CGM高性能水泥基灌浆材料的性能研究.pdf

2 0 0 7年 第 1 1期(总 第 2 1 7期)Numb e r 1 1 i n 2 0 0 7(To t a l No 2l 7)混 凝 土 Co nc r e t e 实用技术 PRACTI CAL TE CHNOLOGY C GM 高性能水泥基灌浆材料的性能研究 邵正明，周建启，仲朝 明，仲晓林(中国京冶工程技术有限公司，北京 1 0 0 0 8 8)摘要：从流动性、竖向膨胀率、抗压强度、有效承载面(E B A 4 个方面，采用对比试验的方法，系统分析了C G M系列水泥基灌浆材料与 其它三种水泥基灌浆材料的性能优劣。试验结果表明，C G M水泥基灌浆材料是一种综合性能优良的高性能灌浆料。提出了作为高性能灌 浆料应具备的性 能指标。关键词：C G M；高性能；水泥基灌浆材料；有效承载面(E B A)中图分类号：T U 5 2 8 0 1 文献标志码：A 文章编号：1 0 0 2 3 5 5 0 一(2 0 0 7)1 1-0 0 9 8 0 4 Pr oper t i e s r es e ar ch on CGM hi gh pe r f or ma nc e ce men t ba s e d gr out S H AOZh e n g-mi n g，ZHOUJ i a n-q i，ZHONG Ch a o-mi n g，ZHONGXi a o l i n (Ch i n a J i n g y eE n g i n e e r i n gT e c h n o l o g yC o ，B e ij i n g 1 0 0 0 8 8，C h i n a)Abs t r a c t：F r o m t h e a s p e c t s o fflu i d i t y，v e r t i c a l e x p a ns i v e r a t e，c o mp r e s s i v e s v e n g t h，e ff e c t i v e b e a r in gare a(E B A)，t h i s p a p e r c o MP are dt h e s e c h ara c t e ri s t i c s o f C GM c e me n t b a s e d g r o u t w i t h o t h e r t h r e e k i n d s o f gro u t R e s u l t s s h o w t h a t CG M gro u t i s a h i g h p e r f o r manc e gro u t w i th e x c e l l e n t p r o p e rt i e s T h e p a p e r a l s o p u t s f o r w a r d i n d e x e s f o r h iI 曲 p e r f o rm anc e gro u t K e y wo r d s：C G M h i g h p e r f o rm anc e；c e me n t-b a s e d gro u t：e ff e c t i v e b e a n n g a r e a(E B A)O 前 言 水泥基灌浆材料(简称灌浆料，下同)是由水泥、集料、外加 剂和矿物掺合料等原材料经工厂化生产的于混料，加水拌和均 匀后具有高流动性、不离析、微膨胀等良好工艺特性及硬化快、早强高强等性能特点，因此水泥基灌浆材料有着广泛的应用，确保了设备安装、改扩建工程、加固工程的精度和质量，延长了 设备的使用寿命，简化了施丁工艺，加快了施工进度。与细石混 凝土相比，该材料的高强、高流动性和微膨胀的特性得 以充分 的发挥。目前国内生产灌浆料的厂家很多，我公司是国内最早研究 和规模生产灌浆料的单位，根据近十几年来的工程应用情况，我们对产品性能不断进行改进，研制出更高性能的C G M 新型 系列灌浆料，该系列灌浆料具有对水的适应性好，流动度大，适 度的塑性膨胀与硬化后膨胀，有效承载面高等特点。1 流 动，胜 灌浆料是一种高流动性材料。测量灌浆料流动度的方法，是依据 YB r 9 2 6 1 9 8 水泥基灌浆材料施工技术规程，将拌合 料倒人砂浆跳桌用圆截锥试模，提起试模让灌浆料自流，到流 动停止后测量流开料的直径。