水泥基灌浆料概述

水泥基灌浆料与灌浆剂概述

一、水泥基灌浆料与灌浆剂概念

水泥基灌浆材料是由水泥、集料（或不含集料）、外加剂和矿物掺合料等原材料，经混合生产而成的具有合理级配的干混料。水泥基灌浆材料加水拌和均匀后具有可灌注的流动性、不离析、不泌水、早强、高强、无收缩、微膨胀等性能。因其具有自流性好、无毒、无害、不老化、对水质及周围环境无污染、绿色环保且在施工方面具有质量可靠、降低成本、缩短工期和使用方便等优点而被广泛应用于灌浆工程、设备安装以及混凝土加固修补等工程。

而在后张预应力孔道中，为防止预应力筋锈蚀，并通过凝结后的浆体将预应力传递至混凝土结构中。为保证预应力构件的强度、密实性、耐久性等性能，一般采用专用压浆料与压浆剂用于后张法预应力孔道的注浆。而专用压浆料是指由水泥、高效减水剂、膨胀剂和矿物掺合料等多种材料干拌而成的混合料，在施工现场按一定比例加水并搅拌均匀后，用于充填后张预应力孔道的压浆材料；而专用压浆剂是指由高效减水剂、膨胀剂和矿物掺合料等多种材料干拌而成的混合剂，在施工现场按一定比例与水泥、水混合并搅拌均匀后，用于充填后张预应力孔道的压浆材料。所谓专用，是指专门用于后张预应力孔道的压浆，且均应由工厂化制造生产。

水泥基灌浆材料在公路工程上的应用有：地脚螺栓锚固、设备基础或钢结构柱脚底板的灌浆、混凝土结构加固改造及后张预应力混凝土结构孔道灌浆。但后张预应力混凝土结构孔道灌浆涉及最多，要求最严格，因此，应重点研究。

二、水泥基灌浆料现行相关规范

《水泥基灌浆材料（JC/T 986-2005）》

《水泥基灌浆材料应用技术规范（GB/T 50448-2008）》

《水工建筑物水泥灌浆施工技术规范（DL/T 5148-2012）》

《水泥基灌浆材料施工技术规程（YB/T9261-98）》

《预应力孔道灌浆剂（GB/T 25182-2010）》

《铁路后张法预应力混凝土梁管道压浆技术条件》TB/T 3192-2008

《公路桥涵施工技术规范》JTG/T F50-2011

《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB 50204-2002（2011修订版）

三、水泥基灌浆料的应用领域

1．地脚螺栓锚固

灌浆材料多用于设备基础、钢结构柱脚地板的地脚螺栓锚固。为了保证灌浆材料凝结硬化之后与地脚螺栓之间紧密锚固,在灌浆之前应适当处理地脚螺栓表面的铁锈和油污,然后调整位置的同时将己经拌和好的灌浆材料注入到螺栓孔中。灌浆过程中严禁振捣,但可适当插捣。具体施工工艺见图1。

图1.地脚螺栓锚固工艺图

2．二次灌浆

二次灌浆是灌浆材料的一种传统应用方法。与地脚螺栓锚固类似,灌浆之前应将设备的地板、混凝土基础表面进行细致的清理,不允许有碎石、浮浆、浮灰、油污等杂物残留。灌浆过程应尽可能缩短灌浆的时间,且必须连续灌浆,二次灌浆是从一侧开始进行,直到另一侧溢出浆液为止。对于较长设备或轨道基础的灌浆,视实际工程情况可分段施工。在灌浆过程中严禁振捣,必要时可采用灌浆助推器。为减少灌浆材料水分的过快蒸发,当环境温度高于30摄氏度时,施工人员应当尽量避免灌浆部位受到阳光的直射。具体工艺步骤如图2所示。

图2.二次灌浆工艺图

3．混凝土结构加固和改造

混凝土结构加固和改造,是水泥基灌浆材料在设备加固、二次灌浆之外的又一重要应用。其主要发挥了水泥基灌浆材料耐高温、耐老化,无毒性,成本低廉等优良性能。大量工程应用表明,利用灌浆材料对混凝土结构进行加固和改造,易于施工、工期短、效果好。

