复合水泥物理力学性能论文

摘要：混凝土结构作为现代建设工程的主体或骨架，在保障工程功能和质量方面发挥着极其重要的作用。现实中，混凝土质量的优劣将直接关系到工程建设质量，并且影響着工程使用者的人身和财产安全，所以有必要对混凝土质量控制予以重视。而要实现对混凝土质量的把控，首先要做的就是对材料进行科学选择，只有确保材料质量达标，才能为混凝土施工质量控制奠定坚实的基础。今天小编为大家推荐《复合水泥物理力学性能论文(精选3篇)》相关资料，欢迎阅读！

复合水泥物理力学性能论文 篇1：

浅析钢渣在国内水泥行业中的应用研究现状

【摘 要】文章综述了钢渣在水泥行业中应用研究的现状，并针对钢渣难磨、钢渣中的游离氧化钙、氧化镁容易造成水泥和混凝土安定性不良及钢渣改性等影响，对提高钢渣消纳利用量的问题进行了详细分析，希望能给同行解决该类问题提供参考。

【关键词】钢渣;水泥;混合材;混凝土;熟料

0 引言

钢渣是炼钢工业的废渣，其排放量为粗钢产量的15%～20%，大量排放的废弃钢渣会造成资源浪费、占用土地及污染环境等问题[1，2]。随着钢铁工业的发展，钢渣排放量会越来越大，消纳处理钢渣速度相比排放速度慢，导致其储量不断增大。2017年我国每年钢渣排放量约8 000万t，2018年中国钢产量约11亿t，钢渣产量约1.7亿t，但其利用率却只有22%，不足30%[3，4]。在资源日益紧缺的今天，如何有效、快速地处理及利用这些钢渣成为大家关注的热点。为了寻找行之有效的综合利用方法，国内许多研究人员就钢渣的综合利用做了很多的研究工作。

近几年来，随着钢渣综合利用技术的发展，钢渣已经变成一种资源，在多个行业得到推广应用，一系列钢渣产品标准的发布，为钢渣的综合利用提供了技术支撑。在水泥行业中，钢渣可用作混合材生产水泥，也可作为混凝土的掺合料，还可以作为原材料用于煅烧水泥熟料等。本文论述了钢渣在水泥行业中的应用成果及存在的问题，并提出了一些建议。

1 钢渣在水泥生产中用作混合材

因钢渣中含有一定的活性组分如C3S、C2S、C3A及铁铝酸盐等矿物，钢渣可作为水泥混合材进行综合利用[5]。钢渣经超细粉磨可得到比表面积大于400 m2/kg的超细粉，在水化过程中，物料的晶体结构及颗粒表面状况发生变化，表面增大，有利于发挥胶凝性，可作为水泥混合材用于生产水泥[6]。用钢渣作混合材生产的水泥具有耐磨、抗蚀、低水化热、微膨胀及长期强度等优点，常用于特殊工程中，如道路工程、地下工程、防水工程和大体积工程等[7]。

钢渣作为水泥混合材会影响水泥净浆的凝结时间、沸煮安定性和压蒸安定性、膨胀度、水泥强度[8]。研究发现，掺入少量钢渣对水泥性能影响不大，当掺入量为30%时，水泥早期强度明显降低;当钢渣掺入量一定时，随着钢渣比表面积的增大，其强度也在提高，但会增加需水量[9]。

钢渣和粉煤灰复合掺加有利于水泥强度发展，钢渣最佳掺量为20%，其中复合掺加20%的钢渣、10%的粉煤灰时，28 d抗折、抗压强度分别达到了8.3 MPa、48.9 MPa;钢渣能显著降低水化热，可用于制备中热、低热水泥。一定掺量混合材料能有效降低浆体孔隙率，改善孔径分布，提高浆体致密度[10]。钢渣和其他混合材复合掺入时，可以获得一些不错的性能，单掺15%的钢渣的水泥达到了52.5强度等级水泥标准;复合掺加20%的钢渣、10%的粉煤灰时，达到42.5强度等级水泥标准;掺加25%的钢渣、25%的粉煤灰时，接近42.5强度等级水泥标准;钢渣水泥浆体线膨胀率很小，无收缩，体积稳定性良好[11]。

