增加，細(xì)顆粒團(tuán)聚能力加大，因而必須采用超細(xì)分級(jí)機(jī)及時(shí)將合格的細(xì)水泥分離出來。
超細(xì)水泥與普通水泥在組成上的主要不同點(diǎn)是在制備過程中加入了一些性能調(diào)節(jié)劑〔6〕。性能調(diào)節(jié)劑的選擇和摻量是根據(jù)灌漿工程的需要來決定的，這是因?yàn)殡S著水泥顆粒的細(xì)化也帶來以下一些問題，影響水泥的灌漿效果。
(1)流動(dòng)性降低，如不采取措施，要達(dá)到同普通水泥相同的流動(dòng)性必須增加用水量，增大水灰比又使?jié){液穩(wěn)定性降低；
(2)由于保水性好，硬化結(jié)石的水灰比大，毛細(xì)管孔尺寸大且多，影響水泥結(jié)石的密實(shí)性，進(jìn)而影響抗?jié)B和耐蝕等性能；
(3)水泥越細(xì)收縮值越大，引起結(jié)石與基體粘結(jié)失效。因此，在制備過程中要加入一些性能調(diào)節(jié)劑(如膨脹劑、減水劑、調(diào)凝劑等)，為防止水化升溫過高，有時(shí)也加一些粉煤灰、粒狀高爐礦渣和硅粉等摻合料。
同普通水泥灌漿和化學(xué)灌漿相比，超細(xì)水泥灌漿存在以下優(yōu)點(diǎn)：
①可以使用普通水泥灌漿的技術(shù)和設(shè)備(只需另配置一臺(tái)高速攪拌機(jī))；
②比普通水泥具有更好的可灌性，水泥結(jié)石更致密；
③具有良好的工作環(huán)境，無(wú)毒，結(jié)石具有較高的耐久性；
④比化學(xué)灌漿具有更高的強(qiáng)度，更經(jīng)濟(jì)；
⑤灌注細(xì)微裂隙時(shí)，對(duì)裂隙的濕度不敏感，對(duì)裂隙中的鋼筋無(wú)腐蝕。
工作性能?
超細(xì)水泥的密度一般為2.8～3.2g/cm3，同普通水泥并無(wú)多大差別，但容重很低，一般為0.6～1.0 g/cm 3。由于其細(xì)度較高，普通水泥的篩分法已難以滿足其粒徑測(cè)試的要求，通常采用的是光透沉降粒度儀或激光粒度儀等7〕。在使用過程中，由于其比表面積大，活性高，同普通水泥也有很大差異。?
流動(dòng)性在水化過程中，由于超細(xì)水泥顆粒的高活性，其需水量明顯高于普通水泥，為提高漿液的流動(dòng)性，需要加入一些減水劑，使?jié){液粘度降低，便于灌入細(xì)微裂隙中。一般減水劑的摻量為0.5%左右。?
穩(wěn)定性水泥漿液的穩(wěn)定性是在250ml的量筒中注滿漿液，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，用上部析水高度占整個(gè)漿液高度的百分?jǐn)?shù)來表示的。作為灌漿材料，其析水率愈低，析水歷時(shí)愈長(zhǎng)，漿液的穩(wěn)定性越高，對(duì)灌漿越有利。普通水泥由于顆粒大，沉降快，穩(wěn)定性較差。對(duì)水灰比W/C=1∶1的漿液，普通水泥析水率>25%，析水歷時(shí)為1.5h，而超細(xì)水泥析水率則<5%，析水歷時(shí)為2h以上，穩(wěn)定性大大提高。?
漿液溫度超細(xì)水泥由于其活性高，水化初期水化熱很大，漿液升溫很快，當(dāng)溫度超過40℃時(shí)，對(duì)結(jié)石強(qiáng)度增長(zhǎng)十分不利。為降低其水化熱，常常在制備過程中要加入一些活性摻合料，如粉煤灰，高爐礦渣，硅粉等。?
凝結(jié)時(shí)間凝結(jié)時(shí)間既要考慮灌漿操作所需要的時(shí)間，又要考慮在灌漿結(jié)束后，裂隙中灌入的水泥漿液能很快地凝結(jié)硬化，在不同的使用場(chǎng)合對(duì)凝結(jié)時(shí)間有不同的要求。超細(xì)水泥由于在制備過程中已經(jīng)摻加了適量的調(diào)凝劑，可以滿足工程的需要，一般調(diào)凝劑的摻量為0.5%～2.5%。?
膨脹性超細(xì)水泥中加入適量膨脹劑，其28d水泥凈漿自由線膨脹量可控制在0.2%～0.5%之間，使水泥結(jié)石后期不收縮，這對(duì)防滲補(bǔ)強(qiáng)是十分有利的，特別是細(xì)微裂隙的灌漿，可以取得很好的灌漿效果。?
