水泥基灌浆材料性能与组成材料研究进展

朱利强

中冶天工集团有限公司，天津市，300308

摘要：属性优良的施工材料是现代施工质量的有效保障因素之，水泥基灌浆材料就是其中之一，凭借其优良的属性特点，水泥基灌浆材料被广泛应用于各类工程施工项目中。本文结合水泥基灌浆材料的发展和应用，综述了水泥基灌浆材料的概念，并从其属性特点和材料组成两个维度方面讨论了其目前在研究中的进展。

一、水泥基灌浆材料概述

美国是最早发现并应用水泥基灌浆材料的国家，在水泥基灌浆材料使用的早期，由于具备显著的快速凝结特点以及凝结后高硬度的特点，被美国人广泛的应用于军事工程。除过上述特点之外，水泥基灌浆的流动性和微膨胀性也能够在使用中提高安装效率和容错率。由于在施工中具备高便捷性，在随后的发展中被广泛的应用于工程领域，如路面修补、路基填充等。

二、水泥基灌浆性能研究进展及述评

水泥基灌浆材料的性能研究主要集中在流动性、膨胀性和强度三个方面。

1、流动性相关研究

作为水泥基灌浆材料的最优属性之一，流动性的高低却决于制作中的两个因素，其一就是水胶比，其二就是减水剂含量。两者的原理相同，也就是当灌浆材料中有效水增加时，水泥颗粒的间隙就会因此增加从而降低摩擦阻力，流动性就自然而然被提升了。

关于流动性的研究中，部分学者认为通过在水泥基灌浆材料中加入粉煤灰、钢渣等材料来降低颗粒之间的粘度的方法来提高流动性。基于此研究基础，徐国强和张静尝试了不同的材料对水泥基灌浆材料流动性的影响，在实际的工业生产中，如矿粉、粉煤灰等多种材料的加入都可以产生同类型作用，但材料的差异会导致流动性增加程度高低的不同，其中在加入同等样本的前提下，硅灰最能够提高灌浆的流动性，最高可以到达358mm的峰值 [1]。

2、膨胀性

以流动性为基础，依靠良好的膨胀性，水泥基灌浆材料被广泛用于工程填充作业，如路基填充等。其中最为重要的成分就是膨胀剂，膨胀剂和灌浆材料结合主要在于两点，其一就是其自身的物理特性，其而在于他能够和水泥成分发生轻微反应，从而使整体的灌浆材料保持在一个合适的膨胀程度，这样可以让水泥凝固后的体积收缩得到正向补偿。水泥基灌浆材料的膨胀性能需要根据实际工程作业确定，因此关于膨胀性的指标并无定论研究。学者郑建超根据各类工程作业需求，以普通早强水泥为样基，通过多种材料进行复配实验。从而得出早强微膨胀水泥基灌浆料[2]。张立敏和朱涵则从韧性视角出发，通过增加橡胶材料，来保证了降低了水泥基灌浆材料的开裂情况 [3]。

3、强度

水泥基灌浆材料之所以能够广泛应用于各类工程项目，主要是依靠其高强度的基本属性。为了满足不同项目要求，在水泥基灌浆材料的使用中，就出现了对强度要求的差异性，而改变强度差异性的方法就是将增加各类微集料，以此来改变灌浆的强度。但亦有研究认为则持有相反结论，部分学者认为部分材料的加入对灌浆强度的影响微乎其微，比如粉煤灰，更有部分材料的加入会衰减灌浆材料的强度，比如硫铝酸盐水泥。但并非所有的材料都不能提高强度，当聚羧酸减水剂和消泡剂共存的情况下，灌浆强度会显著提高 [4]。

三、水泥基灌浆组成材料研究进展及述评

1、水泥

灌浆材料中常用的水泥大致可以分为三类:

（1）硫铝酸盐类。该类水泥具有快硬早强的特点，因此由于凝固速度较快，所以对施工条件有着更高的要求，一旦没有在有效时间内完成成型作业，就会导致材料的流动功能大大衰减。