陈书弟等人采用钢渣细度分级和混合材结构优化两种方法进行了试验研究，其中细度分级后3 d和28 d的活性均比45μm筛上粗粉高6%左右，而通过混合材搭配，用部分粉煤灰替代钢渣，水泥抗压强度可提高1 MPa以上，至少可减少1%的熟料掺量[12]。石洪志等人掺入适量的不锈钢钢渣，可以配制出符合国家标准要求的复合水泥;掺量为32%时，可以生产32.5复合水泥;掺量为25%时，可以生产42.5复合水泥[13]。

综上所述，钢渣作为水泥混合材，使用更多的是采用复合掺加的模式，鲜有作为单一的混合材使用，在保證水泥质量的前提下，若将钢渣作为单一混合材使用，可大量提升钢渣的综合利用量。

2 钢渣在混凝土生产中的应用

众多研究和应用结果表明，用钢渣粉和钢渣为细集料配置的混凝土能够满足施工要求，是消纳钢渣的重要手段之一。但由于钢渣特有的化学和物理特性引起的不安定性和活性较低等问题，限制了其在混凝土中的大量利用[14]。

钢渣中含有一定数量的水泥熟料的主要矿物，存在一定的水硬胶凝性，有利于提高胶结充填体强度[15]。钢渣粉作为掺合料能够在一定程度上提高混凝土的强度、耐久性。但随着细钢渣掺量的增加，混凝土拌和物工作性能下降，硬化混凝土的力学性能呈现先上升后下降的趋势[16]。掺25%的钢渣细骨料和100%的钢渣粗骨料的混凝土抗压强度较普通碎石混凝土提高20%～30%[17]。

在对钢渣混凝土抗拉强度的研究中发现，钢渣替代掺合料替代率在30%附近的混凝土抗压强度提高最显著，30%～50%的替代率可以得到较高的抗拉强度[14，18]。目前，利用钢渣作为骨料制备的混凝土在排水结构物、钢渣桩地基处理等简单构造工程中的应用前景可观，甚至可以100%替代普通碎石骨料[17]。

安定性问题是阻碍钢渣在混凝土中应用的一个重要因素，对钢渣混凝土安定性的影响机理和影响程度需进一步研究。钢渣细度在混凝土中的应用是一项重要的技术指标，如何改进钢渣的磨细技术有待进一步突破。国内学者已对钢渣混凝土的基本性能进行了相关研究，但对钢渣混凝土构件和结构相关的试验和理论研究得较少，此方面可能会成为以后研究的重点。

3 钢渣在水泥熟料煅烧中的应用

国内的许多研究者研究了钢渣可以作为原料用于水泥熟料的煅烧。主要作为原料（替代部分生料）、原渣直接窑尾外加煅烧成水泥熟料，掺钢渣煅烧水泥熟料，有利于水泥熟料的煅烧，能降低烧成温度，减少CO2的排放，提高产量和质量。

刘二南等人[19]将转炉钢渣作为铁质校正原料应用于水泥熟料烧成，并与硫酸渣作为铁质原料进行对比，研究结果表明掺入钢渣后对生料易烧性的改善效果比硫酸渣好，当钢渣掺量为5%时，生料的易烧性最好。采用钢渣会轻微降低熟料28 d的抗压强度，钢渣对熟料28 d的抗折强度影响不大，且熟料的安定性合格。李明绪等人用钢渣代替铁矿石作铁质原料煅烧熟料，研究结果表明，利用钢渣配制的生料与铁矿石配制的生料相比，CaCO3在相同温度下的分解更完全，钢渣具有“晶种”的作用，有利于熟料煅烧，煅烧的熟料强度更高，并可降低煤耗[20]。

