摘要水泥基灌漿料是一種由水泥、骨料、外加劑和礦物摻和料等原材料，經工廠化配制生產而成的具有合理級配的干混料。加水拌合均勻后具有可灌注的流動性、微膨脹、高的早期和后期強度、不泌水等性能。與傳統細石混凝土相比，其具有流動性更好、強度更高和易于施工控制的特點;與傳統環氧砂漿相比，具有膨脹性好、施工簡便快捷等特點。自20世紀90年代初，我國自主研發生產的水泥基灌漿材料在眾多大中型企業的設備安裝、建筑結構加固改造工程中得到廣泛應用。硫鋁酸鹽系列水泥是具有我國自主知識產權的性能優良的特種工程材料，其具有凝結快，強度高，微膨脹和低收縮的性能。以其作為基體配制的灌漿料具有早強高強，微膨脹性，抗腐蝕性好，耐久性強的特點。

一、水泥基灌漿料的材料組成

綜觀各國水泥基自灌漿料配方雖各不相同，但主要由以下幾個部分組成：水泥、填料、骨料、高效減水劑、保水劑、調凝劑、早強劑、膨脹劑和消泡劑等材料。

①水泥：水泥是水泥基灌漿料的主要材料，該材料的選擇對灌漿料的性能起著決定性作用。通產采用普通硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥等或普硅酸鹽水泥摻加少量的鋁酸鹽水泥，硫鋁酸鹽水泥。

②集料：集料是砂漿中一個重要的組成部分，集料的級配和細度模數會影響砂漿的塑性以及起硬化體的力學性能，集料顆粒的形狀也會影響砂漿的工作性。通常采用級配優良的天然砂和石英砂。

③高效減水劑：由于水泥基灌漿料的漿體要求具有較高的流動性及穩定性，因此選擇好的高效減水劑是其技術的關鍵。

④礦物填料：合適的顆粒級配對漿體的流動性及穩定性也有很大的影響，因此灌漿料中也適量加入粉煤灰、礦渣粉、硅灰、等礦物摻合料作為細填料。目前

已有學者將礦物摻合料的增塑減水機理總結為四大效應：微填充效應，形貌效應，比重效應，分散效應。

⑤保水劑：由于水泥基灌漿料要求大流動性而不泌水，泌水不利于其強度的正常發展及耐久性，因此要選擇較好合適品種的保水劑，通常選擇各種纖維素，如甲基纖維素、羥丙基甲基纖維素、羥乙基纖維素等。

⑥膨脹劑：膨脹劑加入灌漿料起補償收縮活微膨脹作用，膨脹劑是以形成鈣礬石產生膨脹、補償收縮的產品為主。

⑦調凝劑：調凝劑有速凝劑和緩凝劑兩類。速凝劑用于加快砂漿的凝結硬化，廣泛使用甲酸鈣和碳酸鋰。鋁酸鹽、硅酸鈉也可用作速凝劑。緩凝劑用于減緩砂漿的凝結硬化，酒石酸、檸檬酸及其鹽以及葡萄糖酸鹽已被成功使用。

⑧消泡劑：消泡劑能減少新拌砂漿的含氣量，有吸附在無機載體上的碳氫化合物、硬脂酸及其酯、磷酸三丁酯、聚乙二醇或聚硅氧烷等。目前干混砂漿中用的消泡劑主要是多元醇和聚硅氧烷等。應用消泡劑除了調整氣泡含量以外.還可以減少收縮。

二、灌漿料的國內外研究現狀

2.1國外研究現狀

從國外的一些文獻和歐洲早期關于灌漿料和修補砂漿的專利可以看出，生產灌漿料的主要技術路線如下：用硅酸鹽水泥或普通硅酸鹽水泥作膠凝材料，用膨脹劑達到補償收縮的目的，用早強劑達到早強的目的，用礦物摻合料改善后期的強度和流變性能，用有機添加劑改善離析泌水性。

國外學者對水泥基灌漿料的配制、性能、機理等方面進行了較多的研究：Kamal H.Khayat指出：在水泥基材料中加入水溶性聚合物增稠材料能改善水泥基材料的粘聚力和保水性，抗離析和集料下沉，改善砂漿混凝土的抗凍耐久性和力學性能。