4．预应力孔道灌浆

预应力孔道灌浆是将灌浆材料注入到预留的预应力混凝土孔道中,灌浆材料本身必须具备良好的流动性,它能够将预应力钢筋与套管之间的空隙填满,能够尽快达到一定的抗压强度和粘结强度,而且能够保护预应力钢筋不外露而遭锈蚀,保证预应力混凝土结构或构件的安全寿命灌浆材料具有一定的微膨胀性能,能够减少和补偿水泥浆在凝结过程中的收缩变形,防止裂纹的产生,它能够使预应力钢筋与混凝土良好结合,保证预应力的有效传递。

四、原材料组成

水泥基灌浆料主要由水泥、细集料、膨胀剂、矿物掺合料、高效减水剂、调凝剂、保水剂、消泡剂等组成。

1 水泥

水泥作为压浆材料中主要的组分之一，水泥的品种、活性、强度等级和用量等对压浆材料的性能有着重要的影响。

常用的水泥品种有:普通硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥等，或它们之间的复合使用。为保证灌浆料硬化后的强度，水泥等级一般不能低于级的低碱硅酸盐水泥或低碱普通硅酸盐水泥。为保证压浆料的早期强度，一般采用普通硅酸盐水泥与早强水泥（硫铝酸盐水泥、铝酸盐水泥）互掺使用。

2集料

集料的级配和细度模数会影响灌浆材料的塑性、以及凝结硬化后的力学性能。集料颗粒的形貌对灌浆材料性能也有一定的影响。常用集料包括级配优良的天然砂和石英砂。骨料级配均匀，灌浆料可以更容易流动，不易出现离析泌水等现象，工作性能会更好。

3外加剂

在混凝土和易性与水泥用量不变的条件下，减水剂能减少用水量，增加混凝土的强度;或和易性与混凝土强度不变的时候，能够节约水泥用量。在水泥浆中增加减水剂甚至缓凝剂，主要目的是改善水泥浆流动性。在微观方面来说，减水剂在水泥浆中主要通过以下方式产生作用:

（1）分散作用:加水拌合后，受到水泥颗粒分子间引力，水泥浆会形成絮凝结构，使一部分水包裹在水泥颗粒之中，不参与浆体的自由流动。包裹着的水无法与外界接触，在浆体中独立存在，不参与任何形式的运动。如果包含减水剂，受到影响，其分子可附着于浆体中的水泥粒表面，从而形成某种带电体，同种电荷容易排斥，使水泥颗粒分散开来，絮凝结构被破坏，释放出的水随之参与流动，这就增加了浆体流动性。

（2）润滑作用:减水剂可附着于水泥粒表面，与水分子作用，形成一种膜。这种膜具有一定的特性，即其具有的润滑特性，能够大大的降低滑动阻力，这种阻力存在于水泥颗粒间，降低的阻力使水泥浆流动性提高。

外加剂种类主要有聚羧酸系高性能减水剂、萘系高效减水剂、氨基磺酸系减水剂等。但从灌浆料的砂浆流动度损失、强度和干燥收缩率方面可以看出聚羧酸系减水剂的效果最好。聚羧酸相比于萘系和氨基有良好的保坍性能，并且相对而言灌浆料的干燥收缩也是减小的，灌浆料的强度有一定的增强作用。

4、膨胀剂

在注浆后，特别是预应力孔道注浆，孔道被水泥浆注满之后，随着时间的推移，水泥颗粒发生沉降，加上水泥水化等因素的影响，浆体体积发生收缩。膨胀剂是一种外加剂，在水泥浆硬化时，其体积却膨胀，补偿浆体的收缩，填充水泥间隙。孔道注浆料收缩变化较大，当体积收缩产生裂缝时，会失去部分应有的保护作用。有试验研究认为，孔道注浆料拌和成型后，1d内产生快速膨胀，1d后体积变化相对稳定，28d时体积只有约%的微膨胀量。这说明注浆料膨胀剂弥补了后期的收缩。注浆料不同时间的膨胀量要适当:早期膨胀量大，会降低孔道的密实性;反之则会导致孔道内填充不密实。当时间推移到浆体的中后期时，如果膨胀量大，会导致孔道内部局部的应力集中；膨胀量小，则不足以弥补孔道注浆料的硬化收缩。

