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1、高强自流平无收缩灌浆料研制技术报告一、课题研究的背景和意义1.1 高铁支座砂浆近年来，随着高速铁路的不断发展，其对高速、安全、便捷的特殊性，对基础设施中的桥梁、轨道等提出了更高的要求。高铁的施工工艺也与传统铁路有着显著差异，因而出现了各种各样的铁路工程新材料，如自密实混凝土、CA砂浆、支座砂浆等新品种，以适应高铁技术的发展。高性能支座砂浆是以快硬水泥为主要胶凝材料，以优质石英砂为细骨料，再合理添加减水剂、缓凝剂、膨胀剂等外加剂而形成的一种新型砂浆材料。这种砂浆在现场施工时，只需要根据实际施工条件稍微来调整掺水量即可。这使得可以在保证高铁基础设施质量的前提下有效缩短施工时间，提高施工进度，因而其
2、在高铁建设中起着重要的作用。由于高铁支座灌浆材料的强度高，水灰比低，受影响的因素很多，因此在支座灌浆材料的配合比设计方面，普通砂浆的配合比设计方法和原则已不适用。其主要原因是：通常高强度与低水灰比之间不再成反比关系，因为在较大的水泥用量中不能水化的部分不容忽视，改变其他外加剂用量可以调节流动度，添加矿物掺和料的品种和数量也可以直接影响到砂浆的强度和其他性能。表1列出了高铁专用支座灌浆材料对主要性能指标的要求。表1高铁专用支座灌浆材料的性能指标性能指标要求值初始流动度，mm32030min流动度，mm2402 h抗压强度，MPa2024h抗折强度，MPa1028d抗压强度，MPa5056d抗压强
3、度，MPa28d90d抗压强度，MPa56d28d弹性模量，GPa3028d膨胀率，%0.020.1作为铁路工程新材料，高铁专用支座砂浆要求其具有早强、高强、高弹性模量等非常好的力学性能，而且要求其有良好的工作性，以便于工程施工。1.2支座灌浆材料的主要组成部分（1）胶凝材料高铁专用支座灌浆材料的特殊性决定了其胶凝材料的特殊性，如支座砂浆所必须具有的微膨胀和早强性能必然要体现在胶凝材料上。快硬水泥具有凝结硬化快、早期强度高、微膨胀性、低温性能好，并且具有较好的耐腐蚀性。快硬水泥包括硅酸盐水泥、氟铝酸盐水泥、高铝水泥、硫铝酸盐水泥、铁铝酸盐水泥等。（2）细骨料主要是由不同目数的优质石英砂级配而成
4、。（3）减水剂高效减水剂是现代建筑工程中必不可少的外加剂，可以显著减少胶凝材料的用水量，增大水泥浆体的强度。（4）缓凝剂在砂浆中掺加一定量的缓凝剂可以延缓水泥初期的水化，提高砂浆初期的和易性。缓凝剂组分不同，缓凝机理也通常不同。缓凝剂可降低水泥水化放热速率，延缓砂浆初凝和终凝时间。掺加适量的缓凝剂可以改善砂浆的流动性，满足支座灌浆材料的特殊施工要求。（5）膨胀剂配制微膨胀型的支座砂浆既可以利用膨胀性水泥也可以通过掺加膨胀剂来实现。砂浆在灌浆及硬化过程中，会出现一定程度的收缩，会使砂浆产生裂纹，降低砂浆的强度和抗渗。常用的膨胀剂有硫铝酸盐类、氧化钙类、氧化镁类、氧化铁类等。（6）支座灌浆材料配合
5、比设计的基本要求支座灌浆材料配合比设计就是科学合理地选择原材料，通过实验和计算确定满足工程要求的技术指标的各项原材料的用量。高性能支座灌浆材料的配合比设计有大致以下儿方面要求：（1）耐久性好；与普通的砂浆不同，支座砂浆专用于高铁桥梁锚固支座上，高铁设计寿命长，相应材料要求与一般砂浆有很大不同，首先就要保证具有良好的耐久性。因此支座灌浆材料设计配比时要考虑到抗渗性、抗冻性、抗化学侵蚀以及抗干燥收缩的体积稳定性等。（2）强度高。砂浆要具有高耐久性，必须具有较高的强度。高强度是支座砂浆的基本特征。（3）工作性能优异。高速铁路施工工期短，施工进度要相应加快并保证安全质量问题就必需使支座灌浆料具有良好的
