胡铁刚，田甜，彭勃，尹明，贺彪，彭杰

（1.湖南固特邦土木技术发展有限公司，湖南 长沙 410205；2.湖南大学 土木工程学院，湖南 长沙 410082）

水泥基灌浆料抗泌水离析性能的研究

胡铁刚1，田甜1，彭勃1，尹明2，贺彪1，彭杰1

（1.湖南固特邦土木技术发展有限公司，湖南 长沙 410205；
2.湖南大学 土木工程学院，湖南 长沙 410082）

为了解决水泥基灌浆料施工过程中容易出现泌水离析的问题，研究了不同增稠物质对水泥基灌浆料的抗泌水离析性能和抗开裂性能的影响。结果表明，粘度改性剂A和低黏度纤维素醚在0.05%和0.01%的掺量条件下，都具有良好的保水性能和粘聚性能，而不明显影响灌浆料的流动度，流动度在300 mm以上，大大改善了灌浆料的抗泌水离析能力，且对灌浆料早期强度无影响。纤维素醚对改善灌浆料的早期抗裂性能效果显著，抗开裂性能比达到53%。

水泥；灌浆料；泌水；离析；粘度改性剂

水泥基灌浆料对流动性要求高，要能自流密实、不离析、均匀、稳定，浇筑时依靠其自重流动，无需振捣而达到密实。当前市场上的灌浆料及其施工技术主要是针对大中型设备的二次灌浆、地脚螺栓锚固、底座基础、混凝土结构加固、工程修补、抢修等工程施工[1-2]。粘聚性差的灌浆料经搅拌后，容易出现水泥浆和水上浮而石英砂等骨料下沉的分层离析现象，影响灌浆料质量的均匀性、成型的密实性，浇注后容易出现蜂窝、空洞等现象。粘聚性过大，又容易导致灌浆料的流动度变差，流动不到施工的位置，无法与基面更好地接触密实，影响浇灌质量。水泥基灌浆料的高流动度可以通过掺入高减水率减水剂来解决，一般为聚羧酸高性能减水剂或其它高效减水剂，但高减水率减水剂在使用过程中，由于对水泥存在适应性问题，对用水量和本身掺量很敏感，容易出现泌水离析等现象，给施工带来很大的不便，对工程质量也带来隐患。为了降低减水剂的这种敏感性，加入能起良好保水性能、提高灌浆料粘聚性、防止泌水，但对灌浆料流动性又不会造成很大影响的增粘增稠物质。此类增稠物质主要包括纤维素系水溶性高分子、乙二醇系高分子、丙烯基系水溶性高分子、多糖类聚合物等，无机物膨润土也可以用来改善砂浆的抗离析性能[3-7]。本文选用应用最广泛的纤维素系、丙烯基系有机高分子作为研究对象，并考察无机物膨润土对砂浆抗离析性能的影响。同时，增粘增稠物质还具有一定的抗裂性能，能提高砂浆的耐久性。

1 实验

1.1 原材料

水泥：南方水泥产P·O52.5水泥；矿粉：S95级，湖南株洲产；膨胀剂：UEA-E，武汉三源公司生产；石英砂：20～40目、40～100目；聚羧酸高性能减水剂：PC1030，兴邦化学有限公司生产；纤维素醚HPMC：三星公司生产；膨润土：上海产；粘度改性剂A：湖南固特邦公司自制的丙烯基系水溶性高分子，相对分子质量40 000，5.0%黄色液体，20℃黏度为200 mPa·s，pH值为6.0～7.0。

1.2 灌浆料的配方

灌浆料的基础配比为m（水泥）：m（矿粉）：m（膨胀剂）：m（20～40目石英砂）：m（40～100目石英砂）：m（PC1030）：m（水）=700：200：100：600：800：2.0：336，改变粘度改性剂A、纤维素醚和膨润土的掺量（按占胶材质量计）。

1.3 试验方法

将水泥、矿物掺合料、砂和聚羧酸减水剂按一定比例配制得到基础水泥基灌浆料HPG。在HPG中加入不同的增稠剂和适量的水，在砂浆搅拌机中搅拌3 min，再对搅拌好的砂浆进行相关性能测试。

