【水泥人網】摘要:水泥作為灌漿材料具有強度高，耐久性好，無毒，無味，材料來源方便，價格低廉等優點，一般灌漿多采用普通水泥。但普通水泥粒徑較大，粗顆粒多，最大粒徑可達90～100μm。水灰比較大時，漿液的穩定性差，易析水回濃，不能有效灌入細微裂隙；且硬化時伴有析水，固相體積收縮，使硬化結石與被灌基體的粘結強度降低，形成新的滲水通道。特別是針對基體細微裂隙的灌漿，普通水泥已難以滿足工程要求，于是一種新型的灌漿材料——超細水泥便應運而生了。自從80年代初日本研制成功MC—500型超細水泥以來，由于其漿液穩定性好，流動性比普通水泥有顯著改善，并在固結時很少析水或不析水，具有良好的防滲固結效果，達到和化學漿液相似的可灌性，其結石強度大大高于化學漿材，無污染，不老化，價格低廉，因而一出現便在許多國家得到了廣泛的應用〔1～4〕。本文即介紹了超細水泥作為灌漿材料在國內外的一些發展現狀，并對其使用過程作了一些分析。
目前，關于超細水泥還沒有一個統一的標準，較多的是以其粒徑大小來定義的。
一般認為，作為超細水泥其最大粒徑應小于20μm，分割粒徑應小于5μm，比表面積則應該大于5〕。有必要指出的是最大粒徑并非絕對意義上的最大粒徑，若最大粒徑小于20μm，通常指，即允許有5%的粒子大于20μm3〕。
超細水泥的生產是以普通水泥或水泥熟料為原料，采用一定的粉磨設備制得，常用的粉磨設備有球磨機、振動磨、雷蒙磨、攪拌磨、氣流磨等。然而直接應用這些設備制取超細水泥是不經濟的，因為粉磨一段時間后，水泥粒徑變小，比表面積增大，表面能增加，細顆粒團聚能力加大，因而必須采用超細分級機及時將合格的細水泥分離出來。
超細水泥與普通水泥在組成上的主要不同點是在制備過程中加入了一些性能調節劑〔6〕。性能調節劑的選擇和摻量是根據灌漿工程的需要來決定的，這是因為隨著水泥顆粒的細化也帶來以下一些問題，影響水泥的灌漿效果。
(1)流動性降低，如不采取措施，要達到同普通水泥相同的流動性必須增加用水量，增大水灰比又使漿液穩定性降低；
(2)由于保水性好，硬化結石的水灰比大，毛細管孔尺寸大且多，影響水泥結石的密實性，進而影響抗滲和耐蝕等性能；
(3)水泥越細收縮值越大，引起結石與基體粘結失效。因此，在制備過程中要加入一些性能調節劑(如膨脹劑、減水劑、調凝劑等)，為防止水化升溫過高，有時也加一些粉煤灰、粒狀高爐礦渣和硅粉等摻合料。
同普通水泥灌漿和化學灌漿相比，超細水泥灌漿存在以下優點：
①可以使用普通水泥灌漿的技術和設備(只需另配置一臺高速攪拌機)；
②比普通水泥具有更好的可灌性，水泥結石更致密；
③具有良好的工作環境，無毒，結石具有較高的耐久性；
④比化學灌漿具有更高的強度，更經濟；
⑤灌注細微裂隙時，對裂隙的濕度不敏感，對裂隙中的鋼筋無腐蝕。
工作性能?
超細水泥的密度一般為2.8～3.2g/cm3，同普通水泥并無多大差別，但容重很低，一般為0.6～1.0 g/cm 3。由于其細度較高，普通水泥的篩分法已難以滿足其粒徑測試的要求，通常采用的是光透沉降粒度儀或激光粒度儀等7〕。在使用過程中，由于其比表面積大，活性高，同普通水泥也有很大差異。?
流動性在水化過程中，由于超細水泥顆粒的高活性，其需水量明顯高于普通水泥，為提高漿液的流動性，需要加入一些減水劑，使漿液粘度降低，便于灌入細微裂隙中。一般減水劑的摻量為0.5%左右。?
穩定性水泥漿液的穩定性是在250ml的量筒中注滿漿液，隨著時間的延長，用上部析水高度占整個漿液高度的百分數來表示的。作為灌漿材料，其析水率愈低，析水歷時愈長，漿液的穩定性越高，對灌漿越有利。普通水泥由于顆粒大，沉降快，穩定性較差。對水灰比W/C=1∶1的漿液，普通水泥析水率>25%，析水歷時為1.5h，而超細水泥析水率則<5%，析水歷時為2h以上，穩定性大大提高。?
漿液溫度超細水泥由于其活性高，水化初期水化熱很大，漿液升溫很快，當溫度超過40℃時，對結石強度增長十分不利。為降低其水化熱，常常在制備過程中要加入一些活性摻合料，如粉煤灰，高爐礦渣，硅粉等。?
凝結時間凝結時間既要考慮灌漿操作所需要的時間，又要考慮在灌漿結束后，裂隙中灌入的水泥漿液能很快地凝結硬化，在不同的使用場合對凝結時間有不同的要求。超細水泥由于在制備過程中已經摻加了適量的調凝劑，可以滿足工程的需要，一般調凝劑的摻量為0.5%～2.5%。?
