高强灌浆料在轧机基础中的应用

CGM 高强灌浆料在轧机基础中的应用

　　随着科技的进步，材料产业也得到飞速的发展。正如混凝土一样，水泥基灌浆材料也由原来的高强灌浆料逐步向高性能灌浆料的方向发展。高性能水泥基灌浆料是以水泥为主要胶凝剂，选择高莫氏硬度的材料为骨料，辅以流化剂、微膨胀、防离析等组分配制而成的干混料。在施工现场只需加入一定比例的水搅拌，硬化后具有一定的强度，且具有流动性好、有效接触面高、微膨胀、用水量范围比较宽、不离析、不泌水等性能特点。广泛应用于设备基础灌浆、钢结构柱脚灌注、空洞修补、轨道基础灌浆、后浇带灌浆等。目前应用领域逐渐扩大，已扩展至梁板柱墙的加固，大体积基础抢修灌注等领域。

1 高性能灌浆料的性能

1.1 流变性
　　 灌浆料是高流态的材料，流变性的好坏至关重要，是可施工的先决条件。目前国内反映灌浆料流变性的指标是依据《水泥基灌浆材料应用技术规程》 (YB/T9261 — 98) 测量新拌灌浆料的流动度。这种方法并不能完全反映拌合物的流变行为，例如有的灌浆料粘聚性比较高，流速很慢，最终也能达到比较大的流动度。粘聚性较高意味着灌浆过程中需要克服较大的摩擦阻力才能填充整个灌浆空间，这种测量方法并不能十分准确地反映灌浆料的施工行为。这样的灌浆料也不适合应用于薄壁结构灌注，特别是对较长的设备基础的二次灌浆。
　　 在国外，反映灌浆料流变性的性能指标多采用流秒的方式。如日本资料介绍，用上口直径 70mm ，下口直径 14mm ，高 400mm 的圆锥体，堵住下口，往其中倒满灌浆料，放开下口，同时计时，到锥体内的物料流完 ( 一般以透亮为准 ) 为止。也就是说通过灌浆料流经圆锥体的时间反映流变性，这种方法比较适合骨料较细的灌浆料。而国内的灌浆料的骨料一般都大于 2mm ，因而不适合采用流秒的方法。
　　 结合国内外的试验研究情况和工程实践，评判灌浆料的流变性能的优劣，应采用流动长度与流经时间相结合的方式。即流槽 ( 德国 maxit 公司试验仪器 ) 的方法，测量在流槽左端 1L 锥体内的新拌灌浆料在槽内流动距离，若流动距离较长，说明流速快，该材料的流动性越好，易于浇灌。同时测量流动终止时所需要的时间。 30 min 后重复上述试验过程 ( 即新拌灌浆料流变性的经时损失 ) 。我们选用国外的两种高性能灌浆料，记为 A 和 B ；国内某灌浆料，记为 C ，与 CGM 灌浆料对比，试验结果见表 1 。

表 1 流槽法测量流变性的试验结果

　　试验结果表明：同国外灌浆料相比，流动终止所需时间要长，但流动距离都比较大；同国内的灌浆料相比，无论是流动距离，还是流动终止所需要的时间，都有较大的优势。作为高性能灌浆材料，必须具有很好的流变性，在施工过程中尽量不采用辅助措施，完全依靠自身的流变行为，就能顺利地把整个灌浆层填充饱满。

1.2 竖向膨胀
　　 竖向膨胀率是高性能灌浆料的另一个比较重要的性能指标。灌浆料是一种流动性比较高的材料，必然带来一定程度的收缩，收缩包含多种形式，包括沉降收缩和由于表面水分散失而引起的干燥收缩以及自收缩等，这些收缩导致灌浆层与设备基础板脱离，严重的是大面积空鼓。为了弥补这一缺陷，灌浆料都具有微膨胀性，而国内绝大部分的灌浆料的膨胀都发生在硬化阶段，即便是硬化膨胀大于塑性阶段的收缩，也会造成接触面降低。按照《水硬性水泥基灌浆材料 ( 无收缩 ) 标准规范》 (ASTM 1107) 的 C 类要求，高性能灌浆料的膨胀性应是复合型的，既要有硬化后的膨胀，也要有塑性膨胀。
　　 利用 Shrinkage cone 锥体收缩测试单元测试灌浆料的膨胀性。其测试原理是在新拌灌浆料的表面放置一个具有反射功能的玻璃薄片，由于灌浆料竖向高度的变化会引起玻璃薄片位置的改变，激光在薄片上的反射距离也就相应的有所不同，经过数据分析处理得出膨胀曲线。国内的灌浆料 C 和 CGM 高性能灌浆料的膨胀曲线如图 1 和图 2 所示。从曲线上可以看出，只有硬化后膨胀的灌浆料在塑性阶段是收缩的，而硬化后的膨胀又不能很好地弥补早期的收缩；而复合型膨胀无论是塑性阶段还是硬化阶段，都是正值，且膨胀量的绝大部分发生在塑性阶段。国外的灌浆料的膨胀性都是复合型的，且尤为注重早期的塑性膨胀。

图 1 只有硬化后的膨胀曲线　　　　　　　 图 2 复合型的膨胀曲线

1.3 与设备底板的有效接触面

　　有效承载接触面 (EBA) 就是灌浆层的上表面与设备底板实际接触的面积与设备底板面积之比，以百分比的形式表述。对于高性能灌浆料而言，也是极其重要的性能指标，直接反映灌浆料与设备基础板接触的程度，目前只有国外的个别供货商 ( 如美国的五星公司 ) 提出这一个概念，国内刚刚认识到这一性能。若接触面比较低，会造成应力集中，对设备的危害较大。

　　《耐化学腐蚀聚合物灌浆料的流动性和承载面积的试验方法》 (ASTM C1339) ，给出聚合物灌浆料有效接触面积的测定方法。参照此方法，我们自制船型模，见图 3 所示，上钢板尺寸 150 mm × 600 mm ，厚 10 mm ；上下钢板间隙为 50mm 。将拌和好的灌浆料从一侧倒人，直至从另一侧溢出为止。 24h 后取下钢板，观察灌浆层上表面，与标准图样进行对比，确定有效承载接触面。几次的试验结果表明，高性能灌浆料同两家国外的产品的 EBA 都在 95 ％以上，而国内的产品的有效接触面都比较低。