1.4 性能测试方法

泌水率主要用来评定灌浆料的稳定性，按GB/T 50080—2002《普通混凝土拌合物性能试验方法》进行测试；

流动度：按GB 50119—2003《混凝土外加剂应用技术规范》附录A进行测试，其中截锥形圆模的尺寸改为：高度（60± 0.5）mm，上口内径（70±0.5）mm，下口内径（100±0.5）mm。每次称取不少于2000 g的灌浆料；

抗压强度：按GB/T 17671—1999《水泥砂浆强度检验方法（ISO法）》搅拌方法，将拌合好的灌浆料倒入试模，不振动，然后进行强度测试；

抗裂性能：按JC/T 951—2005《水泥砂浆抗裂性能试验方法》进行测试，抗开裂性能比是以基准砂浆的开裂指数与掺入增稠剂砂浆的开裂指数之差除以基准砂浆的开裂指数的百分数表示。

2 结果与讨论

2.1 粘度改性剂A用量对灌浆料HPG工作性能的影响（见表1）

表1 粘度改性剂A用量对灌浆料HPG工作性能的影响

表1结果表明，随着粘度改性剂A用量增大，灌浆料的保水性和粘聚性提高，没有泌水泌浆现象，但流动度逐渐降低。粘度改性剂A用量为0.05%～0.15%时，可以对砂浆起到良好的保水增粘作用，而基本不降低砂浆的流动度。

粘度改性剂A是一种水溶性高分子，通过高分子结构吸附砂浆中多余水分，并在水泥颗粒与砂粒之间通过聚合物分子的搭桥和重组功能，形成空间三维网状结构，以类似于空间矩阵的方式均匀地隔离、分布水泥浆体，从而提高砂浆的抗离析、抗泌水性能，却不显著影响砂浆的流动度，从而有效提高砂浆的工作性能。

2.2 纤维素醚用量对灌浆料HPG工作性能的影响

考察了黏度为400 mPa·s的纤维素醚HPMC用量对HPG工作性能的影响，结果见表2。

表2 纤维素醚HPMC用量对灌浆料HPG工作性能的影响

表2结果表明，随着纤维素醚用量增大，灌浆料的保水性和粘聚性提高，没有泌浆现象，但初始流动度逐渐降低。由于纤维素醚具有一定的缓凝作用，其具有良好的保坍性能。

2.3 不同黏度纤维素醚对灌浆料HPG工作性能的影响（见表3）

表3 纤维素醚HPMC黏度对灌浆料HPG工作性能的影响

表3结果表明，随着纤维素醚黏度的增大，灌浆料的粘聚性增强、流动度逐渐下降，没有泌水现象。黏度为400 mPa·s的纤维素醚不仅具有良好的增粘性能，而且不会对灌浆料的流动度产生显著影响。

纤维素醚的增稠机理主要是疏水主链与周围水分子通过氢键缔合，提高了聚合物本身的流体体积，减少了颗粒自由活动的空间，从而提高了体系黏度。对于高分子质量纤维素醚，也可以通过分子链的缠绕实现黏度的提高，从而出现分子质量越高，黏度越大的特点。对于具有高流动度的自流密实砂浆，宜使用分子质量较低的低黏度纤维素醚，既可以改善灌浆料的保水和粘聚性能，又不会对流动度产生太大影响。

2.4 膨润土对灌浆料HPG工作性能的影响

膨润土是无机增稠剂，吸水后膨胀形成絮状物质，具有良好的悬浮性和分散性，与适量的水结合成胶状体，在水中能释放出带电微粒，增大体系黏度。膨润土掺量对HPG工作性能的影响见表4。

表4 膨润土掺量对灌浆料HPG工作性能的影响

表4结果表明，膨润土掺量小于0.025%时，对灌浆料的保水和增粘作用不明显，掺量大于0.030%后，表现出保水和增粘作用，但对砂浆的流动度影响较大，使流动度下降很快，且流动度保持性较差。

2.5 不同增稠剂对灌浆料抗压强度的影响

在上述不同增稠剂最佳用量条件下，考察了不同增稠剂对灌浆料抗压强度的影响，结果见表5。

表5 不同种类增稠剂对灌浆料HPG抗压强度的影响

表5结果表明，粘度改性剂A和纤维素醚并不会对灌浆料的抗压强度产生不利影响，相反，粘度改性剂A还能使1 d抗压强度较未掺增稠剂的试样提高12.6%。膨润土对灌浆料的强度有不利影响，使抗压强度下降，其原因可能是膨润土遇水膨胀、吸水率高、膨胀倍数大，使砂浆密实度下降，使得硬化后的砂浆强度降低。