膨胀剂宜采用钙矾石系或复合型膨胀剂，不得采用以铝粉为膨胀源的膨胀剂或总碱量%以上的高碱膨胀剂。国内大多采用UEA型膨胀剂。

5矿物掺合料

矿物掺合料对提高灌浆材料强度、工作性、耐久性以及其他物理力学性能，降低灌浆料水化温升，抑制碱一集料反应都起到至关重要的作用。通常使用的矿物掺合料为磨细粉煤灰、磨细粒化高炉矿渣、硅灰等。这类材料中的活性组分(无定形Si0

2

和Al

20

3

等)通过与水泥水化产物Ca(OH)

2

之间发生二次水化反应，形成类似于水泥水

化产物的物质，起到密实混凝土和砂浆结构、增加强度和改善耐久性的作用。

矿物掺合料宜为优质掺合料，如Ⅰ级粉煤灰、S95或S105级矿粉、硅灰等。粉煤灰、矿粉的掺入使灌浆料的流动性变好，但是掺量不能太高，否则会使灌浆剂的1d强度达不到技术规范要求。粉煤灰二次水化时间很长，灌浆料强度增长缓慢，但是后期强度影响不会太大的。

硅灰能够填充水泥颗粒间的孔隙，同时与水化产物生成凝胶体，与碱性材料氧化镁反应生成凝胶体。在灌浆材料中掺入适量的硅灰，可显着提高抗压、抗渗、保水、防止离析和泌水等性能。

6 消泡剂

聚羧酸高性能减水剂由于其分子结构上的特性，使其在灌浆料使用中引入较多的不均与气泡，影响灌浆料的耐久性及强度。通过添加消泡剂来改善灌浆料的和易性。消泡剂在灌浆料中主要有两方面的作用：一方面能够抑制灌浆料中气泡的形成，另一方面能破坏灌浆料中已形成的气泡。其主要破泡机理是:由于消泡剂的表面张力小，渗透性强，容易进入灌浆料浆体膜内。使隔开空气的浆体膜厚度越来越薄，直至破裂，里面的空气逸出，消除形成气泡的条件。

常用的粉状消泡剂有：多元醇和聚硅氧烷等。

7 保水剂

纤维素醚(CE)是天然纤维素的衍生物，是各类干混砂浆的重要改性外加剂，起着缓凝、保水、增稠、引气、粘合等功能。常用的保水剂主要有：甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素等。

CE在砂浆中的作用主要体现在改善砂浆的工作性和保证砂浆中水泥的水化两个方面。经查阅，纤维素醚系保水剂对灌浆料的流动性影响不大，但对半小时的损失影响较大，且对灌浆料的早期强度影响较大。

但低温条件下（5℃以下），纤维素醚的保水能力迅速降低。且CE通常会引入大量的气泡，一方面，均匀稳定的小气泡对砂浆性能有帮助，如改善砂浆的施工性，增强砂浆的抗冻性和耐久性。但相反，尺度较大的气泡将劣化砂浆的抗冻性和耐久性。这一缺点可通过掺加消泡剂来解决。

8 调凝剂

调凝剂分为缓凝剂和早强剂。早强剂主要有甲酸盐、三乙醇胺、硅酸盐、碳酸盐等。缓凝剂主要有葡萄糖酸钠、蔗糖等糖类缓凝剂，酒石酸、柠檬酸、酒石酸钾钠等羟基羧酸类缓凝剂。

五灌浆料的质量技术指标

水泥浆灌浆料的性能有流动性、凝结时间、泌水率、体积收缩率、浓度及化学成分等方面的要求。真空灌浆工艺使孔道和灌浆机之间存在着负压力差，水泥浆通过孔道的阻力较小，使低水灰比、低流动性的水泥浆可以较快、顺畅地通过孔道并充满孔道的所有孔隙，最大可能地减少泥浆收缩变形和孔隙，提高孔道灌浆的饱满度和密实性。对水泥浆灌浆料的质量技术指标要求如下：

