矿浆浓度与流速的关系：矿物掺合料对硫铝酸盐水泥基双液注浆料性能的影响

矿浆浓度与流速的关系：矿物掺合料对硫铝酸盐水泥基双液注浆料性能的影响注浆料的凝结时间参照GB/T1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》进行。矿物掺合料的用量按照水泥质量的0%、10% 20% 30%掺加，水灰比为0.8，其试块尺寸为70.7mm×70.7mm×70.7mm，采用标准养护，分别测试1d、28d的抗压强度。表2 矿物掺合料的化学成分 下载原图本文研究了粉煤灰、矿粉、硅灰这三种掺合料对硫铝酸盐水泥基注浆料的影响，分析了它们在不同掺量时对注浆料凝结时间和抗压强度的影响规律。注浆为双液注浆料，即包括组分A和组分B，其中组分A由硫铝酸盐水泥熟料和添加剂组成，组分B由石膏、石灰和添加剂组成。其中硫铝酸盐水泥熟料的化学组成见表1。石膏为天然硬石膏，石灰为生石灰。矿渣为S95级矿渣超细粉，粉煤灰是II级粉煤灰，硅灰为市售硅灰，它们的化学成分见表2。表1 硫铝酸盐水泥熟料的化学成分 下载原图

冯丽霞 王忠涛 张军 于咏妍石家庄交通勘察设计院 内蒙古高等级公路建设开发有限责任公司 交通运输部公路科学研究院

摘 要：采用粉煤灰、矿粉和硅灰分别取代硫铝酸盐水泥基双液注浆料，对比分析了它们对注浆料的凝结时间和抗压强度的影响。试验结果表明:按0%、10%、20%、30%的质量比例分别取代注浆料时，随着取代量的增加，初凝时间缩短，终凝时间延长;在掺量小于10%时，掺加矿粉可以增大硫铝酸盐水泥基双液注浆料的抗压强度，掺量大于10%时，掺加矿粉会减小抗压强度，对于粉煤灰和硅灰，除粉煤灰在掺量小于10%时可以略微增大1d抗压强度以外，其余掺量均使抗压强度减小，这对矿物掺合料在硫铝酸盐水泥基双液注浆材料中的应用具有一定的参考价值。

关键词：硫铝酸盐水泥;矿物掺合料;抗压强度;凝结时间;

硫铝酸盐水泥具有快速硬化、强度高、抗冻性高、耐蚀强等优点，广泛的应用于修补工程、冬季施工等。但是，硫铝酸盐水泥存在着后期强度倒缩、水化放热集中等缺点。针对其缺点可通过掺加较低的放热性能的矿物掺合料，如粉煤灰、矿粉、硅灰等方式进行弥补。矿物掺合料的掺加，可以延缓大体积混凝土温度峰值的出现。

戴民的研究表明，加入一定量硅灰、轻质碳酸钙可以提高硫铝酸盐水泥基灌浆料的强度，加入一定量双飞粉(也称钙镁粉)对灌浆料流动度及各龄期强度均有负面影响。Ge Zhang研究表明矿渣和粉煤灰的掺入降低了大体积混凝土的膨胀效应和抗压强度。马保国的试验说明，掺合料会缩短硫铝酸盐水泥的凝结时间，减少水泥标稠用水量，抑制体积收缩;硅灰掺量在2%～6%时，可以增大试块抗压强度。经过N Chousidis的试验表明，粉煤灰可提高混凝土的抗压强度和弹性模量，此外，孔隙率和吸水率也降低了。张云飞等人研究了不同掺量的矿渣粉、粉煤灰、沸石粉可以提高抗Cl-渗透能力，增加结构致密性，浆体后期水化速度减慢，后期强度增长不大。张康康的研究表明，粉煤灰和矿粉对改善超细硫铝酸盐水泥基注浆材料粘度和流动性有一定作用，而硅灰对改善粘度和流动性没有明显作用。

本文研究了粉煤灰、矿粉、硅灰这三种掺合料对硫铝酸盐水泥基注浆料的影响，分析了它们在不同掺量时对注浆料凝结时间和抗压强度的影响规律。

1 试验原材料及方法1.1 原材料

注浆为双液注浆料，即包括组分A和组分B，其中组分A由硫铝酸盐水泥熟料和添加剂组成，组分B由石膏、石灰和添加剂组成。其中硫铝酸盐水泥熟料的化学组成见表1。石膏为天然硬石膏，石灰为生石灰。矿渣为S95级矿渣超细粉，粉煤灰是II级粉煤灰，硅灰为市售硅灰，它们的化学成分见表2。

