外加剂对高贝利特硫铝酸盐水泥注浆材料的影响★

赵悦镔 赵 文 冉小峰 张亚沛 孟维昊 母昌浩

(东北大学资源与土木工程学院,辽宁 沈阳 110004)



外加剂对高贝利特硫铝酸盐水泥注浆材料的影响★

赵悦镔 赵 文 冉小峰 张亚沛 孟维昊 母昌浩

(东北大学资源与土木工程学院,辽宁 沈阳 110004)

介绍了高贝利特硫铝酸盐水泥生产能耗低、早强、高强、微膨胀性的特点，研究了不同掺量的速凝早强剂和稳定剂对高贝利特硫铝酸盐水泥注浆材料性能的影响，确定了两种外加剂的最优掺量分别为0.02%～0.06%和0.1%～0.2%。

高贝利特硫铝酸盐水泥，外加剂，凝结时间，强度，粘度

0 引言

普通硅酸盐水泥熟料在煅烧的过程中产生了污染环境的CO2，对环境保护不利[1]。而高贝利特硫铝酸盐水泥是生料经煅烧所得，以硅酸二钙、无水硫铝酸钙、硫酸钙和少量氧化钙为主要矿物，掺加适量石膏、矿渣等活性或非活性混合材料磨细制成的水硬性胶凝材料，原料中的石灰石比例较小，因此大幅降低了水泥在煅烧过程中产生的CO2和能源的浪费[2]。目前，高贝利特硫铝酸盐水泥由于其环保、早强、高强、微膨胀性的特点使其具有广阔的发展前景。

水泥中掺入少量碳酸锂可显著提高其凝结速率和早期强度，参照《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检测方法》，以占水泥质量分数计，Li2CO3掺量一般在0.000 5%～0.100 0%[2]。高分子聚合物羟丙基甲基纤维素的官能团上带有羟基，能与拌和水分子形成氢键，使其分子间形成网状结构，对水泥有一定的包裹作用，因此可作为一种优良的稳定增稠剂[3]。

1 速凝早强剂碳酸锂对水泥性能的影响

注浆材料最主要的物理性能为流动性、凝结时间和抗压强度。

在水灰比为0.9的情况下，从0.005%～0.15%逐渐改变碳酸锂的掺量，测其初凝、终凝时间。然后将水泥净浆试块在20 ℃、相对湿度大于95%的标准养护箱中养护1 d,3 d,28 d，测其1 d,3 d,28 d的抗压强度。

凝结时间决定了注浆效果的优劣，注浆材料的凝结时间既要保证有足够的施作时间，防止堵管，又要保证浆液在一定的时间内凝固，加快工程的施工进度。图1反映了逐渐改变速凝早强剂的掺量，得到的水泥浆液凝结时间的变化规律。由图1可知，在碳酸锂掺量小于0.04%，高贝利特硫铝酸盐水泥的初凝和终凝时间不断减小，最短凝结时间出现在碳酸锂掺量为0.04%左右。

水泥的抗压强度是注浆材料最基本的物理力学性能，直接关系到固结体的强度和耐久性。高贝利特硫铝酸盐水泥浆液结石率保持在90%以上，符合注浆要求，所以本文主要针对水泥的抗压强度来研究注浆的固结性能。

图2反映了逐渐改变速凝早强剂的掺量，得到的水泥试块抗压强度的变化规律。由图2可知，高贝利特硫铝酸盐水泥抗压强度随碳酸锂掺入量的增加持续上升，说明碳酸锂可以促进水泥的水化，对水泥的抗压强度具有一定的改善作用。碳酸锂掺量在0.04%以下变化时，水泥试块1 d和3 d的抗压强度增长较快。当碳酸锂掺量在0.04%以上时，早期抗压强度趋于平缓。当碳酸锂掺量为0.04%时，水泥试块1 d和3 d的抗压强度相对于空白样增加了67.82%和53.67%。但是水泥28 d的抗压强度在碳酸锂掺量超过0.04%后，呈下降趋势，说明碳酸锂掺量过多会导致水泥后期抗压强度倒缩。综上所述，在此水灰比的情况下，碳酸锂的最佳掺量在0.02%～0.06%范围内。可根据不同注浆工程的要求，掺入不同含量的速凝早强剂碳酸锂来调节注浆材料的凝结时间。

