【水泥人網(wǎng)】摘要:水泥作為灌漿材料具有強度高，耐久性好，無毒，無味，材料來源方便，價格低廉等優(yōu)點，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90～100μm。水灰比較大時，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)強度降低，形成新的滲水通道。特別是針對基體細(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，流動性比普通水泥有顯著改善，并在固結(jié)時很少析水或不析水，具有良好的防滲固結(jié)效果，達到和化學(xué)漿液相似的可灌性，其結(jié)石強度大大高于化學(xué)漿材，無污染，不老化，價格低廉，因而一出現(xiàn)便在許多國家得到了廣泛的應(yīng)用^{〔1～4〕。本文即介紹了超細(xì)水泥作為灌漿材料在國內(nèi)外的一些發(fā)展現(xiàn)狀，并對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、振動磨、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)濟的，因為粉磨一段時間后，水泥粒徑變小，比表面積增大，表面能增加，細(xì)顆粒團聚能力加大，因而必須采用超細(xì)分級機及時將合格的細(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，這是因為隨著水泥顆粒的細(xì)化也帶來以下一些問題，影響水泥的灌漿效果。}

(1)流動性降低，如不采取措施，要達到同普通水泥相同的流動性必須增加用水量，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)石的密實性，進而影響抗?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：

①可以使用普通水泥灌漿的技術(shù)和設(shè)備(只需另配置一臺高速攪拌機)；

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)灌漿具有更高的強度，更經(jīng)濟；

⑤灌注細(xì)微裂隙時，對裂隙的濕度不敏感，對裂隙中的鋼筋無腐蝕。

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，隨著時間的延長，用上部析水高度占整個漿液高度的百分?jǐn)?shù)來表示的。作為灌漿材料，其析水率愈低，析水歷時愈長，漿液的穩(wěn)定性越高，對灌漿越有利。普通水泥由于顆粒大，沉降快，穩(wěn)定性較差。對水灰比W/C=1∶1的漿液，普通水泥析水率>25%，析水歷時為1.5h，而超細(xì)水泥析水率則<5%，析水歷時為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，對結(jié)石強度增長十分不利。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)時間凝結(jié)時間既要考慮灌漿操作所需要的時間，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，在不同的使用場合對凝結(jié)時間有不同的要求。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，這對防滲補強是十分有利的，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)水泥具有較高的強度，特別是早期強度。這主要是因為其顆粒較細(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抗壓強度凈漿可達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、德國、瑞士、中國^{〔1～6，9～10〕都有報道。特別是近幾年來，國內(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、礦山等處的防滲補強施工，取得了良好的社會和經(jīng)濟效益。國內(nèi)外超細(xì)水泥的生產(chǎn)及應(yīng)用情況見表。?
國內(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)分級機，粒徑都較小，再加上包裝、運輸?shù)纫蛩兀杀径驾^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?}

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，制漿時必須有一臺轉(zhuǎn)速至少為1500r/min的高速攪拌機，才能使其顆粒充分分散，保證漿液靜置時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，為提高漿液的穩(wěn)定性，通常要加入少量的膨潤土，但是對超細(xì)水泥灌漿而言，必需放棄使用膨潤土因為膨潤土在懸浮液中有團聚作用，對灌漿不利。

③一般認(rèn)為灌漿時采用大水灰比漿液，流動性好，可增大對細(xì)微裂隙的可灌性。對普通水泥而言，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。在具體施工時，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，價格相對低廉，經(jīng)久耐用，結(jié)石強度高，對環(huán)境無污染等優(yōu)點，日益成為新一代的“綠色灌漿材料”。現(xiàn)在，修補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)保意識的增強，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。?

參考文獻

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【作者：陳明祥】