表1 硫铝酸盐水泥熟料的化学成分 下载原图

表2 矿物掺合料的化学成分 下载原图

1.2 试验方法

注浆料的凝结时间参照GB/T1346-2011《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》进行。矿物掺合料的用量按照水泥质量的0%、10% 20% 30%掺加，水灰比为0.8，其试块尺寸为70.7mm×70.7mm×70.7mm，采用标准养护，分别测试1d、28d的抗压强度。

2 掺合料对硫铝酸盐水泥基注浆料的影响2.1 凝结时间

粉煤灰、矿粉、硅灰对硫铝酸盐水泥基双液注浆料初凝时间和终凝时间的影响，分别见图1～图3。

图1 粉煤灰对凝结时间的影响 下载原图

由图1可以看出，随着粉煤灰掺量的增加，初凝时间先减少后增加，但都低于空白样的初凝时间，在粉煤灰掺量为10%时，初凝时间最短，掺量为10%、20%、30%时初凝时间减幅分别为33.2%、20%、6.8%;随着粉煤灰掺量的增加，硫铝酸盐水泥的终凝结时间增长，在粉煤灰掺量为30%时，终凝时间最长，当掺量为10%、20%、30%时增幅分别为16.7%、33.3%、50%。

图2 矿粉对凝结时间的影响 下载原图

由图2可以看出，对于初凝时间，随着矿粉掺量的增加，硫铝酸盐水泥的初凝结时间减小，当掺量为10%、20%、30%时减幅分别为13.6%、26%、40%;对于终凝时间，随着矿粉掺量的增加，硫铝酸盐水泥的终凝时间逐渐增长，在矿粉掺量为30%时，终凝时间最长，当掺量为10%、20%、30%时增幅分别为8.3%、25%、41.7%。

由图3可以看出，随着硅灰掺量的增加，初凝时间逐渐减少，在硅灰掺量为30%时，初凝时间最短，掺量为10%、20%、30%时初凝时间减幅分别为20%、80%、90%;随着掺量的增加，水泥的终凝时间会增加，在掺量为30%时，终凝时间最长，当掺量为10%、20%、30%时增幅分别为25%、41.7%、75%，说明随着硅灰掺量的增加，初凝时间减幅和终凝时间增幅越来越大。

图3 硅灰对凝结时间的影响 下载原图

2.2 抗压强度

粉煤灰、矿粉、硅灰对硫铝酸盐水泥基双液注浆料抗压强度的影响，分别见图4～图6。

图4 粉煤灰对抗压强度的影响 下载原图

由图4可以看出，随着粉煤灰掺量的增加，1d的抗压强度是先增加后减少，在掺量为10%时，抗压强度达到最大，相对于空白样强度提高了4.4% 28d的抗压强度都是随着掺量的增加逐渐降低。

由图5可以看出，随着矿粉掺量的增加，1d、28d的抗压强度均是先增大，后减小，在掺量为10%时，抗压强度达到最大，1d、28d抗压强度相对于空白样分别提高了28.17%、1.6%。

由图6可以看出，随着硅灰掺量的增加，1d、28d的抗压强度都是逐渐降低，在硅灰掺量为10%时，抗压强度的减少值的最少，1d、28d分别减少了9.9%、0.1%，说明掺加硅灰对硫铝酸盐水泥基双液注浆料的抗压强度是不利的。

图5 矿粉对抗压强度的影响 下载原图

图6 硅灰对抗压强度的影响 下载原图

3 结论

(1)对于凝结时间来说，加入掺合料缩短了初凝时间，延长了终凝时间。随着掺量的增加，矿物掺合料对硫铝酸盐水泥基双液注浆料初凝时间影响最大的是硅灰，其次为粉煤灰，矿粉影响的程度最小;对于终凝时间，影响最大的是硅灰，其次为矿粉，粉煤灰影响的程度最小。

(2)在掺量小于10%时，掺加矿粉可以增大硫铝酸盐水泥基双液注浆料的抗压强度，掺量大于10%时，掺加矿粉会减小抗压强度，说明控制合适的矿粉掺量可以增大硫铝酸盐水泥基双液注浆料的抗压强度;对于粉煤灰和硅灰，除粉煤灰在掺量为10%时可以略微增大1d抗压强度以外，其余掺量均减小硫铝酸盐水泥基双液注浆料的抗压强度，说明粉煤灰和硅灰对硫铝酸盐水泥基双液注浆料的抗压强度是不利的。

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