张笛等人[21]提出了一种钢渣分相熟料烧成技术，并进行了工业化试验，钢渣掺量稳定在8%，该技术介绍了烧成工艺突破钢渣易磨性、安定性的瓶颈，为水泥工业消纳钢渣提供了技术途径。吴春丽[22]分析并研究钢渣粒径和掺量对水泥熟料烧成及性能的影响，结果指出：大颗粒钢渣（500～600μm）不影响水泥生料的易烧性及水泥矿物的形成，与不掺加钢渣煅烧的熟料对比，呈现较好的熟料岩相特征;钢渣粒径和掺量对熟料的强度有显著影响，但适当的掺量和粒径不会降低熟料的强度。

李晃的研究表明，粗颗粒钢渣的掺入能替代部分水泥生料，降低CO2的排放，同时碳酸钙的分解温度下降，有利于降低煅烧过程中的能耗和气体排放。当钢渣的掺量低于20%时，钢渣熟料易磨性较好。钢渣的掺入会引起水化速率和放热量下降，早期强度呈现一定程度的下降，后期强度显著增加，增长率较快。在生产应用中，以10%粗颗粒钢渣替代部分水泥生料能够烧制出游离氧化钙较低、强度较高、矿物分布均匀、结构致密的优质硅酸盐水泥熟料[23]。

综上所述，钢渣在水泥熟料煅烧中的应用目前主要集中在实验研究阶段，在实际生产中的应用研究或者试验还较少，如何将实验研究的结论在工业生产中进行应用与推广试验是下一步研究工作的主要方向。

4 结论

本文综述了钢渣在水泥行业中应用研究的一些现状，从这些现状中发现了一些问题：如何突破钢渣难磨的技术，如何解决钢渣中的游离氧化钙和氧化镁引起水泥及混凝土安定性不良，以及如何改善鋼渣的性能等问题，这些问题是影响提高钢渣消纳利用量的主要技术原因。此外，应用钢渣的利润空间低也是影响钢渣在水泥行业应用的另一主要原因，如何提升企业综合利用钢渣后的利润空间是钢渣推广利用的一大瓶颈，是否可以出台一些优惠政策推进钢渣综合利用量是今后相关部门需要考虑的方向。

有众多研究者更多地将研究的重点集中在实验室或试验阶段，但是如何将这些研究应用到生产实际，这些研究结果是否适用于生产实际，本文认为这些问题是研究工作的重点，此外如何快速搭建起企业生产与科研机构之间的“产、研”桥梁是实现科研结果落地的重要手段。

参 考 文 献

[1]杨华明，张广业.钢渣资源化的现状与前景[J].矿产综合应用，1999（3）：35-36.

[2]Sanjayan J G，Sioulas B.Strength of slag-cement concrete cured in place and in otherconditions[J].ACI MATER J.2000，97（5）：603-611.

[3]罗安顺.钢渣在水泥行业中的应用研究进展[J].四川水泥，2017（1）：337-338.

[4]宋笑，赵林林.浅谈钢渣在混凝土和砂浆中的应用情况及体积稳定性不良问题[J].商品混凝土，2019（12）：25-28.

[5]张玉柱，雷云波，李俊国，等.钢渣矿相组成及其显微形貌分析[J].冶金分析，2011，31（9）：11-17.

[6]刘思.武钢冶金渣利用新途径[J].中国废钢铁，2011（1）：42-44.

[7]张德成，谢英，丁铸，等.钢渣矿渣水泥的发展与现状[J].山东建材，1998（2）：14-17.

[8]张爱全.钢渣性能及其在水泥中的应用研究[J].水泥技术，2016（5）：35-39.

[9]董涛.钢渣在水泥生产中的应用研究[D].济南：济南大学，2012.

[10]冯春花，窦妍，李东旭.钢渣作为混合材在复合水泥中的应用[J].南京工业大学学报（自然科学版），2011，

33（1）：74-79.

[11]钱强.攀西钢渣作为水泥混合材的应用[J].中国水泥，2018（12）：79-82.

[12]陈书弟，段亚军，向丛阳，等.低活性钢渣作水泥混合材的改进方法研究[J].建材世界，2019，40（6）：10-12，18.

[13]石洪志，王如意，陈荣欢，等.不锈钢钢渣用作水泥混合材及其安全性分析[J].建筑材料学报，2010，13（6）：802-806.