M.Sahmaran和Nzkan等人通過試驗證明在水泥基灌漿材料中加入天然的浮石粉能改善灌漿材料的流變性能，當天然浮石粉和超塑化劑一起使用時流變性能改善更加明顯。

M.Jamal Shannag認為摻加礦物摻合料(天然火山灰，硅灰，粒化高爐礦渣粉和粉煤灰)和超塑化劑可以生產高性能水泥基灌漿材料，其具有好的流動性、抗滲性、抗侵蝕性、抗凍耐久性、體積穩定性和強度，并在試驗室利用PO42.5，石英砂，硅灰，高效減水劑等材料配制出具有良好性能的灌漿材料。

B.elekolu和B.Baradan等對加入超細石灰粉填料的自流平粘結劑進行了試驗研究。結果表明石灰石粉填料的孔隙填充效應能得到更密實的結構，它能和水泥水化生成的氫氧化鈣，游離的二氧化硅反應生成水化硅酸鈣凝膠，更能改善硬化漿體的強度和耐久性。

2.2國內研究現狀

20世紀70年代，為了滿足進口設備的需要，我國開始了灌漿料的研制工作，并于1977年研制成功，開始在冶金設備安裝中大量應用。經過30多年的研究實踐，我國灌漿料的技術性能逐步提高，其各項技術性能已達到國際水平。在灌漿料的使用上，已從傳統的用于機械設備安裝的二次灌漿發展到用于混凝土結構的加固修補方面，并獲得良好的效果。

1987年，中國建材研究院在研究膨脹劑的基礎上研制成無收縮超早強二次灌漿系列產品簡稱UGM(U-Type Grout Materials)，已在全國大小幾十個進口設備安裝工程中應用，效果良好。據用戶反映，部分性能已超過國外同類產品的技術指標。它具有無收縮、超早強、高流動性、粘結力強和對鋼筋無銹蝕等特點。UGM是由高強膠結材料，膨脹劑、流化劑、調凝劑和石英砂復配而成[25]。

1990年，為完成冶金部、建設部下達的“設備灌漿料系列產品研究”任務，解決進口材料昂貴，國產材料性能欠缺(強度和流動性等)問題，冶金建筑研究總院研制成功CGM灌漿材料。隨后研制出一系列CGM灌漿材料，以滿足各種設備和不同季節灌漿施工的技術要求，并彌補現有單一產品性能及其它方面的不足，在數十個國家重點工程中，試應用了10000余t。1997年2月通過了冶金部和建設部的技術鑒定,同年獲國家重點新產品稱號。

以下是國內一些有關灌漿料的專利[17-22]配方(所用材料百分比均按質量計)：

專利配方一：硅酸鹽水泥35-60%二氧化硅微粉2.0-5.0%石灰內膨脹劑0.3-2.5%萘磺酸鹽縮合物0.5-2.0%石英砂(0.25-1.0mm)40-65%水料比0.13-0.20。

專利配方二：硅酸鹽水泥30-60%中粗黃砂50-60%早強劑8-15%加速水化劑0.7-0.9%緩凝劑0.08-1.53%水料比0.14-0.18。

專利配方三：硅酸鹽水泥20-40%快硬水泥10-20%活性摻合料1.0-4.0%膨脹劑0.3-2.5%減水劑0.2-0.8%懸浮劑0.01-0.25%纖維0.005-0.015%石英砂40-70%水料比0.11-0.16。

專利配方四：普通硅酸鹽水泥35-50%膨脹劑1-6%減水劑0.1-0.8%普通建筑用中砂45-60%纖維素醚0.001-0.08%專利配方五：普通硅酸鹽水泥42.5 50%BM膨脹劑6%美國PLA外加劑2.5%硅砂：30目硅砂22%50目硅砂19.5%。

