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高性能超早强砂浆的研制与性能优化.doc

1、高性能超早强砂浆的研制与性能优化摘要:针对修补加固各种工程表面剥落侵蚀所需要的早强性能好,高强度,工作性优越等要求,研究将硫铝酸盐水泥,石英砂,普通硅酸盐水泥,早强剂,外加剂等材料复配制成一种高性能超早强砂浆,该砂浆 2 小时内抗压强度可达 30MPa,3 天抗压强度可达 100MPa,抗折强度可达 15MPa,施工工艺简单易操作,适合多种工程应用。 关键词:超早强;高性能;加固修补;应用 中图分类号:TU5 文献标识码:A 0 引言 钢筋混凝土构件在破坏时经常出现构件表面剥落侵蚀,露筋,冻蚀。这些部位的修补需要具有与旧混凝土有较好的粘结强度,较好的施工性能,较高的抗裂性能和力学性能,且对环境

2、无危害,同时要求价格低廉,性价比高等特点。现在常用的修补材料中,普通水泥砂浆与旧混凝土结合强度低,收缩大;高分子聚合物水泥砂浆性能优越,但价格较高,且与混凝土膨胀系数相差较大。 高性能修补砂浆(以下简称 M-1)属于无机修补砂浆材料,在满足早期强度要求的同时,也重视浆体的流动性,利于施工操作。本文将对高性能超早强砂浆材料的研制和性能进行探讨。 1 砂浆的配制 1.1 水泥 选用山东山水集团硫铝酸盐水泥(SA)及普通硅酸盐水泥(P.O) ,其性能检测见表 1。硫铝酸盐水泥具有早强高强的特点,强度发展快,抗冻、抗渗、耐腐蚀性能优越,适合作为修补材料。 表 1 水泥性能指标 1.2 石英砂 选用岳阳

3、矿物石英砂有限公司产的石英砂(S) ,规格为 10-20 目,20-40 目,40-70 目,70-120 目。 1.3 减水剂 选用山东华迪公司的聚羧酸高效减水剂(以下简称 PC) ,减水率 30%以上。相容性通过水泥净浆实验测试,与聚羧酸减水剂相容性良好 1.4 复合早强剂 LH 及其对浆体影响 该复合早强剂为我们自行研制 LH 三元复合剂,它是由三种组分以不同的比例复合而成。三种组分为锂盐、纤维素醚(HPMC) 、缓凝剂。该掺合料可以使得砂浆在前 2h 强度发展缓慢,保证流动度便于施工。掺合料与在水泥砂浆早期流动度的影响(见图 1) 。在基本配比中单独使用 P.O ,初期砂浆流动度 22

4、0mm 不能达到施工的操作要求;使用 P.O+LH 时,流动度达到 325mm 可以满足施工的操作要求,但在早强实验研究时发现不能满足本实验超早强的要求;使用 SA 时,初始流动度达到 260mm,但在1h 内流动度下降很快,浆体在很短的时间内已达到终凝状态;当使用SA+LH 时,虽然 LH 中的缓凝成分对该浆体中 SA 的快硬作用起到缓解,但仍不能满足施工性的要求,且 SA 的价格较高,单掺 SA 会提高砂浆的生产成本;最佳的方案是使用 P.O+SA+LH 按一定的比例互掺,不但流动度满足要求,在 2h 内流动度损失较小且较为经济。 纤维素醚作为一种保水剂,可以改善砂浆保水性能。但 HPMC

5、 的掺量影响着浆体的抗折、抗压强度以及浆体流动度。对确定的基本配合比进行纤维素醚掺量的实验(见表 2) 。 表 2HPMC 掺量实验表 由表 2 可以看出,随着纤维素醚掺量的提高,砂浆流动度呈下降趋势。纤维素醚使砂浆强度降低,可能原因:砂浆的空隙中增加了柔性物质;纤维素醚包裹水泥颗粒,降低了水泥的水化程度;纤维素醚包裹小气泡,使得砂浆中的有害空隙增多,降低了砂浆强度。最后纤维素醚最佳掺量定为 0.060.1之间较为合适。 图 1 LH 早强剂对砂浆流动度的影响 1.5 砂浆基本配合比及强度实验 在对实验材料进行优化并通过 3 因素 3 水平正交实验(见表 3) ,探究 M-1 型砂浆的 P.O

6、 与 SA 比,胶砂比,水胶比对砂浆强度的影响以确定砂浆基本配合比,正交实验(见表 4) 。 表 3 水平正交实验 为了保证砂浆的流动性和强度达到要求,在前期的实验过程中我们确定了石英砂的级配为 10-20 目 15%,20-40 目 15%,40-70 目 10%,70-120 目 5%(注:15%等为占总重量的百分数) 。由表 4 正交实验结果分析可知,对 M-1 型砂浆 2h 强度的影响结果为:CAB。胶砂比从 1:1 到9:11 对砂浆强度的影响并不显著。水胶比从 0.32 到 0.30 的过程中,可以看出砂浆 2h 强度明显上升。P.O:SA 对砂浆早期强度和后期强度的影响明显,SA

7、 可以提供早期强度,但对后期强度的发展不利;P.O 为后期强度的发展提供保障,但对早期强度的贡献较少。当 P.O 与 SA 的取适当的比例时,可以保证砂浆的强度发展稳定。因此我们选择 C1A2B2 作为最优配比进行实验,发现在 2h 强度达到 31.8MPa,施工性能良好。 表 4 正交实验结果 2 修补砂浆应用措施 在使用 M-1 型砂浆修补前,需要对所修补部位进行清洗,包括混凝土界面的松散颗粒,锈蚀钢筋表面的锈迹,还应在部位表面湿润。在修补过程中,尽量使 M-1 型砂浆与旧混凝土界面充分接触。修补完成后,养护也十分重要,在早期发生严重失水,可能导致开裂或表面疏松。在表面喷洒养护液可以提高修补部位的表面强度和早期抗磨强度。 3 结论 (1)采用快硬水泥 SA 与普通硅酸盐水泥 P.O 以 1:1.5 的比例复掺,胶砂比 9:10,水胶比 0.30 的情况下可配制出 2h 抗压强度 30MPa 的超早强高性能 M-1 型修补砂浆。 通过加入自行研制的早强剂,不仅可以保证 M-1 型砂浆有充足施工时间,而且可以充分发挥其早强强度。

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