国外采用读秒的方法较多。如 日本资料介绍，用上E l 直径 7 0 mm，下口直径 l 4 mm，高 4 0 0 a i m的圆截锥体，堵住下口，在 其中注满灌浆料，放开下E l，同时计时，到截锥内料流完(一般以 透亮为准)为止。AS T M C 9 3 9 介绍了类似的方法。国内生产的灌 浆料，骨料粒径一般大于2 ml T l，不宜直接采用测定流秒的方法。收稿 日期：2 0 0 7-0 9 1 0 98 图 1 流锥 仪(单位 mm)对比试验用灌浆料分别为F A、F B、D C和C G M一 3 0 0、C G M一 3 4 0，进行同条件试验，结果见表 1。表 1 灌浆料的流动性 灌浆料名称水料比 o 0初始流动度 m m 3 0 mi n 流动度保留值 m m 作为高性能灌浆料，必须具有很好的流动性，施工时基本 不用助推等辅助措施，就能顺利灌人空隙。C G M一 3 4 0型灌浆料的流动度在 3 4 0 a i m以上，最高流动度 维普资讯 http:/ 可以达到 3 5 0 IT L r n以上，且不泌水不离析，可以灌入很薄的空隙 中。C G M一 3 0 0型灌浆料的流动度可以达到 3 1 0 mm以上。F A 灌浆料流动 较好，而 F B和 D C的流动性能欠缺，F B灌浆料 的初始流动度较高，1 5 mi n后损失很大。当增大用水量以增大 流动度时，出现泌水、离析、强度大幅度降低等负面效应。考察灌浆料的流动性，有必要检验流动度损失，因为施工时 并不一定搅拌后立即入模，如运输，或其它非预期的时间耽误。C GM系列灌浆料具有很小的流动度损失。但 F B灌浆料，流动 度损失较大，应用到施工时，可能因流动度损失大而不能灌进空 隙中。一般来说，如果 3 0 mi n后，再重新搅拌流动度损失很小，还 可以达到 2 8 0IT L r n以上，可 以满足绝大部分的现场施工要求。灌浆料对水的适应性也是一项重要参数，用水可调节范围 越大，或者说加水“带宽”越大，越有利于现场施工。C G M 系列 灌浆料的用水量“带宽”达 2 以上。但对于 D C灌浆料，推荐 1 3 5 水 料 比，如果 把用水量增 大到 1 4，表面 出现 泌水，大量 气泡，而流动度仍不到 3 1 0 1 11 1 1 1，这样 的材料施工性非常差。2竖向膨胀 率 灌浆材料的膨胀性是另一个十分重要的指标，它决定所灌 材料能否密实填充空隙，塑性阶段的膨胀对于密实性尤为重要。灌浆料是一种高流动性材料，浇筑后会产生较大的塑性收 缩，包括沉浆收缩和失水收缩。上述收缩可能导致空鼓，即使后 期的膨胀能够补偿前期的收缩，也易造成有效承载面降低。而 具有塑性膨胀的灌浆料，能够及时补偿浆体早期收缩，甚至表 现出正的膨胀，使得灌浆体更加密实，这样对于增大有效承载 面，确保灌浆质量有重要意义。图3至图 6 是 F A、F B、DC和 C G M一 3 4 0四种灌浆料，采用 S H R I NK AGEC O NE收缩测量仪(见图 2)，测得的竖向膨胀率 一 时间关系曲线。S HR I NKA G E C O NE收缩测量仪是通过在浆体 上放置一个激光反射薄片，利用非接触式的测定方式精确测定 浆体的高度变化，从而计算竖向膨胀率。格 渣 叵 图 2 S HRI NK AGE CONE收缩测量仪 时间 h 图 3 F A灌浆料竖 向膨胀 曲线 格 渣 暹 崮 更 格 渣 匣 崮 船 渔 叵 崩 6 1 2 1 8 2 4 图 4 F B灌浆料竖向膨胀 曲线 时间 h 图 5 D C灌浆料竖 向膨胀 曲线 0 2 4 6 8 l 0 l 2 1 4 l 6 l 8 2 O 2 2 2 4 时 间 h 图 6 C GM-3 4 0灌浆料竖向膨胀曲线 上述图形是灌浆料典型的膨胀 时间关系曲线。有的灌浆 料，灌注后其体积变化过程，是先塑性收缩，在 2-4 h后膨胀，后 期膨胀能够补偿前期的收缩，最后表现为正膨胀，膨胀曲线见 图4。有的灌浆料后期膨胀不能够补偿前期的收缩，如图 5 所 示，这种情况直接导致空鼓，灌浆层起不到承载作用；但如果按 照 J C T 9 8 6 2 0 0 5(水泥基灌浆材料 3】的竖向膨胀率测定方法，浆体先静置 2 h再放玻璃板，就不能测得前期的收缩，最终膨胀 率表现为正值。