6、工作性能，这就要求支座砂浆在拌和灌浆以及成型中易施工，不分离。流动度是表征支座灌浆料流动性的重要指标，流动度越大，砂浆流动性越高，工作性能相应也越好。（4）经济性。支座砂浆的经济性是高铁建设中必须考虑的一个问题。在高速铁路专用支座砂浆中，水泥和高性能减水剂价格最高，用量也大，因此在对支座砂浆满足要求的情况下，单位体积支座砂浆中水泥用量越少经济性越高。支座砂浆较普通砂浆一个明显的区别就是其所用的主要胶凝材料为快硬水泥，水化热较高，容易在高温下水化容易产生裂缝，因此水泥用量不仅是经济问题，也是安全问题。1.3现有支座砂浆存在的问题尽管国内的一些厂家己经研究出了支座灌浆材料，但是在施工使用过程中还存
7、在一些问题：（1）普通支座灌浆材料在早期强度和早期的工作性能上没有能找到一个很好的平衡点，或者是有良好的早期强度，但是早期的工作性能就会比较差，不能保证施工的顺利进行。（2）支座灌浆材料凝结时间过早造成废料在搅拌机上的堆积，给清理工作造成了很大的影响。另外，凝结时间过早还会造成在重力灌浆的时候堵管，一旦堵管，施工就不能继续进行。（3）普通支座灌浆材料后期性能不稳定，如无膨胀性或有一定的收缩造成灌浆料不能有效填充锚固支座，或者后期强度倒缩，这些都将影响高速铁路的安全性。（4）支座灌浆材料系统价格偏高二实验研究方法2.1原材料水泥实验采用山东本地三种不同厂家的42.5R级快硬水泥，分别编号为1#、
8、2#和3#，其主要化学组成见表2，其物理性能见表3。表2 实验用三种快硬水泥的化学组成水泥SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO31#9.1734.132.7841.731.969.412#9.5835.192.7341.521.759.333#9.3436.352.5740.861.639.25表3 三种快硬水泥的物理性能水泥安定性凝结时间，min抗折强度，MPa抗压强度，MPa比表面积，m2/kg初凝终凝1d7d1d7d1#合格30324.55.838.349.64502#合格23384.65.736.747.54403#合格23404.65.835.348.3410矿物掺和料 实验
9、所用矿物掺和物的化学组成见表4。表4 硅灰的化学组成（%）SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3K2ONa2OLOI比表面积， m2/g88.340.010.292.532.860.901.980.571.9920细集料实验所用细集料为14100目优质石英砂，使砂浆的细集料具有良好的级配。化学外加剂所选用的外加剂有减水剂，缓凝剂，膨胀剂等。纤维实验所用纤维为聚丙烯纤维，其物理性能见表5。表5 聚丙烯纤维素的物理性能密度熔点燃点拉伸极限抗拉强度弹性模量含湿量0.921 kg/m316559320%270MPa3.5GPa3%2.2试验方法2.2.1凝结时间的测定凝结时间的测定方法按GB/
