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摘要：随着防渗补强加固等工程的日益增多和多质量要求的不断提高。对灌浆材料也提出了高性能化、绿色化的要求。本文介绍了超细灌浆水泥的概况和生产现状，阐述了超细灌浆水泥的主要性能，分析了目前存在的一些问题。根据超细灌浆水泥的特性、应用现状与前景，超细灌浆水泥材料必将成为新一代"绿色灌浆材料"。
关键词：灌浆材料；超细水泥；工作性能；存在问题；发展方向
引言：
灌浆材料就是将一定的无机材料或有机高分子材料配制成具有特定性能要求的浆液，用压送设备将其灌入构筑物、地层或围岩等的裂缝及孔洞内，浆液以填充、渗透、挤压等方式将裂缝中水及空气排除，填充其裂缝，浆液通过凝结、固化使原来较松散的结构胶结在一起，形成一个强度高、抗渗性好的整体，达到防渗堵漏的目的。而水泥系灌浆材料凝结强度高、材料来源广泛、价格低、运输存储方便以及施工工艺比较简单，至今仍是应用较广泛的灌浆材料。但普通水泥粒径较大，粗颗粒多水灰比较大时，浆液的稳定性差，易析水回浓，不能有效灌入细微裂隙，且硬化时伴有析水，固相体积收缩，使硬化结石与被灌基体的粘结强度降低，形成新的渗水通道。特别是针对基体细微裂隙的灌浆，普通水泥已很难满足工程要求，于是一种新型的灌浆材料——超细水泥便应运而生了。
2.超细水泥概况
自从70年代初日本研制成功MC-500型超细水泥以来，由于其浆液稳定性好，流动性比普通水泥有明显改善，并在固结时很少析水或者不析水，具有良好防渗固结效果，达到与化学浆液相媲美的可灌性，其结石强度大大高于化学浆材，无污染，不老化，价格低。超细水泥与普通水泥物理性能比较见表-1，其区别主要表现在颗粒大小与比表面积方面。
3.超细水泥的性能
3.1可灌性
作为灌浆材料，可灌性是一个很重要的性能指标。通过施工实践表明，超细水泥具有与化学浆液大致相同的渗透能力。水泥浆液的可灌性主要取决于浆液的流动性和粒子的粒径，根据国内外的灌浆经验，水泥粒径与可灌性有如下的关系：
G=B/D95
式中：B—裂缝宽度，mm；D95—95%的水泥粒子粒径小于该值。一般认为G＞5粒状水泥浆液容易灌入，G＜2时，粒状水泥浆液难以灌入。
3.2流动性
在灌浆材料中，流动性与可灌性密切相关。水泥粒子的细度与吸附水量关系如表-2，随着水泥的细化，超细水泥比表面积显著增大，需水量增加，流动性降低，但是高效减水剂的应用能大大降低粒子的吸附水量，增大浆液的流动性，从而弥补水泥颗粒超细化所带来的不足。
3.3稳定性
作为灌浆材料，其析水率愈低，析水历时愈长，则浆液的稳定性愈高，对灌浆越有利。普通水泥由于颗粒大，沉降快，稳定性较差。超细水泥由于颗粒细度高，再加上所含的性能调节剂的综合作用，浆液稳定性有显著提高，反应在析水历时延长，最终析水率减少。
3.4抗压及抗渗性能
超细水泥具有较高的强度，特别是早起强度。这主要是因为其颗粒较细，水化活性较高，水化充分，水化物比普通水泥多，且结构均匀、致密。一般其28d抗压强度可达25MPa以上，并且由于其结构内部孔隙多以非连同孔形式存在，抗渗性能也十分优异。
3.5膨胀性
由于超细水泥的粒径很小，极容易发生收缩，为了补偿这种收缩，一般加入适量的膨胀剂，其28d水泥净浆自由线膨胀量可控在0.12%~0.15%之间，使水泥结石后期不收缩，这对防渗不强是十分有利的，特别是细微裂缝的灌浆，可以取得很好的灌浆效果。
3.6凝结时间
凝结时间既要考虑灌浆操作所需要的时间，又要考虑在灌浆结束后，裂缝中灌入的水泥浆液能很快的凝结硬化，在不同的使用场合对凝结时间有不同的要求。超细水泥由于在制备过程中已经掺加了适量的调凝剂，可以满足工作的需要。一般调凝剂的掺量为0.5%~2.5%。
超细水泥同普通水泥灌浆材料和化学灌浆材料相比存在以下优点：（1）可以使用普通水泥灌浆材料的技术和设备（只需另配制一台高速搅拌机）；（2）比普通水泥具有更好的可灌性，水泥结石更致密；（3）具有良好的工作环境，无毒，结石具有较高的耐久性；（4）其强度更高、更经济；（5）关注细微裂缝时，对裂缝的湿度不敏感，对裂缝中的钢筋无腐蚀。
4.灌浆材料的施工
4.1灌浆控制因素