[14]HISHAM Q，FAISAL S，IBRAHIM A.Use of low Ca O unprocessed steel slag in concrete as fine aggregate[J].Construction and Building Materials，2009，23：1118-1125.

[15]张国庆，张钦礼，周碧辉，等.煤矸石充填骨料替代品可行性研究[J].广西大学学报（自然科学版），2013，

3（5）：1223-1229.

[16]孙琳，王松亮，李丹丹.钢渣作为细骨料制备配重混凝土的试验研究[J].商品混凝土，2018（9）：35-36.

[17]官少龙，毛志刚，吴安耀，等.以钢渣为骨料的混凝土基本性能研究及应用[J].西部交通科技，2019（7）：1-3，22.

[18]MASLEHUDDIN M，ALFARABI M，SHAMEEM M，et al.Comparison of properties of steel slag and crushed limestone aggregate concretes[J].Construction and Building Materials，2003，17：105-112.

[19]刘二南，吴少鹏，谢君，等.钢渣作为熟料烧成铁质校正原料的应用研究[J].武汉理工大学学报（交通科学与工程版），2018，42（2）：226-230.

[20]李明绪，申士富，匡世勇，等.钢渣配料煅烧水泥熟料的研究[J].国外金属矿选矿，2002（8）：37-38.

[21]张笛，杨义，黄小青，等.钢渣分相熟料研究与应用进展[J].新世纪水泥导报，2019（5）：22-26.

[22]吴春丽.钢渣粒径和掺量对水泥熟料烧成及性能的影响[D].北京：中国建筑材料科学研究总院，2009.

[23]李晃.窑尾钢渣直接外加法生产水泥熟料研究[D].北京：中国建筑材料科学研究总院，2015.

作者：廖双双 蒙福亨 蓝旅玲 白少军

复合水泥物理力学性能论文 篇2：

混凝土材料与混凝土质量的关系浅探

摘要：混凝土结构作为现代建设工程的主体或骨架，在保障工程功能和质量方面发挥着极其重要的作用。现实中，混凝土质量的优劣将直接关系到工程建设质量，并且影響着工程使用者的人身和财产安全，所以有必要对混凝土质量控制予以重视。而要实现对混凝土质量的把控，首先要做的就是对材料进行科学选择，只有确保材料质量达标，才能为混凝土施工质量控制奠定坚实的基础。本文探讨了混凝土材料与混凝土质量的关系，以供参考。

关键词：混凝土材料；混凝土质量；关系

1、引言

混凝土是由胶凝材料（水泥）、细骨料（如砂子）、粗骨料（石子）及必要时掺入矿物混合材料与化学外加剂按一定比例混合，经搅拌成塑状拌和物，随着时间逐渐硬化，具有强度特性的人工石材。正是由于混凝土它是一种多相的、分散的复合材料，所以若其中一项原材料达不到要求或比例不合适，均会对整个混凝土造成影响，从而引起混凝土的质量下降，导致混凝土浇筑以后很容易出现裂纹，甚至坍塌的现象，直接影响着整个工程结构的质量。优质的混凝土必须有合格的强度、良好的耐久性和经济性，三者是一个有机的整体，相互影响、缺一不可。基于此，本文对混凝土材料与混凝土质量间的关系进行了分析，希望对相关工作能够有所借鉴。

2、混凝土组成材料

一般来讲，普通混凝土由水泥净浆作为胶凝材料，矿物集料作为填充材料这两大部分组成。现在，随着混凝土技术的发展，混凝土的组料增加了外加剂和矿物掺合料，而且其组成材料还在向多样化发展这些混凝土组成材料在结构中各自发挥着不同的作用，共同提高混凝土的质量。水泥净浆起着包裹集料、填充空隙、润滑材料、便于施工、硬化强度和耐久性的作用，因此，它对混凝土的质量是起着决定性的作用；集料在减少水泥净浆的发热、干缩和提高混凝土体积的稳定性、耐久性等方面起着很大的作用，还有它的经济、廉价、成本低的作用也不可小视；外加剂和矿物掺合料的应用，在提高混凝土的高性能化、多功能化以及组料的相容性和叠加效应等方面影响较大。