C G M一 3 4 0和 F A灌浆料，在加水后不到 5 mi n 即开始体积膨胀，不存在塑性收缩的过程，F A灌浆料在 3 4 h 后膨胀基本达到最大值，这样能保证设备与基础密切接触，C GM一 3 4 0灌浆料在 4 h后进一步膨胀，能够在地脚螺栓中产生 一定的应力，有利于克服后期的收缩。值得说明的是，膨胀发生 在塑性阶段，结果是材料受到挤压，填充更密实。A S T M C1 1 0 9 t 4 标准规定，在 塑性 阶段膨胀，允许 膨胀率最大 达 4 0。3 有效承载 面 有效承载 i I(E B A)指设备或钢结构柱脚底板下面灌浆材 料实际接触底板并可传递受压荷载的面积与设备或钢结构柱 脚的底板总面积之比，以百分数表示。这是一项十分重要的技 术指标，它直接反映灌浆层起到承载作用的程度。假设强度为 7 0 MP a 的灌浆料，有效承载面只有 5 0，相当于有效荷载只有 3 5 MP a。可见即使强度很高，但有效承载面积很小，甚至根本没 有与设备底板接触，对设备的危害很大。美国标准 A S T MC1 3 3 9-0 2 ，给出聚合物灌浆料设备灌浆承 载面积的测定方法。参照此方法，我们自制船型模，见图7，其中上 钢板尺寸6 0 0 mmx l 5 0 mm，厚 l 0 m m；上下钢板间隙为 5 0 IT L r n。将 99 加 =2 m 0 O O O O O O 叭 m m m m m m m 2 O 8 6 4 2 O 1 1 O O O O 维普资讯 http:/ 拌和好的灌浆料从侧倒人，从另一侧流出且流满钢板下部。2 4 h 后取下钢板，与标准图样做比较，确定有效承载面，见图8 1 1。磐 一 烬 图 7 船型模结构图 图 8 CGM 有效承载表面 图 9 F A有效承载表 面 图 1 0 F B有效 承载表面 图 1 2 有效 承载面 9 5 图 1 3 有效承载面 9 0 图 1 4 有效承载面 8 5 图 1 5有效承载面 8 O 可以看出，有效承载面差别很大。C G M一 3 4 0灌浆料(用水 量 1 7)、F B料(用水量 1 4)的有效承载面在 9 5 以上，而F A 灌浆料(用水量 1 8)、D C料(用水量 1 3 5)的有效承载面积 很低，形成“虚接触”，表现为底板 下面有大量的气泡孑 L 穴。进一 步加大用水量，有效承载面均有一定程度的下降，F A料的表面 基本为连续的气泡孑 L 穴，根本不能起到有效传递荷载的作用。有效承载面的大小，主要和浇筑后灌浆料的表面气泡量和 膨胀率有关。当气泡量太大时，灌浆层上表面有大量气泡孑 L 穴，直接导致有效承载面积太小；如果膨胀率太小，会导致空鼓，不 仅失去了应起的作用，还有很大的潜在危害。作为使用单位，在 选择灌浆材料时，模拟灌注条件，试验有效承载面，非常有必要。图 1 1 D C有效 承载表面 图l 2 l 5 为 参照标准A s T M c 1 3 3 9 0 2 绘制的 有效承载面4 抗压 强度 的标 准图样。应根据工程需要选择合适强度 的灌浆料。C G M 的灌浆料 1 00 维普资讯 http:/ 2 8 d强度在 6 5 MP a P，可以满足决大部分工程需 要。几种灌 浆料的强度数据见表 2。表 2 不 同用水量的抗压强度 注：试体 尺寸 4 0 minx 4 0 mmx 1 6 0 mm，2 0标准养护。5结语(1)通过流动性、竖向膨胀、强度、有效承载面等方面试验，C G M灌浆料是一种综合陛能优越的高性能灌浆料。(2)C G M 灌浆料具有特殊的塑性膨胀性能，能够有效克服 浇筑初期产生的塑性沉降，保证灌注密实，杜绝空鼓现象。(3)C G M系列灌浆料的流动度在3 0 0 mm以上，可达 3 6 0 mm，工程可施 卫I生 好。(4)考察灌浆料的性能，不能仅仅局限于流动度、强度、竖 向膨胀等，有效承载面是十分重要的指标，应该把这项指标作 上接第 9 7页 L 一 一一 一试验值 图 1 1 式(4)计算值与试验值的比较(MU1 0、M1 0)由表 1和图 9 l 1 可见，试验值与式(4)计算值在 0 1,-0、4 的常用轴压比范围内趋于一致，在 0 4 0 6 5范围内时，试验值 略高于计算值，整体上试验值与式(4)计算值比值的平均值为 1 0 4，可见两者符合程度好，且偏于安全，因此式(4)可作为陶粒 混凝土砌块砌体抗剪强度的平均值计算公式。