灌浆法的实质是用气压、液压或电化学原理，把某些能固化的浆液注入天然的和人为的裂缝或孔隙，以改善各种介质的物理力学性质的一种堵漏防渗方法。
影响灌浆效果的因素包括灌浆压力、灌浆量、灌浆速度、浆材的种类及其浓度、配方、固化时间以及灌浆方式、孔距、排距、灌浆顺序等。通过控制这些条件来实现相应的控制目标，例如浆液的扩散半径、劈裂范围、结石体的形状和强度、灌浆加固体强度和渗透性等。然而，在实际情况下中是不可能任意改变如此复杂的多种条件的，
只能改变其中的一项或几项。但是，可以在不同的灌浆阶段调整不同的工艺条件，及时调整某些技术参数，进而控制整个灌浆过程。
4.2灌浆过程施工过程监控
在现场灌浆施工控制中，监控实际灌浆压力p和灌浆速度q，通过q的积分，来计算每灌浆米的总吸浆量V。
4.3灌浆标准
通过灌浆量（定量灌浆）、灌浆压力（定压灌浆）、灌浆强度（恒定GIN值）来控制灌浆操作与结束一个灌浆过程。
4.4施工中注意事项
（1）灌浆开始后，必须连续灌注，并应尽可能缩短灌浆时间；
（2）浆料应从一侧灌入，直至另一侧溢出为止，以利于排出设备基座与混凝土之间的空气，使灌浆充实；
（3）灌浆过程中如发现表面有泌水现象，可布微少量CGM干料，吸干水分；
（4）在灌浆过程中直至脱模前，应避免灌浆层受到震动或者碰撞，以免损坏未结硬的灌浆层。灌浆中如出现泡浆现象，应及时处理；
（5）设备基础灌浆完毕后，要剔除的部分应在灌浆终凝前进行处理；
（6）灌浆过程中不宜振捣，必要时可用竹板条进行拉动导流。
5.存在的问题
5.1粉磨技术方面
目前，虽然有一些厂家生产超细水泥，但普遍存在规模小，磨机的粉磨效率低，导致生产超细水泥的成本比较高成本因素严重制约了超细水泥的发展，需要进一步加快粉磨设备和技术的研究和开发。
5.2材料内在方面
随着水泥颗粒的细化，其物理性能、流变性能、水化性能等均会发生很大的变化，但目前对超细水泥灌浆材料的性能缺乏系统的研究；目前超细水泥主要由硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥粉磨而成，虽然有些进行过改性，但仍属于高钙水泥，其抗侵蚀能力差，在与岩石粘结的界面区易造成-CH的择优取向，界面粘结强度低、空隙率高、抗渗性差。
5.3材料品种方面
目前应用较多的材料主要是硅酸盐系列超细水泥或者在该类超细水泥中加入高效减水剂、膨胀剂等改性材料制成的改性浆材，品种单一，没有形成系列产品，以适用于各种灌浆条件的需要。
5.4实际施工方面
由于注浆介质模拟的不确定性与艰难性，注浆材料模拟的困难性、介质结构相似模拟与注浆材料相似模拟的内在联系的不可捉摸性，导致灌浆材料模拟实验及其技术的落后，拟制了注浆理论的发展，实验结果与实际之间存在较大差异。因此面对各种各样的事实，需要用经验分析。我们可以采用“事实指导注浆”，应根据介质结构特征确定注浆材料的类型。
超细水泥由于其粒径小，活性高，制浆时必须有一台高速搅拌机，才能使其充分分散，保证浆液静置时颗粒的沉降速度减慢，析水率明显降低，浆液稳定性提高。
6.发展方向.
根据环境保护和绿色施工的理念，超细水泥灌浆材料也应该朝着绿色、高性能方向发展，其技术特点应该是：绿色环保，无毒；多组分复合；材料组成颗粒超细化；高可灌注性、高耐久性、高体积稳定性，而且目前应该优先进行一下几方面的研究。
（1）生产技术方面。只有粒子超细化后，才能提高其渗透能力，实现浆材的高可灌性。但是同时也应该改进技术，降低能耗，以降低超细水泥的成本。
（2）材料复合方面。通过多组分的复合，以改善浆材的流动性、耐久性、稳定性，这是实现高性能超细水泥灌浆材料开发的关键技术。
（3）水泥品种方面。开发多系列高性能超细灌浆材料，以满足不同工程条件的需要。
（4）灌浆设备方面。完善现有的灌浆设备，开发新型、实用、满足大多数灌浆工程的设备。
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论文作者:李云峰,姚元朝,王健
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第26期
论文发表时间:2018/2/1
标签：水泥论文; 超细论文; 浆液论文; 材料论文; 裂缝论文; 粒径论文; 颗粒论文; 《建筑学研究前沿》2017年第26期论文;