2.6 不同增稠剂对灌浆料HPG抗裂性能的影响

砂浆因脆性大和抗拉强度低等而容易产生裂缝，裂缝主要产生于塑性收缩和自收缩，而塑性收缩主要是由于砂浆毛细水的损失引起的收缩，所以环境温度和砂浆自身的温度越高、环境湿度越低、空气流动速度越大，砂浆水分蒸发量也越大，产生的塑性收缩裂缝也就越严重。如果能够减缓水分的损失速度，则可以减缓或消除这种塑性收缩裂缝的产生。增稠剂由于具有一定的保水作用，能减缓水分的蒸发速度，所以也具有一定的抗开裂性能。考察了最佳掺量下不同增稠剂对灌浆料抗开裂性能的影响，结果见图1和表6。

图1 掺不同增稠剂砂浆试样的裂纹

表6 掺不同增稠剂时砂浆的裂纹数据

从试验现象及表6和图1可以看出，掺入具有保水作用的增稠剂能改善砂浆的抗开裂性能，其中纤维素醚具有良好的抗开裂性能，抗开裂性能比为53%，其原因是纤维素醚本身具有良好的保水性能，使砂浆在早期塑形收缩过程中防止和减缓自由水及毛细孔道水的快速蒸发，从而延缓开裂的时间，使抗开裂性能得到改善。粘度改性剂A由于其保水性能并不高，而主要依靠自身高分子链在砂浆颗粒之间的架桥作用提高砂浆的粘聚性，通过这种架桥作用，也能提高砂浆的抗开裂性能，而其效果比具有优异保水性能的纤维素醚差。

3 结论

（1）水溶性高分子粘度改性剂A通过分子的搭桥和重组功能，以类似于空间矩阵的方式均匀地隔离、分布水泥浆体，从而提高灌浆料的抗离析、抗泌水性能，且不显著影响砂浆的流动度，从而有效提高灌浆料的工作性能。

（2）对于具有高流动度、自流密实的水泥基灌浆料，宜使用黏度较低的400 mPa·s纤维素醚，在用量为0.01%时，既可以改善砂浆的保水和粘聚性能，又不会对流动度产生太大影响。

（3）膨润土具有保水和增粘作用，但对砂浆的流动度影响较大，随掺量提高，初始流动度下降很快，且流动度保持性差。

（4）粘度改性剂A和纤维素醚对灌浆料在掺量为0.05%和0.01%时对早期强度无不利影响，还稍有改善；膨润土对灌浆料的早期强度有不利影响，使抗压强度下降。

（5）粘度改性剂A和纤维素醚均对灌浆料有较好的抗开裂性能，纤维素醚由于具有优良的保水性能，所以其抗开裂性能也最佳，其开裂指数为1080 mm，抗开裂性能比为53%；粘度改性剂A性能其次，其抗开裂性能比为23%。

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Performance of cementitious grout on bleeding and segregation resistance

HU Tiegang1，TIAN Tian1，PENG Bo1，YIN Ming2，HE Biao1，PENG Jie1
（1.Hunan Good Bond Construction Technic Development Co.Ltd.，Changsha 410205，Hunan，China；
2.College of Civil Engineering of Hunan University，Changsha 410082，Hunan，China）

In order to solve the bleeding and segregation of cementitious grout in the construction process，performance of cementitious grout on bleeding and segregation resistance and crack-resistance by using different thickener have been studied.The results show that the viscosity reducer of A and low-viscosity cellulose ether have good water retention and cohesiveness at 0.05% and 0.01%adding volume in the cementitious grout，and have no adverse effect on fluidity of cementitious grout，have fluidity of 300 mm.It improved the bleeding and segregation resistance of cementitious grout，and have no adverse effect on early compressive strength.Cellulose ether has very good performance of early cracking-resistance on cementitious grout.Performance of cracking-resistance achieved 53 percent.

cement，grouting material，bleeding，segregation，viscosity reducer

TU528

A

1001-702X（2015）04-0033-04

2014-11-04；

2014-11-28

胡铁刚，男，1982年生，湖南双峰人，工程师，硕士，主要从事混凝土及砂浆外加剂的开发研究。