5 抗剪强度设计值计算公式 为保证与规范口 具有相协调的可靠度水准，采取与规范口 相 同的方法，取永久荷载分项 系数 y c r=1 2和 1 3 5两种情况来 分 析陶粒混凝土砌块砌体的抗剪强度设计值计算公式，分析时取 砌体受压时的变异系数为 0 1 7、受剪时的变异系数为 0 2 0 5 1，材 料性能的分项系数为 1 6，则通过式(4)可得到陶粒混凝土砌块 砌体的抗剪强度设计值计算公式，见式(5)、式(6)。12 时 0-9 3 、1+l2 8 5(f (5)1-3 5 时 0 9 3 、1川1 6 8 3()2(6)式(5)、(6)中 为砌体纯剪时的抗剪强度设计值；c r 0 为永久荷 为衡量高性能灌浆料性能的指标之一。(5)根据我公司在灌浆料领域多年的科研和实践经验，我 们认为新型高性能灌浆料的性能指标如下：流动性：流动度大于 3 0 0 m m；抗压强度：一天大于 3 0 M P a，2 8 d大于 7 0 MP a；膨胀陛：具有塑性膨胀和硬化后膨胀，3 h竖向膨胀率 0 1 0-3 5，3 h后膨胀率增长 0 0 2 0 5；有效承载面：大于 9 0。(6)C G M灌浆料的性能特点：塑性膨胀与后期膨胀的有机 结合，有效承载面可达 9 5 以上，保证有效传递荷载、高流动 度、可施工时间长、早强高强、施工加水“带宽”宽等。参考文献：1】Y B，r 9 2 6 1 9 8，水泥基灌浆材料施工技术规程 s _j 2 J H S 3 1 2，无收缩砂浆质量管理试验方法 s 3 J C,T 9 8 6 2 0 0 5，水泥基灌浆材料 s _j 4 A S T M C 1 1 0 7 0 2，S t a n d a r d s p e c i fi c a t i o n f o r p a c k a g e d d r y，h y d r a u l i c-c e m e n t g r o u t(n o n s h r i n k)S 5】A S T M C 1 3 3 9 0 2，S t a n d ard t e s t m e t h o d for fl o w a b i l i t y a n d b e a ri n g a r e a o t t h e ro i c a l-r e s i s t a n t p o l y me r ma c h i n e ry gro u t s S 作者简介：单位地址：联系电话：邵正明(1 9 7 1 一)，男，高级工程师，主要从事水泥基特种干 混砂浆、混凝土外加剂等方面的研究。北京市海淀区西土城路 3 3 号(1 0 0 0 8 8)01 0 8 2 2 2 7 9 8 8 载设汁值产生的水平截面平均压应力厂 6结论(1)试验表明，陶粒混凝土砌块砌体在剪一 压作用下随着轴 压比的增大依次出现剪摩破坏、剪压破坏和斜压破坏三种破坏 形态。同时试验及理论分析均表明，陶粒混凝土砌块砌体抗剪 强度的最大值出现在轴压比为 0 5 左右，比普通混凝土砌块砌 体提前 0 1 左右。(2)基于试验以及 H o ff ma n强度准则，并按照与规范脚 可靠 度水准相协调的原则，分析得到了剪一 压作用下陶粒混凝土砌 块砌体抗剪强度的设计值计算公式，即式(5)、(6)。参考文献：1 邵永健，劳裕华，殷志文，等 承重兼保温的陶粒混凝土砌块块型设 i 十 J 1 I 2】2 中国建筑东北设计研究院 G B 5 0 0 0 3 2 0 0 1，砌体结构设计规范【s 北京：中国建筑工业出版社，2 0 0 2 3 中国建筑科学研究院、G B 5 0 0 1 l 2 0 0 1，建筑抗震设计规范 s C 京：中国建筑工业出版社，2 0 0 1 4 宋力，施楚贤 昆 凝土砌块砌体的受剪性能与强度研究 C 2 0 0 5 年 全国砌体结构基本理论与工程应用学术会论文集 上海：同济大学 出版社，2 0 0 5：3 8 4 2 5】蔡勇，等 砌体在剪一 压作用下抗剪强度研究叨建筑结构学报，2 0 0 4，2 5 (5)：1 1 8-1 2 3 作者简介：邵永健(1 9 6 3 一)，男，主任，主要从事轻骨料混凝土结构和 钢一 混凝土组合结构的研究工作。单位地址：江苏省苏州市滨河路 1 7 0 1 号苏州科技学院土木工程系(2 1 5 0 1 1)联 系电话：0 5 1 2 6 8 2 5 5 4 2 5 1 01 2 0 8 6 4 2 0 1 1 0 0 0 0 0 日 、，维普资讯 http:/