（2）硅酸盐类。硅酸盐水泥和硫铝酸盐类的凝固速度相反，使用时作业时间较为宽裕，但因为水化热大，因此在成型后收缩率较高。以此作为灌浆材料的胶凝部分时，后续项目的质量会和设计一定所差距。

（3）硅酸盐-硫铝酸盐复合类。以该类复合水泥作为胶凝材料，然后加入石膏等外加剂来调整钙矾石的形成，可以有效调整灌浆材料的性能，特别是对膨胀性能调节程度较高，但由于该材料在配比时加入材料较多，所以较为理想的配比需要多次调试。

2、矿物掺合料

矿粉、粉煤灰、微硅粉是常用的矿物掺合料，矿物掺合料也是能够改变水泥基灌浆材料力学性能的材料之一，和其他掺合物不同的是，矿物掺合料不仅可以改变水泥基灌浆材料的力学性能，还能有效降低其泌水率。矿物掺合料对浆体-骨料界面的改善较强，除了能够增强粘结能力之外，还可以通过填充作用降低空隙率。

在相关研究中，硅灰的最佳掺量目前还未得出结果[7]。学者王栋民通过符合凝胶掺合的角度发现了一种三元符合胶凝体系，这个体系为水泥-膨胀剂-磨细矿渣，通过该体系可以调配膨胀性能更稳定的混凝土，而矿渣的性能可以有效抑制过量膨胀剂的负向作用，以此避免因过量膨胀剂导致的刚性破坏。Mirza等指出将粉煤灰掺入灌浆料中，可以增加流动性，提高其稳定性，减小干燥收缩。

3、减水剂

水泥基灌浆材料广泛应用得益于可以满足流动性的同时还可以满足早强和后强，而减水剂是保证后两者的必要掺合物。在不断的改进优化之中，减水剂大多以粉末形式出现于工业用途。减水效果最佳的是

聚羧酸系减水剂，由于强大的减水功效，聚羧酸系减水剂占据着主要市场。在提升流动度的同时，还能够控制水灰比率。但聚羧酸系减水剂也有一定的弊端，由于该类减水剂引气量较高，因此在水泥作业后期中，灌浆材料会出现较多气泡，为了降低或避免气泡引起的力学性能的改变，在使用中常常会加入消泡剂来改善硬化作用。

结语

水泥基灌浆材料是当前工程应用领域的主流材料，为工程作业的质量和应用提供了不少便捷之处。同时也产生了不少问题，在工业包装中，水泥基灌浆材料的运输和使用都以袋装形式出现，这就会产生使用量难以控制，一旦使用过大，就会导致搅拌吃力，最终灌浆不均匀，导致其性能大打折扣，还出现泌水离析等情况。针对大体积灌浆体，在灌浆过程中容易出现灌浆不足，或者由于特殊环境的影响出现干燥收缩等问题;除此之外，在大型设备的安装作业中，由于对力学刚性要求更高，灌浆材料的连接部位受到超负荷应力，导致发生力学疲劳现象，从而引发更严重的问题。

参考文献：

[1]徐国强, 张静. 高强水泥基灌浆料配合比的正交试验研究[J]. 混凝土, 2015(3):3.

[2]郑建超, 王英维, 周普玉. 一种早强微膨胀水泥基灌浆料:, CN109734393A[P]. 2019.

[3]张立敏, 朱涵. 探讨橡胶集料灌浆料的材料研究和施工[J]. 天津科技, 2010(5):3.

[4]高汉青, 杨晓光, 仲朝明,等. 钢渣微粉在水泥基灌浆料中的应用研究[J]. 混凝土, 2014(2):3.

[5]任宏伟, 严珊, 韩佃利. 硫铝酸盐水泥基灌浆料的试验研究[J]. 混凝土, 2018(11):4.

[6]靳丽莉,高英俊. 高流态半柔性路面灌浆料试验研究[J]. 新型建筑材料, 2020, 047(003):45-48.

[7]黄政宇,钱峰. DSP早强高强灌浆料综合性能研究[J]. 湖南大学学报：自然科学版, 2009, 36(8):5.