3、混凝土材料性能概述

（1）混凝土的热学性能。与混凝土材料的力学性能类似，混凝土材料的热学性能也可以由一些参数来进行表现，例如导热和热胀冷缩系数等，这些系数是在设计和配比混凝土材料时必须重点考虑的因素。但与一般的砖结构相比，混凝土结构的导热系数都很大，而这就可能在外墙上形成冷桥问题，进而影响到工程的施工效率。水泥作为一种重要的胶凝材料，经常会因为水分或内部化学反应的影响而出现变形，进而导致混凝土体积改变。一旦混凝土体积变化超过允许范围，就会导致裂缝和破坏。为了解决这一问题，实际中通常会使用膨胀水泥和膨胀剂。（2）混凝土材料的力学性能。对于混凝土材料而言，其重要的一个性能就是力学性能，力学性能的好坏将对混凝土质量造成严重影响。现实中，材料力学性能主要可以用抗压、抗震、支压以及抗弯强度等参数进行表示。混凝土在实际工程建设中被广泛应用的另一个重要原因就在于其表面受到小于静力强度的应力时，破损问题不会立即出现，而是会随着应力的长期作用，才会逐渐表现出裂缝问题。（3）混凝土的表面触感性能。混凝土材料的表面触感性能是现实中易被人们感知到的性能之一，这直接会对建筑使用者对空间的感受造成影响。混凝土材料的质感、颜色一般是由工程实际需求和工艺方式来决定的，进而给使用者带来不同的触感感受。

4、混凝土材料与混凝土质量的关系

4.1水泥

水泥是混凝土组料中关键性材料，其通过水化拌和成塑性浆体，将砂、石等材料胶结在一起，并能在空气或水中硬化的胶凝材料。

现行水泥品种很多，如矿渣水泥、纯硅水泥、普通水泥、粉煤灰水泥、火山灰水泥、复合水泥等。这些水泥由于各自的组成原料和制作工艺的区别，所以其性能也不尽相同。矿渣水泥的特性是水化热低，抗硫酸盐侵蚀性能好，耐热性能较高，凝结时间长，早期强度低，后期强度增进大；纯硅水泥是由硅酸盐水泥熟料加适量石膏磨制成，其优点是强度高、凝结硬化快、不透水性强、抗冻性和耐磨性好，缺点是水化热度较高、抗水性差、耐化学侵蚀差；普通水泥与纯硅水泥相比，其早强略有降低，抗冻性与耐磨性稍有下降，低温凝结时间有所延长；粉煤灰水泥的特点是需水量小、泌水小，和易性的，干缩小，水化热低，早期强度低、后期强度增大，耐侵蚀性和抗冻性差等；火山灰水泥的特点与矿渣水泥特性有很多相似外，还具有需水量大和干缩大的特性；复合水泥具有较高的早期强度和较好的和易性，但需水量较大。

从水泥材料的角度提高混凝土质量，不能笼统地说哪种水泥好、哪种水泥差，而应该根据工程的施工环境，工程性质以及工程的不同功能，来选择适合的水泥品种。此外，还应充分了解水泥的化学性能，物理性能以及建筑性能，从科学选配的角度，保证混凝土的质量。

4.2骨料

优质的骨料对混凝土的性能具有明显的改善作用，不同混凝土对骨料的要求不同。规范中对砂子的级配、细度模数、含泥量、泥块含量等有明确的要求，一般在配置强度等级较低的混凝土时，使用偏细的砂子有助于改善混凝土的和易性，而配置强度等级较高的混凝土时，适宜使用较粗的砂子。砂子的级配影响混凝土的和易性，尤其是对混凝土流动性能的影响更为显著。过细的砂子对混凝土的收缩不利，容易引起混凝土的开裂，而且增加混凝土的成本。