2 稳定增稠剂羟丙基甲纤维素对水泥性能的影响

从0.05%到0.3%逐级改变羟丙基甲基纤维素的掺量，测定添加外加剂的水泥浆液的析水率、流动度、粘度等基本物理性能。图3反映了逐渐改变稳定增稠剂的掺量，得到的水泥浆液析水率的变化规律。由图3可知，水泥的析水率随羟丙基甲基纤维素的掺入量的增加不断下降，在羟丙基甲基纤维素掺量超过0.2%后趋于平稳。

良好的流动性保证了注浆材料在注浆管中能够顺利泵送。图4反映了逐渐改变稳定增稠剂的掺量，得到的水泥浆液粘度的变化规律。由图4可知，水泥粘度随着羟丙基甲基纤维素的掺入量的增加不断上升。在羟丙基甲基纤维素的掺量为0.2%时，水泥粘度为20 s，粘度比较适中。综上所述，稳定剂羟丙基甲基纤维素在保证材料的粘度和抗压强度的前提下，可以降低水泥浆液在大水灰比情况下的析水率。在此水灰比的情况下，羟丙基甲基纤维素最优掺量在0.1%～0.2%范围内。

3 结语

本文以高贝利特硫铝酸盐水泥为主要材料，并加入碳酸锂和羟丙基甲基纤维素等外加剂，进行混合浆液的力学性能和注浆性能的研究，希望获得经济环保、可注性好、固结体强度高的新型注浆材料。通过试验研究和分析，主要有以下几点结论：

1)速凝早强剂碳酸锂有助于增加水泥浆液的早期强度，加快水泥的水化，碳酸锂的最优掺量在0.02%～0.06%范围内。

2)稳定剂羟丙基甲基纤维素在保证材料的粘度和抗压强度的前提下，降低浆液在大水灰比情况下的析水率，羟丙基甲基纤维素最优掺量在0.1%～0.2%范围内。

[1] 李 娟，周春英，杨亚晋.高贝利特硫铝酸盐水泥熟料矿物组成优化[J].硅酸盐学报,2012,40(11):1619-1624.

[2] 姚丕强，俞为民，吴秋生，等.高性能贝利特——硫铝酸盐水泥熟料的研究及进展[J].水泥,2015(4):1-6.

[3] 韩建国，阎培渝.碳酸锂对硫铝酸盐水泥水化特性和强度发展的影响[J].建筑材料学报,2011,14(1):7-8.

[4] 唐 明,李晓明.羟丙基甲基纤维素对水泥基材料的改善效应[J].混凝土,2009(10):50-52.

The influence of admixture to high belite sulphoaluminate cement grouting material★

Zhao Yuebin Zhao Wen Ran Xiaofeng Zhang Yapei Meng Weihao Mu Changhao

(Resources and Civil Engineering School, Northeastern University, Shenyang 110004, China)

This paper introduced the characteristics of production low energy consumption, early strength, high strength, micro expansion of high belite sulphoaluminate cement, researched the influence of different dosage quick setting early strength agent and stabilizer to high belite sulfate cement grouting material performance, determined the optimal dosage of two kinds of additives respectively were 0.02%～0.06% and 0.1%～0.2%.

high belite sulphate cement, admixture, setting time, strength, viscosity

1009-6825(2017)12-0098-02

2017-02-18★:国家级大学生创新训练计划资助项目(201610145031)

赵悦镔(1996- )，男，在读本科生

TQ172.72

A