8抗折强度/MPa7d≥

28d≥9充盈度合格

注：①、水灰比：为满足可灌性要求，一般选用水泥浆，水灰比应在～之间；

②、浆体流动度14～18S；③、浆体泌水性：a、小于水泥浆初始体积2%。b、四次连续测试的结果的差值＜1%。c、拌和后24h水泥浆的泌水应能有吸收；④、浆体初凝时间：6小时；⑤、浆体强度：7天龄期强度≥28MPa，28天龄期强度≥⑥、浆体对钢铰线无腐蚀作用；

六常用注浆工艺

1常规注浆工艺

作为最常用的注浆方法，大体分为两大阶段，一是准备工作阶段，另一个是孔道注浆阶段。准备阶段主要包括:注入清水，清洁孔道→安装出浆口与注浆口的稳定阀；在第二阶段中：从注浆口开始注浆→出浆口出浆，并且冒出浓浆→关掉出浆口阀门→稳压2 min→注浆端关闭阀门→4h后拆除阀门。到此注浆工序操作完成。

在注浆时，应该遵循一定的注浆要求。比方说最常见的曲线孔道，要从低点的注浆孔压入，从最高点的排气孔进行排气与泌水。而在孔道注浆顺序方面，应先压下层孔道，后压上层孔道。注浆应循序进行，中间不得停止。较集中的孔道，应尽量连续注浆直至完成。当受到条件限制，不能连续注浆时，后注浆的孔道在注浆前

要用水冲洗。注浆时压力也有一定要求，最大压力为；当孔道较长时，最大压力保持在 MPa左右。常规注浆工艺注浆段、出浆段如图、图所示。

图常规工艺注浆段图常规工艺出浆段

传统的注浆工艺明显的具有局限性，主要表现在：大量的气泡存在于浆体中，当浆体固结硬化后，气泡会形成为孔隙，这也是造成浆体内部存在条状或孔状小孔

洞的主要原因；此外，水泥浆会发生离析、析水、干硬后产生收缩，析出的水造成浆体的减少，致使混凝土强度不足，为工程留下了隐患。但该方法在国内桥梁工程中相当长时间内还将被广泛应用。

2真空注浆工艺

受到多种原因的影响，注浆时水泥浆进入会受阻，从而难以达到良好的浆体密实度。这些原因主要包括:使用的预应力孔道内壁摩阻力、在梁体混凝土浇筑过程中造成管的损坏、孔道内钢束造成的浆体流动受阻、压浆泵的压力不足等。为了排除或减少这些因素的影响，可以采用真空辅助技术注浆。

真空注浆时，首先需要将孔道抽空，再后压注水泥。它同时采用了孔道真空吸浆和压浆进行。具体注浆操作为:清水冲洗，清洁孔道→将孔道两端的锚具封锚→清理注浆孔→孔道两端安装引出管，搅拌水泥浆→开启真空泵将孔道抽真空→启动注浆泵，抽真空端的浆体进入储浆罐→关掉真空泵，打开排气阀→注浆泵继续工作，持压→完成注浆→拆卸外接管道。如图4所示。

图4孔道真空辅助压浆工艺流程图

与常规注浆方法相比较，真空注浆技术具有如下优势:

a、孔道内的空气基本被消除掉，同时也清除了水泥浆中的气泡，注浆的密实度大大提高。消除了气泡，提高了注浆的质量；

b、孔道在整个注浆过程中始终保持了良好的密封性，在真空负压下，浆体中的稀浆，率先进入负压容器，使得孔道中浆体的稠度一致；

c、在真空状态下，减少了弯曲孔道高低而使浆体自己形成的压头差；

d、该技术有利于复杂、弯曲孔道的注浆，提高了注浆效率；

e、注浆时采用塑料波纹管，耐腐蚀性好，能阻止有害物质穿透管道，保证了预应力构件具有良好的耐久性。

七灌浆料的常规试验检测方法

灌浆料浆体的常规试验检测方法主要涉及抗压强度、抗折强度、凝结时间、流锥时间、自由泌水率、压力泌水率、充盈度、24h自有膨胀率等。所涉及技术指标具体检测方法按照JC/T 2093-2011《后张法预应力混凝土孔道灌浆外加剂》、