10、T1346-2001进行。2.2.2流动性的测试流动性测试方法按水泥胶砂流动度测试方法GB/T2419进行。其中截锥圆模的尺寸为：高度600.5 mm；上口内径700.5 mm；下口内径1000.5 mm；下口外径 120 mm。2.2.3体积稳定性测试支座灌浆材料的膨胀率测试方法应用架百分表法，按国家标准混凝土外加剂应用技术规范GB501192003中的有关规定进行测试。2.2.4力学性能测试支座灌浆材料的抗压强度和抗折强度测试按照国家标准 GB/TI7671-1999水泥胶砂强度检验方法法进行测试。试件采用尺寸为40mm40mm160mm的棱柱体试样。将2.2.2搅拌的灌浆材料倒入试模中成
11、型，浆体与试模上边缘齐平，禁止震动。标准养护后分别测量试件2 h、ld、28d、56d、90d的抗压强度值和24h的抗折强度值。支座灌浆材料的弹性模量按照 GB/T50081-2002静力受压弹性模量试验方法进行测量。2.2.5微观测试采用X-ray衍射仪进行水化样品的物相分析；利用扫描电镜进行试样的显微观察。三. 支座灌浆材料初步配合比的设计支座灌浆材料一般由胶凝材料、细集料以及多种不同类型外加剂复合而成。外加剂的种类及用量常常是决定砂浆质量的重要因素。3.1胶凝材料的选择胶凝材料是支座灌浆材料中最关键的组分，也是影响砂浆强度的主要因素。对于采用优质骨料配制的砂浆，其破坏常常发生在水泥石与骨
12、料的界面处，砂浆的强度主要取决于水泥石与骨料之间的粘结力。配制支座砂浆的水泥必须满足以下条件：标准稠度用水量要低，使砂浆在水灰比较低的情况下也能获得较大的流动性；水泥的水化热要比较低，避免因砂浆内外温度差过大造成砂浆出现裂纹；水泥硬化后浆体强度要高，保证用较少的水配制高性能支座灌浆料。3.1.1不同胶凝材料的工作与力学性能对比为确定支座灌浆材料选用水泥类型，先设定其他原材料用量固定，胶凝材料与细集料比例暂定为1：1；细集料中A粒度石英砂与B粒度石英砂比例为1： 1；减水剂采用自制聚羧酸高效减水剂，用量占胶凝材料的2%；水料比为0.15，三种快硬水泥的对比实验见表6：表6 三种快硬水泥的性能对比
13、水泥凝结时间（min）抗压强度（MPa）1d抗折强度（MPa）初凝终凝2h24h1#234024.945.312.32#183825.741.810.13#254223.745.611.2由上表可知，1#水泥初凝和终凝时间适中，抗压强度和抗折强度比2#高，和3#水泥相差不大，可以看出l#水泥综合性能较好，故决定采用1#水泥进行后续实验。3.1.2不同胶凝材料的自由膨胀率的对比表7 三种水泥的自由膨胀率比较水泥自由膨胀率（10-3）2h1d28d1#0.410.380.322#0.370.350.253#0.250.200.15快硬水泥的体积稳定性是一项重要的性能能标，由于水泥熟料颗粒的水化、温
14、度、湿度以及大气环境等都对水泥硬化浆体的体积产生一定影响，故水泥石很容易发生体积变形。在高铁专用支座灌浆材料中是不允许砂浆具有体积收缩的，而水泥本身的膨胀性对砂浆的体积稳定性起着决定性作用，故有必要选择膨胀性能较好的水泥来作为支座灌浆材料的胶凝材料。一般来讲，水泥浆体的体积变形包括干燥收缩、化学收缩、碳化收缩、冷缩等。干燥收缩是由于胶凝材料在不饱和空气中由于水分通过毛细管的散发而引起浆体的体积收缩，简称干缩变形；化学收缩是在水泥水化过程中熟料颗粒与水反应生成的水化物凝胶固相体积逐渐增大，而硬化浆体的总体积却相应减小的收缩类型，此类收缩中，水泥水化程度越高，化学收缩比例越大；碳化收缩是指水泥水化