同样，石子对混凝土的影响也不容忽视。用级配合理的石子配置的混凝土具有良好的流动性，混凝土的工作性容易保证。另外，配置高强度等级的混凝土时，石子的种类和最大粒径应适当控制。碎石优于卵石，一方面是碎石中风化石很少，另一方面碎石的表面粗糙，与水泥浆的结合力更大。用最大粒径较小的石子配置的混凝土比用大石子配置的混凝土强度略高。与普通混凝土相比，高强混凝土的强度对界面更敏感。用小粒径石子时，水泥浆体和单个石子界面的过渡层周长和厚度都小，难以形成大的缺陷，有利于界面强度的提高。同时，粒径越小，石子本身缺陷的几率越小。石子的针片状含量的增加会对混凝土产生较大的不利影响，这是因为针片状石子的比表面积大特别是他们的内摩擦力大，含量增多时会增大石子的表面积和孔隙率，从而降低混凝土拌合物的流动性，并会加重露石和离析现象。针片状颗粒不仅会影响混凝土的和易性、水泥用量和强度，同时会影响其耐久性，恶化混凝土的性能，造成骨料的孔隙率增大，单位用水量和变形增加，因此必须严格限制石子中的针片状含量。石子的最大料径对混凝土的强度有很大影响，骨料的最大料径的增大会导致混凝土强度的降低，且水灰比越小此效应越为明显。

4.3外加剂

所谓外加剂是在拌制混凝土时用到的一种外在添加剂，主要起改善混凝土性能的作用。通常来说，外加剂的掺入量应低于水泥掺入量的5%。当前市场上流行的外加剂品种很多，这些外加剂可以对混凝土的各项性能进行改善。在实际操作中，如果人们想对混凝土的多方面性能都进行改善，也可以综合采用多种外加剂或直接使用复合外加剂。当然，外加剂如果使用超量也会影响到混凝土的终强度，此时就必须采取措施对事故混凝土进行处理。以预测强度等级为C20以上的事故混凝土处理为例，此时就可以采用C35补偿收缩混凝土（其配合比见表1）进行重新浇筑。

4.4矿物掺合料

矿物掺合料是一种无机矿物细粉，其品种主要有以下几类：第一，人工类，如偏高岭土、水淬高炉矿渣、煅烧页岩等；第二，工业废料类，如硅灰、粉煤灰等；第三，天然类，如硅质页岩、火山灰、凝灰岩、沸石粉等。矿物掺合料的细度与水泥细度相同或更细，其掺量在通常情况下，大于水泥用量的5%。

矿物掺合料在配制混凝土时加人，能参与水泥的水化过程，对水化产物有所贡献。在实际操作中，适量掺入矿物细粉，不仅可以实现对废弃矿物材料的重复利用，实现节能环保的目标，而且对增强混凝土的后期强度、耐久性以及耐腐蚀能力等均具有明显效果。因此，矿物掺合料的应用已经引起了很多国家的重视，一些厂商已经将矿物掺合料作为提升混凝土性能的必不可少的材料之一。

5、结束语

配置性能优良的混凝土是一项系统工程，应根据原材料情况和混凝土的技术要求进行统筹考虑，只有正确的选材和合理使用材料才有可能配置出技术和经济指标都相对满意的混凝土，才能保证工程的质量，才能使施工得以正常合理的进行，达到设计和验收标准。

参考文献：

[1]矿物掺合料对混凝土疲劳性能的影响[J].翟晓霞.科技创新导报.2014（03）.

[2]混凝土原材料选择及配合比设计研究与分析[J].陈永坚.中国高新技术企业.2014（03）.

（作者单位：天津东星混凝土有限公司）

作者：韩柏

复合水泥物理力学性能论文 篇3：

岩石基础灌浆施工方法在水利工程中的应用

摘 要：岩石通过纯水泥及其他浆液的灌浆可使基岩的整体强度、整体性提高以及渗透量减少都有明显的效果，并被广泛采用。具有对岩层适用性强，对地形和场地条件要求不高，施工机械化程度高、效率高和成本较低的特点，而且质量检查手段简单，效果直接。岩石钻孔和灌浆属于隐蔽工程，在正式灌浆之前要先进行灌浆试验，确定好灌浆压力及孔间距等施工参数；在灌浆过程中应严格做好过程控制和参数控制，确保达到预期效果，并做好原始记录；灌浆完成达到龄期后按设置检查孔通过压水试验检查灌浆质量，通过透水率来判定施工质量和灌浆效果，如果透水率小于标准值，表明灌浆质量合格，反之则为不合格。