膨脹性超細水泥中加入適量膨脹劑，其28d水泥凈漿自由線膨脹量可控制在0.2%～0.5%之間，使水泥結石后期不收縮，這對防滲補強是十分有利的，特別是細微裂隙的灌漿，可以取得很好的灌漿效果。?
抗壓及抗滲性能超細水泥具有較高的強度，特別是早期強度。這主要是因為其顆粒較細，水化活性較高，水化充分，水化物比普通水泥多，且結構均勻、致密所致。一般其28d抗壓強度凈漿可達25MPa以上，砂漿不低于55MPa。并且由于其結構內部孔隙多以非連通孔形式存在〔8〕，抗滲性能也十分優異。?
可灌性作為灌漿材料，可灌性是最重要的性能指標之一，通常采用室內模擬漿液灌入一定細度的砂體的能力來表示。普通水泥一般只能灌入粒徑大于0.5mm的粗砂體中，而超細水泥能灌入粒徑為0.1～0.2mm的細砂體中。這對灌注細微裂隙十分有利，在一定程度上可代替化學灌漿。4國內外發展情況及應用?
自從80年代初日本開始研制超細水泥以來，短短二十年內，超細水泥的生產和應用得到了飛速的發展。日本、美國、德國、瑞士、中國〔1～6，9～10〕都有報道。特別是近幾年來，國內一些企業在高校和研究院的技術支持下，陸續生產出一批質量很高的超細水泥灌漿材料，并成功應用于水電、地鐵、隧道、油井、礦山等處的防滲補強施工，取得了良好的社會和經濟效益。國內外超細水泥的生產及應用情況見表。?
國內外超細水泥的生產及應用情況從表中可以看出，超細水泥由于采用了超細分級機，粒徑都較小，再加上包裝、運輸等因素，成本都較高，一般在2000元/t以上，但由于在制備過程中一次性摻入了性能調節劑，使用起來較方便。5存在的問題及發展趨勢?
目前，雖然有一些廠家生產超細水泥，但普遍存在規模小，成本高，缺乏統一的質量標準，從而限制了其大量使用。在實際施工過程中，也需要解決一些問題：
①超細水泥由于其粒徑小，活性高，制漿時必須有一臺轉速至少為1500r/min的高速攪拌機，才能使其顆粒充分分散，保證漿液靜置時顆粒的沉降速度減慢，析水率明顯降低，漿液穩定性提高。
②普通水泥灌漿時，為提高漿液的穩定性，通常要加入少量的膨潤土，但是對超細水泥灌漿而言，必需放棄使用膨潤土因為膨潤土在懸浮液中有團聚作用，對灌漿不利。
③一般認為灌漿時采用大水灰比漿液，流動性好，可增大對細微裂隙的可灌性。對普通水泥而言，其開灌水灰比一般為8∶1或10∶1，但是從另一方面考慮，水灰比大，水泥顆粒沉降快，漿液不穩定，容易析水回濃，可灌性并不一定好。由于超細水泥本身粒徑小，且是在普通水泥灌漿無法滿足要求的情況下使用，其灌漿水灰比一般應控制在2∶1以下。
④雖然超細水泥中摻入了一些粉煤灰、礦渣等，但由于其高活性，水化初期漿溫仍很高，特別是采用高壓灌漿時。在具體施工時，應采取措施控制漿溫。?
盡管如此，超細水泥由于具有良好的可灌性，價格相對低廉，經久耐用，結石強度高，對環境無污染等優點，日益成為新一代的“綠色灌漿材料”。現在，修補混凝土中的裂隙一直是化學灌漿的范疇，但隨著超細水泥生產成本的降低和人類環保意識的增強，這一領域將逐漸為超細水泥所代替。超細水泥灌漿材料也將在水電、地鐵、隧道等工程中得到更廣泛的應用。?
參考文獻
1TA Melbye,利用超細水泥進行巖石灌漿.見：水利部情報所.巖石與混凝土灌漿譯文集(內部資料)，1993
2? RJ Krizer水泥漿的泌水性與流變性.見：水利部情報所.巖石與混凝土灌漿譯文集(內部資料)，1993
3? p noske超細水泥灌漿在巖土工程中的應用.見：水利部情報所.巖石與混凝土灌漿譯文集(內部資料)，1993
4? B Schuize關于超細水泥漿液可灌性的新研究.見：水利部情報所.巖石與混凝土灌漿譯文集(內部資料)，1993
5? 韓韌等.CX型超細水泥使用性能總結.水泥，1996，(6)
6陳旭榮.灌漿水泥研究.長江科學院院報，1991，(1)
7馬振華等.光透法測定水泥細度的研究.硅酸鹽通報，1994，(2)
8陳義斌.濕磨細水泥漿材水化特性研究.硅酸鹽通報(增刊)，1997：358～361
?9謝堯生等.三峽工程主體建筑物基礎灌漿試驗.見：中國建筑材料科學研究院.改性灌漿水泥灌漿試驗總結報告(內部資料)，1997
10王賡堯等.超細水泥在運營隧道襯砌內部注漿中的應用.見：防排水專業委員會第八次學術會議論文集(內部資料)，
【作者：陳明祥】