抗壓及抗?jié)B性能超細(xì)水泥具有較高的強(qiáng)度，特別是早期強(qiáng)度。這主要是因?yàn)槠漕w粒較細(xì)，水化活性較高，水化充分，水化物比普通水泥多，且結(jié)構(gòu)均勻、致密所致。一般其28d抗壓強(qiáng)度凈漿可達(dá)25MPa以上，砂漿不低于55MPa。并且由于其結(jié)構(gòu)內(nèi)部孔隙多以非連通孔形式存在〔8〕，抗?jié)B性能也十分優(yōu)異。?
可灌性作為灌漿材料，可灌性是最重要的性能指標(biāo)之一，通常采用室內(nèi)模擬漿液灌入一定細(xì)度的砂體的能力來表示。普通水泥一般只能灌入粒徑大于0.5mm的粗砂體中，而超細(xì)水泥能灌入粒徑為0.1～0.2mm的細(xì)砂體中。這對(duì)灌注細(xì)微裂隙十分有利，在一定程度上可代替化學(xué)灌漿。4國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況及應(yīng)用?
自從80年代初日本開始研制超細(xì)水泥以來，短短二十年內(nèi)，超細(xì)水泥的生產(chǎn)和應(yīng)用得到了飛速的發(fā)展。日本、美國(guó)、德國(guó)、瑞士、中國(guó)〔1～6，9～10〕都有報(bào)道。特別是近幾年來，國(guó)內(nèi)一些企業(yè)在高校和研究院的技術(shù)支持下，陸續(xù)生產(chǎn)出一批質(zhì)量很高的超細(xì)水泥灌漿材料，并成功應(yīng)用于水電、地鐵、隧道、油井、礦山等處的防滲補(bǔ)強(qiáng)施工，取得了良好的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。國(guó)內(nèi)外超細(xì)水泥的生產(chǎn)及應(yīng)用情況見表。?
國(guó)內(nèi)外超細(xì)水泥的生產(chǎn)及應(yīng)用情況從表中可以看出，超細(xì)水泥由于采用了超細(xì)分級(jí)機(jī)，粒徑都較小，再加上包裝、運(yùn)輸?shù)纫蛩?，成本都較高，一般在2000元/t以上，但由于在制備過程中一次性摻入了性能調(diào)節(jié)劑，使用起來較方便。5存在的問題及發(fā)展趨勢(shì)?
目前，雖然有一些廠家生產(chǎn)超細(xì)水泥，但普遍存在規(guī)模小，成本高，缺乏統(tǒng)一的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，從而限制了其大量使用。在實(shí)際施工過程中，也需要解決一些問題：
①超細(xì)水泥由于其粒徑小，活性高，制漿時(shí)必須有一臺(tái)轉(zhuǎn)速至少為1500r/min的高速攪拌機(jī)，才能使其顆粒充分分散，保證漿液靜置時(shí)顆粒的沉降速度減慢，析水率明顯降低，漿液穩(wěn)定性提高。
②普通水泥灌漿時(shí)，為提高漿液的穩(wěn)定性，通常要加入少量的膨潤(rùn)土，但是對(duì)超細(xì)水泥灌漿而言，必需放棄使用膨潤(rùn)土因?yàn)榕驖?rùn)土在懸浮液中有團(tuán)聚作用，對(duì)灌漿不利。
③一般認(rèn)為灌漿時(shí)采用大水灰比漿液，流動(dòng)性好，可增大對(duì)細(xì)微裂隙的可灌性。對(duì)普通水泥而言，其開灌水灰比一般為8∶1或10∶1，但是從另一方面考慮，水灰比大，水泥顆粒沉降快，漿液不穩(wěn)定，容易析水回濃，可灌性并不一定好。由于超細(xì)水泥本身粒徑小，且是在普通水泥灌漿無(wú)法滿足要求的情況下使用，其灌漿水灰比一般應(yīng)控制在2∶1以下。
④雖然超細(xì)水泥中摻入了一些粉煤灰、礦渣等，但由于其高活性，水化初期漿溫仍很高，特別是采用高壓灌漿時(shí)。在具體施工時(shí)，應(yīng)采取措施控制漿溫。?
盡管如此，超細(xì)水泥由于具有良好的可灌性，價(jià)格相對(duì)低廉，經(jīng)久耐用，結(jié)石強(qiáng)度高，對(duì)環(huán)境無(wú)污染等優(yōu)點(diǎn)，日益成為新一代的“綠色灌漿材料”?，F(xiàn)在，修補(bǔ)混凝土中的裂隙一直是化學(xué)灌漿的范疇，但隨著超細(xì)水泥生產(chǎn)成本的降低和人類環(huán)保意識(shí)的增強(qiáng)，這一領(lǐng)域?qū)⒅饾u為超細(xì)水泥所代替。超細(xì)水泥灌漿材料也將在水電、地鐵、隧道等工程中得到更廣泛的應(yīng)用。?
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【作者：陳明祥】