八灌浆料的工程质量检测方法

1 钻芯取样法

钻芯检测法通常是在发现存在灌浆质量时使用。该方法是最早被用来检测灌浆缺陷的方法，属于一种局部破损的检测手段。其优点在于直观有效，缺点则是工作量大、效率低、费用高，而且容易造成预应力钢绞线的损伤。

2 探底雷达法

探地雷达法（，它GPR），利用高频电磁波，以宽频带短脉冲的形式由结构表面传入混凝土内部，遇到异质或边界时被反射回来。而钢绞线对电磁波有一定的屏蔽作用。它主要的缺点是:①不适合于密集钢筋状况；②由于高频电磁波受金属屏蔽的影响，因此不适合于铁皮波纹管；③适用范围窄，在一定情况下对缺陷不敏感、测试精度低。

3 超声波成像法（UT）

超声波成像法是利用超声波透射法可以检测压浆缺陷，但需要从板的两侧面对测，而且需要耦合，作业性差，效率低，难以实用。

4冲击弹性波法检测技术

冲击弹性波法检测技术原理是在预应力孔道锚具端头施加一个瞬时机械冲击激发的低频应力波，由另一头的接收端接收激发信号，由于压浆缺陷通常发生在管道的上方，一般只需测试最上方的钢绞线即可。通过测试弹性波经过钢绞线的传播时间，并结合钢绞线的长度计算出弹性波经过钢绞线的波速。通过波速的变化判断预应力孔道灌浆密实度的情况。一般地，波速与压浆密实度有相关性，随着密实度增加，波速逐渐减小，随着密实度降低，波速逐渐增加。当灌浆密实度达到100%时，测试的锚索的P波波速接近混凝土中的P波波速。

此检测方法检测时可分为两类:1)基于孔道两端穿透的方法； 2)基于反射的冲击回波法。该两种方法从定性和缺陷定位两方面检测纵向预应力梁管道的压浆质量状况，并对测试数据进行处理，对典型缺陷进行分析，评价注浆质量状况。该方法在测试过程中针对一个测试面或两个测试面均可操作，其可操作性较高，是一种较为简便、有效的测试方法。

5 其它检测方法

其它检测方法主要有表面波频谱成像法（SASW），冲击回波振幅谱的堆栈成像法(SIBIE)，超声相控阵法，放射线(X光、伽马射线、铱192等)的检测方法等。但由于各种方法的原理、仪器适用范围和精度、人员技术水平等的小同，难以大范围推广开来。

九灌浆料生产销售的相关难点

关于灌浆料产品的生产和销售，不论是在生产技术、质量控制方面还是产品营销方面，我们都是空白，通过前期的一些调查、访问以及网上查询，初步了解到预应力灌浆料在高速公路预制混凝土桥梁构建上的一些使用情况。

（1）原材料基本上是外购，压浆料主要有散装和封装两种销售种类。拌合检测合格后即可销售，在销售方面，通常是与施工需方恰谈，有2种模式：一是，销售灌浆料成品，二是，销售灌浆剂，施工方自备原材料（即水泥），自行复配灌浆料，但是通常这种模式比较繁琐，施工方也不愿意做，因此，在大多数情况下，施工方还是采用直接购买灌浆料成品，仅需加水拌合即可使用的模式。但是在加水拌合过程中，拌合用水量是影响灌浆料浆体性能与后期性能的一个重要因素，如何使施工方规范用水量的使用是一个亟待解决问题。

（2）粉剂聚羧酸外加剂的研发、使用。灌浆料所涉及的原材料均为干料，粉剂聚羧酸在公司产品生产上还是空白。

（3）灌浆料各原材料质量及配合比

灌浆料就其组成本身而言并不复杂，水泥、外加剂、膨胀剂都是我们所熟悉的，但由于各原材料特别是水泥、集料、矿物掺合料质量波动较大，而现有生产技术，尤其是在其质量技术控制和生产销售经验方面，特别匮乏，其中有很多细节和关键的要点并不是我们道听途说或者查查资料就能解决的，必须要通过大量的试验试配，依托外有技术，系统地找到原材料的变化规律、外加剂掺量以及强度的变化，及时总结灌浆料的生产技术规律，才能对外生产和销售。