15、产物与空气中二氧化碳遇水形成的碳酸反应生成碳酸钙和自由水而使浆体体积变化引起收缩；温度收缩是由于环境温度降低而使浆体产生的收缩。在所有收缩类型中，干燥收缩对水泥砂浆的体积变形影响较大，浆体中的游离水通过毛细孔和表面张力散发到空气中，毛细管内部液体对毛细管产生拉力，而毛细管的压力变形使浆体产生体积收缩。但是由于快硬水泥水化形成大量钙矾石，使得水泥的收缩较普通硅酸盐水泥要小得多，甚至微膨胀。由上表可知三种快硬水泥的自由膨胀率随着龄期的延长而逐渐减小，三种水泥各龄期的自由膨胀率均有所不同，1#水泥自由膨胀率较高，2#次之，3#最小。因所研究的高性能支座灌浆材料要求具有微膨胀性能，再结合水泥的凝结时间
16、、强度等相应指标，选择l#水泥作为支座灌浆材料的胶凝材料比较合适。3.2石英砂的配比对砂浆性能的影响砂浆的细骨料是影响砂浆性能的重要指标，实验所用细骨料为优质的石英砂。石英砂是一种非金属硅酸盐矿物质，坚硬、耐磨、化学性能稳定，其主要矿物成分是SiO2，下表是石英砂的主要规格标准：表8石英砂的主要规格及标准规格（目数）均匀度（%）SiO2含量，%含粉量，30%），且新拌砂浆流动度经时损失要小，使砂浆具有良好的工作性能；另外，所选用的高效减水剂还要与胶凝材料具有良好的相容性。工程实践表明，相比于萘系和三聚氰胺类减水剂，聚羧酸系减水剂不仅具有掺量少的特点，而且具有环保和不对混凝土中的金属产生腐蚀的优
17、点。本项目开发中，我们选自主研发的新型羧酸减水剂。3.3.1减水剂对砂浆流动性的影响图1减水剂对砂浆流动度的影响从图1中可以看出，随着减水剂掺量的增大，砂浆的初始流动度变化不大， 30min流动度随着减水剂掺量增大而变大。3.3.2减水剂对砂浆强度的影响图2减水剂对砂浆强度的影响从上图中可以看出减水剂对砂浆力学性能影响比较明显。加入减水剂可以显著减小水泥的用水量，在保持工作性能的基础上增大了砂浆强度。3.3.3减水剂对砂浆体积稳定性的影响图3 减水剂用量对砂浆竖向膨胀率的影响从图3中可以看出，减水剂的掺加对砂浆的体积稳定性有一定的负面作用。这是因为减水剂是亲水性的，能把水泥水化初期产生的絮状物
18、分散开来，把絮状结构中包裹的游离水和空气释放出来，既有减水的作用，又使浆体的体积有所减小。随着浆体水化的进行，水化凝胶的数量增加，而且减水剂减少了浆体内部的毛细孔，使浆体结构更加致密，适量增大了浆体的自收缩。3.4缓凝剂对砂浆性能的影响由于快硬水泥本身的水化速率特别迅速，为了保证具有适当的施工期，必须在砂浆中掺加适量的缓凝剂，以延缓砂浆的凝结时间，降低支座砂浆的流动度损失。实验中，采用石英砂级配A：B：C为6：3.75：0.25；高效聚羧酸减水剂，掺量为1.5%；水料比采用0.15。3.4.1缓凝剂对砂浆流动性的影响图4 缓凝剂掺量对砂浆流动度的影响由图4可看出，缓凝组分JSS对砂浆初始流动度
19、影响不大，但是对砂浆 30min流动度有明显的影响。随着JSS掺量的增加，砂浆 30min流动度逐渐增大，当JSS掺量为0.2%时， 30min流动几乎无损失，表明在此掺量下JSS几乎完全阻止了快硬水泥水化的进行。但是如果JSS掺量过大会导致水泥颗粒表面的无定形的阻隔层过厚，使水泥水化实际处于一种静止状态，完全阻止了水泥水化的进行，这样不利于砂浆早期强度尤其是2h抗压强度的发展。JSS掺量过大还会引起砂浆泌水分层，对砂浆的工作性能造成不良影响。3.4.2缓凝剂对砂浆强度的影响JSS不仅对支座灌浆材料的流动度具有良好的促进作用，而且对砂浆的强度也有一定影响。由图3-6可以看出，当JSS掺量为0.