專利配方六：PO42.5R水泥36.5%超細硅灰粉2.0%粉煤灰7.5%石英砂(石英砂級配：0.0-0.16mm 10%，0.16-0.315mm 30%，0.315-1.25mm 28%，1.25-2.5mm 23%，2.5-3.0mm 9%)50%磺酸鹽甲醛聚合物1.48%過燒生石灰和硫鋁酸鹽膨脹劑(過燒生石灰和硫鋁酸鹽膨脹劑比例為1：5.2)2.38%纖維素醚0.056%金屬鋁粉0.01%聚丙烯纖維(長度5-10mm直徑0.05-0.08mm)0.074%拌合水14%。

目前國內從事灌漿料的生產企業達200余家，年產量近50萬噸。隨著化學外加劑、礦物摻合料、水溶性聚合物改性劑和填料在干粉砂漿中的應用日趨成熟。

對于灌漿料來說亟待解決的是早強和膨脹的問題。當前國內配制灌漿料主要途徑如下：一是在普通硅酸鹽水泥中加早強劑和膨脹劑，二是使用特性水泥，三是普通硅酸鹽水泥和特性水泥復合。

第一種途徑目前應用最為廣泛，國內的研究機構和學者對用該方法配制水泥基灌漿材料產品做了大量的研究。

天津建材研究所的吳為群等報道了對高強灌漿材料的研究，并對礦物摻合料和超細粉料用于灌漿材料中的機理和作用做了分析。指出：使用活性礦物摻合料的火山灰效應可以降低集料和膠凝材料界面區域氫氧化鈣的含量，從而改善界面孔結構分布，增加界面間作用力，提高材料間的粘結強度。

石油大學后勤管理處孫翔等對SK高強無收縮灌漿料的研制與應用作了研究，在灌漿料中復合了防裂組分以減少塑性階段的收縮取得了良好的效果。包頭鋼鐵學院的航美艷等配制出GL-E灌漿材料并對其性能作了研究。

北京科技大學劉娟紅等研究了特制砂，粉煤灰及抗裂防水劑的不同摻量對高性能水泥基灌漿材料自收縮性能的影響，并通過SEM形貌和EDS等手段，對水泥基灌漿材料水化產物的早期結構，形貌和相組成進行了研究。結果表明：水泥基灌漿材料的自收縮隨著特制砂和粉煤灰摻量的增大而減小。當適當加大抗裂防水劑的摻量能夠有效地降低水泥基灌漿材料的自收縮率，抗裂防水劑的摻量為10%時，能使水泥基灌漿材料漿體在早期生成大量的鈣礬石,補償漿體一部分自收縮,減小自收縮率。

浙江合力新型建材有限公司的董蘭女等報道了該公司生產的HL-HGM高強無收縮灌漿料在杭州灣跨海大橋50m簡支箱支座安裝中的應用，并取得良好的效果。山東省建筑科學研究院郭蕾等對高性能灌漿劑以及用灌漿劑配制的灌漿材料的性能展開研究，試驗證明，利用普通硅酸鹽52.5R(或普通硅酸鹽水泥42.5R)水泥、河砂、細石，摻加所開發的灌漿劑，配制出的灌漿材料技術性能優異，施工方便，成本低廉可以根據實際情況配制灌漿材料以滿足不同工程的需要[23]。

江西省建筑材料工業科學研究設計院郭路等對用普通硅酸鹽水泥摻工業硬石膏配制高強灌漿料以及各種原材料對灌漿料性能的影響做了相關的研究。研究中指出：減水劑及緩凝劑的品種、摻量是影響水泥基灌漿料流動度和經時損失主要因素，砂的顆粒級配對灌漿料的強度極大，合理的顆粒級配能夠得到更密實的灌漿料。

北京市建筑工程研究院賀奎等以PO42.5水泥為基礎，通過骨料級配和多種外加劑的調整，研制出一種流動性良好、高強無收縮的ANG-II型灌漿料。并且利用二步膨脹機理使材料具有良好的填充性能，通過三次增強作用，使材料的更加牢固耐久。ANG-Ⅱ型灌漿料自開發成功以來已應用于多項工程，如國家體育場、國家游泳館(水立方)等，取得了良好的效果。

雖然第一種途徑應用廣泛，但配制的灌漿料存在性能不穩定的缺點。原因有二：一是國內市場上膨脹劑穩定性不理想，二是使用的早強劑雖然獲得一定的早期強度但后期強度和耐久性能受到很大的影響。因此，采用該方法配制灌漿砂漿質量不易控制，且難以實現批量生產。

