早强型水泥浆液配制的试验研究和应用效果

反应中生成的NaOH进一步促进了水泥水化,生成的Ca（OH)2则加速了反应的进行。水玻璃与氢氧化钙之间反应是较快的,随着反应过程的进行,胶质体越来越多,强度也越来越高。所以,水泥-水玻璃浆液的初期强度主要是水玻璃与氢氧化钙的反应起主要作用,而后期强度主要是水泥本身水化起主要作用。此外,水泥水化生成的氢氧化钙总数量是相对固定的,因此过量的水玻璃是无益的,反而会使整个水泥体系稀释,致使强度降低。一般在水泥中加入2%～3%的水玻璃,凝结时间可缩短30%～40%;加入量大于2%,则有延长初凝时间的作用。

3)水泥减水剂

水泥减水剂又称为水泥分散剂、塑化剂或减阻剂等。常用的普通减水剂有木质素磺酸盐（木钙)、羟基羧酸盐、多元醇聚氧乙烯烷基醚类等;高效减水剂有β-萘磺酸盐甲醛高缩聚物（亦称NUF-5)、磺化三聚氰胺水溶性树脂和x404等。

对于低水灰比（W/C≤0.5)水泥浆液（或速凝型早强水泥浆液),当其可泵期较短时,才考虑往水泥浆中加入适量的减水剂。减水剂是一类具有表面吸附活性的低分子有机物,它吸附到水泥颗粒表面,阻止水泥颗粒因聚结所形成的网状结构,减少了被水泥颗粒网状结构包围的水,改善了水泥颗粒与水接触的水化条件,增加了其流动性。因水泥水化充分,最终减水剂还能提高水泥结石体的抗压强度。减水剂加量应严格控制,如木钙加量不应超过0.4%,NUF-5的合理加量为0.3%～0.5%;否则,加量过多,会影响水泥结石体早期强度的提高,甚至出现严重缓凝的现象。

4)其他水泥外加剂

根据灌浆作业需要,会用到水泥缓凝剂,如糖类（葡萄糖酸钠)、磷酸盐类（磷酸二氢胺、磷酸氢二钠、焦磷酸钠、三聚磷酸钠)、硫酸铁、氯化锌、柠檬酸等具有良好的缓凝效果。对于缓凝剂的使用及加量应严格控制。

为增大灌浆锚杆的锚固结石体体积,以提高锚杆极限抗拔力,可往水泥浆中加入一定量膨胀剂。硫铝酸钙类（钙矾石UEA、明矾石AEA)、氧化物（氧化钙、氧化镁、氧化铁)、铝粉等均具有膨胀作用。此外,为有效提高水泥结石体的抗压强度及对钢筋拉杆的握裹力,可加入适量的纤维（0.05%～0.15%)及硅灰（4%～12%)。对于高铝水泥,可往其中掺入一定量粉煤灰（20%～50%),使其在满足水泥结石体抗压强度前提下,降低成本。

3.3　早强型水泥浆液配制的试验研究和应用效果

根据预应力锚固工程锚固体浆液灌注和张拉锁定的作业要求,采用正交试验法分别对普通硅酸盐水泥浆液和铝酸盐水泥浆液进行了改性研究。为满足不同种类的早强型水泥浆液性能设计要求,试验确定了氯化钠、硫酸钠、三乙醇胺、木钙粉、NUF-5、水玻璃、纤维、硅灰、粉煤灰等水泥外加剂或填料的加量比例,在满足浆液可泵期（15～50 min)前提下,使水泥结石体2～3 d凝期抗压强度提高到15～25 MPa,与改性前的纯水泥浆液相比,其抗压强度提高了50%～150%,从而加快了锚固工程施工速度,使支护边坡位移得到及时控制。所研制的早强型水泥浆液,经过工程现场试验证实,其应用效果显著。

3.3.1　试验研究方法及选用仪器

为了研制出适合于预应力锚杆灌浆作业的早强型水泥浆液新材料,采用正交试验法对普通水泥浆液进行改性试验,每组试验一般分2～3批进行,根据前一批正交试验获取的试验数据结果设计下一批正交试验,最后根据锚固体浆材的性能指标设计要求选定水泥外加剂类型和加量比例。

锚固浆材试验考核的主要性能指标有浆液的可泵期,流变性,初、终凝时间,2 d、3 d、7 d、10 d、14 d、28 d的无侧限抗压强度值,重点为2 d、3 d、7 d的抗压强度指标。

试验仪器有:水泥浆液流动度仪、凝结时间测定仪（维卡仪)、凝期抗压强度试验机、电动抗折试验机（KZT-500型)、扫描电镜试验仪（KYKY-AMRAY1000B型)、六速旋转黏度仪等;试样室温潮湿环境下养护。

（1)水泥浆液流动度仪

水泥浆液流动度仪由流动盘和截锥模组成,如图3.2所示。流动盘上刻有不同直径的同心圆。测量时将圆盘水平放置,将截锥模放到圆盘中心,把配好的浆液倒入锥模中,垂直提起锥模,浆液流散的直径（cm)从圆盘上读出。浆液拌和后,每隔一定时间测定一次,每次重复做3遍,取其平均值,直到浆液流散直径等于14 cm时为止,此时浆液处于可泵送的最终时刻,之后,水泵将难以抽送。因此浆液的可泵期可由从浆液搅和时起到流动度为14 cm时的时间加以确定。

（2)凝结时间测定仪

浆液终凝时间的测定常用维卡仪,如图3.3所示。将试针拧在金属圆棒下端,试模放在玻璃板上,盛满浆液,再放到仪器底座上,将试针针尖刚好接触到浆面,之后让圆棒与试针自由下落,刺入浆液,读出指针读数,即刺入深度。