20、05%时，砂浆2 h抗压强度达到最大，随着JSS掺量的继续增大，砂浆2 h抗压强度明显降低，当JSS掺量为0.2%时砂浆的2 h抗压强度已低于20MPa。JSS对于砂浆的24h抗折强度影响不明显，当JSS掺量为0.1%时，砂浆24h抗折强度达到 12.5MPa。JSS对砂浆的28d抗压强度没有明显的影响，因为JSS只是在水泥水化的初始阶段对在水泥熟料颗粒表面形成一定的阻隔，而阻隔层的络合物是不稳定的，随着水泥水化的进行，这种阻隔层越来越薄，到后期作用逐渐消失，所以不会影响水泥的后期水化。综合来看，JSS可以很好的控制水泥水化的初凝和终凝时间，使之相隔时间较短，这样可以使砂浆既具有良好的流动性又
21、不影响早期强度的发挥。3.5膨胀剂对砂浆性能的影响膨胀剂是一种能使胶凝材料产生一定体积膨胀的外加剂。在砂浆灌浆以及水化过程中，胶凝材料不可避免的化学收缩、干燥收缩以及冷缩等会对砂浆的体积稳定性产生一定影响，危害工程质量，而高铁专用支座灌浆材料的性能要求是砂浆要具有微膨胀性，绝对不允许有收缩现象存在。虽然快硬水泥本身就带有一定的膨胀性，但在砂浆中添加膨胀剂也是必不可少的。膨胀剂有硫铝酸盐系膨胀剂、石灰系膨胀剂、复合型膨胀剂以及其他类型的膨胀剂等多种类型。选用石灰系膨胀剂、石膏以及铝粉按一定比例复掺形成的一种复合型膨胀剂。石灰系膨胀剂在水泥水化的初始阶段，水泥颗粒的间隙中形成凝胶状的Ca(OH)2
22、，从而产生膨胀，而后氢氧化钙重新结晶又会发生膨胀，这种膨胀过程会随着晶体的转化浆体的体积不断膨胀，到氢氧化钙晶体全部转化为异方型和六角板状晶体后结束。由于氧化钙遇水就会反应生成氢氧化钙，而如果不采取任何措施的话在砂浆搅拌过程中石灰系膨胀剂就会全部吸水变成氢氧化钙，失去了第一层的膨胀作用，所以就用一种硬脂酸与石灰球磨，硬脂酸覆盖在石灰表面阻止石灰与水的接触，但是随着水泥水化的进行，在碱性条件下硬脂膜在水中溶化，石灰开始其膨胀作用。实验中选用石英砂A：B：C的比例为6：3.75：0.25，与胶凝材料比例为1：1；减水剂为聚羧酸系高效减水剂，掺量为1.5%；缓凝剂选用JSS，掺量为0.1%，水料比为
23、0.15来进行后续相应的实验。3.5.1膨胀剂对砂浆流动性的影响图3-7为膨胀剂对砂浆流动度的影响。图5膨胀剂对砂浆流动度的影响如图5所示，自配复合型膨胀剂对砂浆初始流动度影响并不大，随着复合膨胀剂掺量的增加，初始流动度逐渐减小，但减小幅度有限。而膨胀剂对砂浆的 30 min流动度影响较大，当膨胀剂掺量为0.04%时，砂浆 30 min流动度己较初始值下降了 20 mm。这是由于膨胀剂中的化学成分CaO、Al等与水反应消耗了一定量的水，并加快了水化反应的进行，使砂浆的流动度损失较快，降低了砂浆的和易性能。故膨胀剂掺量不应过大，以0.010.03%为宜。3.5.2膨胀剂对砂浆强度的影响少量复合膨
24、胀剂对砂浆的早期强度有一定的促进作用。随着膨胀剂掺量增加，砂浆2 h抗压强度逐渐增加，这是由于复合型膨胀剂中含有石灰、石膏等品种，促进了浆体水化，增大砂浆的早期强度。膨胀剂掺量的增大使砂浆后期强度有所降低，这是由于钙矾石过多而使砂浆浆体内部结构不致密，影响了砂浆的后期强度。膨胀剂对砂浆的28d抗压强度并无太大影响。这是因为砂浆后期强度的发挥还是主要依靠胶凝材料本身的性质，膨胀剂掺量微小，对砂浆后期强度影响并不大，但是膨胀剂掺量不可过大，防止对砂浆后期强度产生影响。3.5.3膨胀剂对砂浆体积稳定性的影响在砂浆硬化过程中通常会发生体积收缩而产生微裂纹，这样不仅使砂浆结构的整体性破坏，而且影响砂浆的