第二種途徑主要是利用硫鋁酸鹽水泥配制灌漿料。濟南大學杜紀鋒等利用硫鋁酸鹽水泥、粉煤灰、砂、減水劑等配制高流動性硫鋁酸鹽水泥基灌漿材料(SAGM)并對其性能和水化產物微觀結構做了相關的研究和分析：加入礦物摻合料和各種外加劑后，在水泥石中鈣礬石與氫氧化鋁凝膠、C-S-H凝膠相互搭接，使得結構較為致密，無大氣孔缺陷，硬化漿體具有早強、高強和抗干縮性能。考慮到硫鋁酸鹽水泥成本較高，配制的灌漿料只能在一些重點工程中應用，不宜推廣。

第三種途徑相對來講，是一種好的技術路線，是灌漿料的發展方向。主要是采用硅酸鹽水泥和硫鋁酸鹽水泥復合或硅酸鹽水泥和鋁酸鹽水泥復合配制灌漿砂漿。國內有一定的研究應用，但文獻不多。

同濟大學建筑材料研究所謝琦等利用硫鋁酸鹽水泥與普通硅酸鹽水泥復合研制出高性能無收縮水泥基灌漿料，并從流動度、強度、豎向膨脹率以及鋼筋握裹強度等方面對該灌漿材料的性能進行了較全面研究。

西安建筑科技大學的桑國臣和劉加平通過采用硅酸鹽水泥和鋁酸鹽水泥及適量其它材料復合制備出高質量水泥基無收縮復合灌漿材料。試驗結果表明：1.硅酸鹽水泥和鋁酸鹽水泥復合使用時，通過添加合適的外加劑及摻合料能夠獲得優異的流動性能;2.確定硅酸鹽水泥和鋁酸鹽水泥的合適比例后，可通過石膏的用量控制灌漿料1d的豎向膨脹率;3.控制鈣礬石的生成對提高該體系的力學性能和改善微膨脹性能起重要作用。結果表明采用硅酸鹽水泥和硫鋁酸鹽水泥復合膠凝材料體系配制的灌漿料存在早期強度低、膨脹性不足等缺點，采用普通硅酸鹽水泥與鋁酸鹽水泥復合，用石膏控制鈣礬石的數量能更好地解決灌漿料早強和膨脹的問題。

三、小結

水泥灌漿料由于沒有粗集料而在修補工程中廣泛應用，近年來廣泛應用的工程修補干粉灌漿料多使用硅酸鹽水泥。與硅酸鹽水泥相比，硫鋁酸鹽水泥的組分以無水硫鋁酸鈣礦物為主，使水泥具有早強、高強、抗滲、耐腐蝕和低堿度等諸多優良特性，具有更加廣闊的發展與應用前景，特別應用于冬季施工、水利、修補等特殊工程中。但普通水泥灌漿料的主要缺陷在于脆性過大而柔性不足，其抗壓強度很高,而抗拉強度和粘結強度較低，硫鋁酸鹽水泥也存在這種缺點,同樣限制了它的應用。利用高分子聚合物來代替水泥灌漿料中的一部分膠凝材料,制成聚合物改性普通水泥灌漿料，可以有效提高水泥灌漿料的抗拉強度和韌性。可再分散乳膠粉性能穩定，使用可再分散乳膠粉作為聚合物生產的單組分干拌灌漿料使得施工操作更容易,可以對灌漿料在使用中的安全性和耐久性提供更大的保證。

參考文獻

[1]李嶠玲.超早強水泥基灌漿料的性能研究[D].哈爾濱工業大學,2011.

[2]戴民,趙慧.礦物摻合料對硫鋁酸鹽水泥基灌漿料性能的影響[J].混凝土,2014,12:91-94.

[3]周代軍.磷渣摻合料在水泥基灌漿材料中的應用研究[D].重慶大學,2012.

[4]朱祥,張展宏,趙紅等.功能性添加劑對水泥基灌漿料性能的影響[J].粉煤灰,2013,03:34-39.

作者：王寧

信息來源：混凝土第一視頻網