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。