25、力学性能和耐久性。支座灌浆材料属于二次重力灌浆，应与原基座保持紧密地结合。添加膨胀剂的主要目的就是为防止砂浆产生收缩。实验表明，随着复合膨胀剂掺量的增加，砂浆随着龄期的增长，自由膨胀率逐渐增大，到56d之后膨胀率变化缓慢。高速铁路专用支座砂浆要求的是自由膨胀率为0.020.1%，膨胀剂掺量在0.010.05%时均可满足要求。3.6矿物掺合料对砂浆性能的影响一般情况下硅灰的颗粒呈球状，平均粒径为0.1um左右。硅灰中的活性成分为无定形的SiO2，其含量约占硅灰的90%左右。硅灰的粒度比水泥更细，一般作为辅助胶凝材料掺加到水泥颗粒之间，使胶凝材料具有更好的级配，可以提高砂浆的强度和耐久性。根据实验
26、的数据，暂定砂浆配合比为：石英砂A、B、C的比例分别为6：3.75：0.25；减水剂采用聚羧酸高效减水剂，掺量为 1.5%；缓凝剂选用缓凝组分JSS，掺量为0.1%；复合型膨胀剂掺量0.02%；水料比为0.15。3.6.1硅灰对砂浆流动性的影响图6硅灰对砂浆流动度的影响从图6中可以看出，硅灰对砂浆流动度的影响基本呈线性关系。硅灰掺量对砂浆初始流动度影响不大，当硅灰掺量从胶凝材料的5%增大到20%时，砂浆初始流动度从350mm下降到 335mm。砂浆 30min流动度对硅灰非常敏感，随着硅灰掺量增加，30min流动下降很快。3.6.2硅灰对砂浆强度的影响虽然硅灰对砂浆流动性产生不利的影响，但是却
27、对砂浆的早期强度有很大的促进作用。硅灰占水泥的掺量每增加5%，砂浆2 h抗压强度就增加大致 1MPa，硅灰对砂浆24h抗折强度和28d抗压强度也有相应的促进作用，但不如对砂浆2 h抗压强度促进作用明显。虽然硅灰对砂浆的早强有非常好的促进作用，但是考虑到经济性和对砂浆流动性的抑制作用，所以在支座灌浆材料中使用少量硅灰。3.7纤维对砂浆性能的影响实验中采用聚丙烯纤维进行性能增强，其主要性能指标如表10所示：表10聚丙烯纤维的主要性能指标线性密度/dtex平均直径/um表观密度/g.cm-3抗拉强度/MPa延伸量/%E/GPa11.213-211.1695010-205000在支座灌浆材料中加入一定
28、长度的聚丙烯纤维，可以使砂浆中的应力均匀分散，使浆体中的胶凝材料与骨料分布更加均匀，避免出现泌水、离析、沉降等现象，而且可以分散砂浆应力，提高砂浆的抗折强度。3.7.1纤维对砂浆流动性的影响图7 聚丙烯纤维掺量对砂浆流动度的影响由图7可知，掺加少量纤维对砂浆的流动度影响很小，但随着纤维掺量的增加，砂浆初始流动度和 30min流动度均有相应减小，尤其是纤维掺量大于0.08%时，砂浆流动性下降幅度较大。这是因为在纤维掺量较少时与砂浆具有良好的亲和性，可以在搅拌过程中使砂浆浆体中的其他原料混合均匀，但是由于纤维在砂浆中形成的无规则网状结构使浆体流动阻力相应增大，故随着纤维掺量增大会小幅度减弱砂浆的塑
29、性流动。而纤维掺量大于一定量时反而在搅拌过程中纤维自身发生团聚，与砂浆浆体不能很好的结合，故非但不能分散均匀砂浆浆休，反而使砂浆流变性变差。图8 聚丙烯纤维掺量对砂浆强度的影响从图8给出了纤维素掺量对砂浆强度的影响。，纤维掺量较小时，对砂浆的抗压强度影响不大；随着纤维掺量的增加，砂浆24h抗折强度有所增大。当纤维掺量大于0.08%时，砂浆的抗压和抗折强度均有所降低，因为纤维掺量过大使纤维自身在浆体中少量凝聚，浆体中均匀的乱向分布的网络结构遭到破坏，降低了砂浆浆体的匀质性，从而使砂浆的强度也有所降低。在纤维掺量较少时，对砂浆的28d强度没有明显的影响。当纤维掺量大于0.08%时，砂浆抗压强度低于
30、 70MPa。在砂浆中掺入一定量的纤维，不仅能够使浆体中各材料均匀混合，而且适当抑制水分在砂浆中的迁移，使砂浆在短期内失水困难，从而减小砂浆的干燥收缩，纤维在砂浆中散乱分布，可以较好的抑制砂浆裂纹的产生。纤维在砂浆浆体中还可以适当充当柔性骨架的作用，使砂浆脆性降低、柔韧性提高，从而改善了砂浆的力学性能。图9 聚丙烯纤维掺量对砂浆竖向膨胀率的影响从图9上可以看出适宜掺量的纤维与空白样相比既少量抑制了砂浆的膨胀性，又抑制了砂浆后期少量的收缩。当纤维掺量大于0.08%时，由于纤维掺量过大，自身在砂浆浆体中分散性不能很好地发挥，纤维与浆体的界面反而有所增大，对浆体中水分迁移的阻力削弱，这样反而导致了砂
