摘要 本文研究了高效减水剂、缓凝剂及矿物掺合料对硫铝酸盐水泥的影响，结合扩展度、抗折强度、抗压强度等指标确定试验配比，制备水泥基灌浆材料。研究表明，该灌浆水泥初始扩展度可达到275 mm，凝结时间可调，硬化浆体结石强度高，12 h抗压强度可达48 MPa，3 d强度达到55 MPa。28d膨胀值为7.8×10-4，属微膨胀。通过SEM、EDS等方法对灌浆料水化产物进行微观结构分析表明，12 h内即生成了大量钙矾石晶体,水泥石迅速产生强度,随着水化反应的进行,钙矾石晶体不断地生长、长大，并有大量的钙矾石继续生成，产生体积膨胀，宏观表现为较高的早期强度和体积膨胀性。
关键词 硫铝酸盐水泥 灌浆料 力学性能 膨胀干缩
0 前言
长期以来，灌浆料在建筑工程中是一类应用量大，使用面广的建筑材料。特别是自流平材料，先后开发了石膏系、水泥系及聚合物水泥自流平砂浆,普遍应用于机械设备安装和加固修补工程中[1-2]。目前在使用水泥基灌浆料时,由于普通水泥体积收缩容易产生微裂纹，导致支座安装后造成支座板下不密贴，另外,强度发展慢，而且耐久性差，影响结构稳定性和使用寿命。硫铝酸盐水泥自诞生以来，以其早强、高强、高抗渗、高抗冻、耐蚀、低碱度等特点在工程中得到广泛应用[3-6]，特别是在冬季施工、水工工程、修补工程等特殊工程中应用，更发挥出了其优良的性能。由于硫铝酸盐水泥具有快硬、早强、微膨胀、高流动性及适宜可操作时间等特点，可以用来开发研制自流平灌浆料。
1实验原料
实验所用的主要原料：水泥硫铝酸盐水泥，淄博生产,比表面积为450 m2/kg；磨细矿渣（slag），济钢产；Ⅰ级粉煤灰(FA)，邹城电厂产；砂，标准砂（ISO）；济南产；高效减水剂，上海产；缓凝剂，上海产；硫铝酸盐水泥，磨细矿渣，粉煤灰的化学成分见表1：
2 试验及结果分析
2.1 自流平性能试验
扩展度试验按GB50119—2003《混凝土外加剂应用技术规范》和《水泥基灌浆材料》中的规定进行。扩展度和经时损失可以反应水泥砂浆材料的流变特性，扩展度大小反应了材料内部结构的强弱。新拌的自流平灌浆料随加水后时间的推移，其扩展度逐渐减小，当扩展度小于190 ㎜时，浆体扩展后表面略呈拱形，可以认为此时已失去自流平效果[7]。水泥基灌浆料扩展度和经时损失是受诸多因素影响的，其中减水剂品种及掺量是重要因素。在探讨减水剂和缓凝剂对自流平性的影响试验中，砂浆灰砂比为1:1.2 ，水灰比为0.32，减水剂和缓凝剂总量占水泥总量的0.6 %。减水剂掺量对灌浆料扩展度、经时损失影响的试验结果见表2。
对于自流平灌浆料来说，既要保证其具有良好的流动性，又要保证其不泌水，并尽量避免离析，采用低水胶比，通过复掺减水剂和缓凝剂调整扩展度和经时损失[8-10]。从表3可知，随着减水剂掺量增加，砂浆的流动性增强，当掺量大于0.6 %时，扩展度增加幅度的不明显。减水剂可以增加流动性，但经时损失比较大。随着缓凝组分的增加，经时损失明显减少。对于可使用时间大于60 min的灌浆料材料，减水剂和缓凝剂配比应在4：1～6：1。
2.2 灌浆料扩展度和强度试验
抗压强度试验参照《水泥胶砂强度检验方法》( GB/T176712-1999) ，由于本灌浆料属于自流平砂浆，取消振动成型,将材料灌入试模，选择需要的龄期进行强度试验。
由于水灰比、砂灰比、矿物掺合料等配合比参数均可以影响灌浆料性能，因此试验中水灰比取0.32，掺合料等量取代水泥20%，粉煤灰与矿渣之比为3：2。考察灰砂比对灌浆料扩展度和强度的影响。表3为不同灰砂比灌浆料组成设计，试验结果如膘4所示。
由表4可知，随着灰砂比的增大，泌水现象逐渐消失，扩展度逐渐减小但仍大240 ㎜，满足自流平要求。各配比强度均满JC/T986-2005《水泥基灌浆材料》的技术要求。12 h抗压强度大于40 MPa，3 d强度达到65.2 MPa，并且随着胶凝材料用量的增加，抗折强度和抗压强度逐渐提高。
2.3 膨胀干缩性能试验
膨胀干缩试验参照JC313 - 82《膨胀水泥膨胀率试验方法》和《水泥胶砂干缩试验方法》，测试不同养护条件下的砂浆膨胀率。成型1d后拆模测初值，成型两组试样，一组水中养护至各龄期，一组水养3 d后置于干燥空气中测各龄期膨胀值。试验结果见图1和图2。
由图2和图3可知，各配合比砂浆试件在常温下都有一定程度的膨胀，水中养护的试样膨胀率值较大，特别是水化早期，1 d膨胀率值为6.92×10 -4。随着养护时间的延长，膨胀持续增长28 d膨胀率值为7.8×10 -4。置于干空气中的试样，7 d膨胀率值较3 d时有所减小，SL3号试样7 d与3 d相比膨胀率值缩小了2×10-4，7 d后基本稳定。28 d膨胀率值为1.82×10-4。SL4号和SL5号试样干缩比较严重，28 d膨胀率值为－1.35×10-4和-0.71×10-4。这是由于硫铝酸盐水泥水化生成钙矾石晶体，产生体积膨胀，硫铝酸盐水泥空白样的膨胀不易控制，掺加矿物掺合料的灌浆料均具有早期膨胀增长较快，后期增长缓慢的趋势，膨胀率值随着胶凝材料所占比例的增大而增大。
2.4 微观结构分析
通过扩展度、强度和膨胀干缩试验研究，并结合经济等综合因素考虑，本试验SL5号和SL6号配合比满足施工要求。利用扫描电镜和能谱分析对灌浆料水化产物的微观结构进一步进行分析。见图3-图5。
灌浆料水化完全，水泥石结构致密，可从硬化浆体的SEM照片（图3、图4和图5）中清楚地看出，SL5号和SL6号试样1 d就生成了大量钙矾石和凝胶。随着水化的进行，3 d和28 d试样中可看到大量凝胶，与空洞中的针状钙矾石互相交叉，粘连，形成了致密的结构。另外，由于球状粉煤灰填充作用，孔隙分布更加合理，大孔比例减小，结构进一步密实。从图5可看出界面结合良好，硬化水泥石的结构均匀、密实。
3 结论
1. 通过调整外加剂可以配制出性能优良的自流平砂浆。其中减水剂掺量在0.6%时达到饱和，扩展度为270 ㎜，减水剂和缓凝剂复掺时，能显著改善经时损失，当减水剂和缓凝剂配比在4:1～6:1时，60 min扩展度仍可达230㎜。
2. 不同养护时间对膨胀干缩性能影响较大。水中养护的灌浆料，早期膨胀较大，1 d 膨胀率值为6.92×10 -4。随着养护时间的延长，膨胀持续增长28 d膨胀率值为7.8×10-4。置于干空气中的试样，7 d膨胀率值减小，甚至出现干缩，7 d后基本稳定。
参考资料
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