31、浆致密性变差，使砂浆的干燥收缩更大。故纤维的掺量应控制在0.020.06%比较合适。3.8支座灌浆材料初步配合比综合宏观性能的研究通过以上诸多实验得出高铁客运专线支座灌浆材料的初步配合比，具体原材料和掺量如表11所示：表11 支座砂浆的初步配合比原材料掺量%备注水泥4555水泥石英砂4555A：B：C（56）：（54）：0.25减水剂12.5自制聚羧酸减水剂缓凝剂0.050.15酒石酸膨胀剂0.010.03矿物掺和料010硅灰纤维0.020.06聚丙烯纤维注：上表所示胶凝材料、石英砂与纤维掺量均为所占支座灌浆材料总量的比例，其他外加剂与矿物掺和料掺量为所占水泥比例。 为了进一步提高支座砂浆的机
32、械强度和工作性能，我们在配方中又通过适量掺加瓦克5010胶粉，并根据产品的施工季节和地域不同，通过掺加有机锂类早强剂和P803脱气剂等，将支座砂浆的产品分为普通型、低温早强型和超早强型三种。表12支座砂浆的性能指标性能指标要求值产品出厂指标普通型低温早强型超早强型初始流动度，mm32034034034030min流动度，mm2402602602602 h抗压强度，MPa2020223024h抗折强度，MPa1011111128d抗压强度，MPa5090909056d抗压强度，MPa28d90909090d抗压强度，MPa56d90909028d弹性模量，GPa3030303028d膨胀率，%0
33、.020.10.030.060.030.060.030.06从表12可知，实测值与要求值相比具有较大的富余量，从而保证了支座灌浆材料良好的工作性能。四支座灌浆材料的工程应用支座灌浆材料性能的好坏，其本身质量是最重要的因素，但也和施工性能的优劣有着很大的相关性，因此在实验室条件下研制出来的灌浆材料的配合比必须符合施工本身的要求，有必要在施工过程中强化其相关的性能。4.1支座灌浆材料的性能优化4.1.1水料比对砂浆流动性的影响图11 水料比对砂浆流动度的影响 如图11所示，水料比对砂浆流动度的影响非常明显。初始流动度和30 min流动度都随着水料比的增大而增大。当水料比大于0.15时，30 min
34、流动度达到320 mm以上，符合要求。但当水料比达0.17时，砂浆会出现轻微的沁水现象。4.1.1.2 水料比对灌浆料强度的影响图12 水料比对砂浆强度的影响随着水料比的增加，砂浆的2 h抗压强度稍微有所降低，28d的抗压强度则有所增加，在水料比为0.15时，达到最大值，约100 MPa。水料比对砂浆24h的抗折强度影响不大，但总体呈现为先增大后减小的趋势，当水料比为0.15时，砂浆24h抗折强度最大，达到 12.3MPa。4.1.1.3水料比对灌浆料膨胀性能的影响图13 不同水料比下膨胀剂对砂浆相对竖向膨胀率的影响从图13中可看出，水料比的改变也可以使砂浆的膨胀能性有所变化，砂浆的竖向膨胀率
35、随着水料比的增大而逐渐减小。当水料比为0.13时，砂浆28d自由膨胀率为0.053%，随着水料比的增大，砂浆28d自由膨胀率缓慢降低，且后期自由膨胀率不倒缩。4.1.2温度对灌浆料宏观性能的影响众所周知，温度对水泥水化有着直接的影响，温度低，水泥水化慢，温度高，水泥水化快，而且温度过高，水化过快，容易引起更大程度的干燥收缩。试图寻找在不同温度条件下支座灌浆材料性能的变化规律。4.1.2.1温度对灌浆料流动度的影响图14 温度对砂浆流动度的影响由图14可知，温度对砂浆流动性的影响是非线性的，存在一个最大值，在温度较低时，砂浆流动度较小，这是因为温度不仅减缓胶凝材料的水化速率，而且也会降低减水剂的
36、减水效率，使减水剂的减水率降低，砂浆的流动度自然减小。随着温度的提高，减水剂减水率增大，流动度随之增大。当温度过高时胶凝材料水化速率加快，又会使得砂浆 30min流动度降低，从图中可看出在20左右时，砂浆初始流动度和30min流动度均较大。4.1.2.2温度对砂浆强度的影响图15强度对砂浆强度的影响实验表明，温度对砂浆早期强度起着至关重要的作用，从图15中可以看出，温度降低，10时砂浆2 h抗压强度相比于20下降很多，这是因为温度过低抑制了砂浆的早期水化，使生成早期强度的钙矾石量过低，自然达不到所要求的强度。随着温度的升高，快硬水泥水化反应加快，钙矾石生成速率加快，使砂浆2 h抗压强度有明显提
37、高。温度在18以上时，砂浆24h的抗折强度变化不大，均在 10 MPa左右。4.1.2.3温度对砂浆体积稳定性的影响图16 温度对砂浆体积稳定性的影响由图16中可知，温度对砂浆的竖向膨胀率也有很大的影响，当温度低于20时，水泥的水化受到很大影响，砂浆的竖向膨胀率较小，这是因为水泥水化初期由于温度过低使水泥浆体产生收缩。温度在20以上时，砂浆的竖向膨胀率较20以下有很大提高，但是在20以土砂浆的竖向膨胀率随着温度的增加变化不大。4.1.3在标准的基础上研制更高性能的支座灌浆材料在实际的施工过程中，有时候由于施工进度的需要，要求支座灌浆材料具有更高的早期强度，或者在更短的时间内满足强度要求，使得在
38、不耽误工期的情况下加快进度又不损害工程质量。比如支座砂浆的二次重力灌浆要求在30 min以内完成，但是一般可以在 15 min以内完成灌浆，如果砂浆强度也可以早些达到 20 MPa以上的话，又可以接着进行下一片梁的安装工作，节省中间的等待时间，如此即可加快施工进度。故在盆式橡胶支座重力灌浆材料性能要求标准的基础上，添加自研发优化组分瓦克胶粉5010，可使砂浆在流动度满足要求的前提下抗压强度提前半个小时满足要求，且保证不影响砂浆的其他性能。4.1.3.1抗压强度的提高图17 瓦克胶粉5010掺量对砂浆强度的影响如图所示，瓦克胶粉5010的掺加量对砂浆早期抗压强度影响比较明显。随着瓦克胶粉5010
39、掺量的增加，砂浆抗压强度迅速增大，瓦克胶粉5010掺量为0.04%时，砂浆1.5h抗压强度已接近30MPa。然而，掺加瓦克胶粉5010对砂浆24h抗折强度没有明显的促进作用，反而会活稍有降低，因此掺量应当适宜。4.1.3.2工作性能的保持、图18 瓦克胶粉5010掺量对砂浆流动度的影响一般而言，普通胶凝材料的早期强度越高，流动性会相应降低。从图48中可知，虽然瓦克胶粉5010对砂浆早期强度提高明显，但是砂浆的流动度经时损失也大。随着瓦克胶粉5010掺量增加，砂浆的初始流动度变化不大，但是砂浆的 20min和 30min流动度却明显降低，当瓦克胶粉5010掺量达0.03%时，砂浆的 30 min
40、流动度为230mm，已不符合要求。五结论1、 通过合理调节和控制优质石英砂的级配，采用快硬水泥为胶凝料，自主研发的新型聚羧酸减水剂、酒石酸为缓凝剂、硅灰为矿物掺和料，利用掺加少量聚丙烯纤维的方法，改善砂浆的抗折强度，掺加瓦克胶粉和脱气剂改善砂浆中骨料和胶凝材料的粘结力，显著提高了砂浆的抗压强度。2、 项目通过系统研究砂浆中水泥、砂石和各种外加剂的掺加量的影响，获得了高强自流平砂浆的最佳配合比，并通过系统考察砂浆工程应用中水料比、温度等条件的影响，获取了砂浆的使用条件。3、 项目所研发的高强自流平无收缩型砂浆料具有流动性能好、早强性好、浆体无收缩且性能稳定、耐久性好，凝固后抗压能力强和对钢筋不锈蚀等特点。产品符合客运专线预应力混凝土预制梁暂行技术条件和客运专线盆式橡胶支座暂行技术条件中对支座灌浆材料的技术要求。