关键词：岩石灌浆 有效措施 灌浆试验 过程控制 参数控制 记录 检查孔

新建水利枢纽工程及除险加固工程，包括岩石基础及两岸岩石坝肩防渗处理、破碎岩石加固及坝体接缝防渗处理等，目前绝大部分采用的都是岩基灌浆施工技术，在大量水利工程及其他如矿山等工程中得到了广泛应用，灌浆效果也得到了充分的验证，岩基灌浆施工技术及理论也随着工程实践在不断发展和成熟，钻孔机械和灌浆机械工作能力及工作效率不断提高，化学灌浆及超细水泥灌浆等特种灌浆技术也都随着实际工程的需要不断涌现。岩石基础灌浆技术含量较高，由于基础地质条件的特殊性及工程作用和要求的不同，应该根据具体情况来区别对待，有针对性地进行理论分析和模拟计算及现场勘探和试验，来确定一套可行的工程实施方案，选择最为安全又经济的施工措施，提高岩基整体强度和完整均匀性。

1 灌浆所用浆液及配置浆液所需的材料要求

1.1 水泥灌浆对于所需水泥的有关规定

（1）岩石或对其他介质的水泥浆液灌浆，拌制水泥浆液所使用的水泥种类和标号，需要综合考虑施工目的和施工环境的影响。对于水利工程目前规范要求使用普硅水泥或硅酸盐水泥，工程级别较低或临时工程经论证可采用复合水泥，当地下水有侵蚀性时应使用特种水泥。

（2）对于水泥的强度等级也有专门的要求，永久工程一般要求采用42.5MPa的普硅水泥，用于临时工程的可使用32.5MPa的水泥，由用于坝体接缝处理的灌浆，所用水泥的强度等级也相对较高。

（3）对于水泥的细度要求，用于防渗处理和帷幕所用水泥，按80通过方孔筛的筛余量来要求，标准是不大于5%。

（4）施工时所用水泥需设专门的存放场地，并应按顺序使用，受潮结块后严禁使用。

1.2 水泥类灌浆各种浆液

水泥类灌浆所用浆液，一般的岩石条件多用的是纯水泥拌制浆液，在岩石裂隙较大或者地下水流速较快等比较特殊的地质条件下，需要掺加外加剂、砂子、粘土、粉煤灰等添加剂和掺合料。

（1）采用超细水泥所配置浆液：指用干磨或湿磨超细水泥所配置的浆液，一般用于岩石缝隙很小且防渗标准要求很高，且灌浆压力较大的情况。

（2）有较好稳定性的水泥浆液：当工程要求较高或施工条件复杂不利的情况下，在水泥浆液中通过掺加稳定剂来提高浆液的稳定性，能明显提高施工适应性和保证率。

（3）掺有混合材料的浆液：指根据实际需要掺入砂子、粘土、膨润土等掺合料的水泥浆液。各种掺合料的质量和相关指标应符合要求。

①砂：水泥砂浆浆液用砂应采用细度模数不超过2.0 mm的细砂，天然砂和人工砂均可使用，最大粒径不宜超过2.5 mm，颗粒质地要求达到坚硬程度，含泥量、有机质含量和SO3含量不超过标准范围。

②黏性土：掺加的目的主要是提高防渗效果，对黏性土来说塑性指数不宜小于14，黏粒含量、含砂量、有机物含量等在标准范围之内。也可使用II级膨润土替代粘土。

③粉煤灰：起填充的作用，可选用I、II或III级的质量较好的粉煤灰，品质指标应符合规范规定。

④水玻璃：可明显减小浆液的待凝时间加快施工进度，也常用于透水率较大和水压力较大的情况。

2 灌浆设备和机具

灌浆施工所需的钻灌设备和小型机具包括灰浆搅拌设备、高压泵送设备、高压输送管路、耐压阀门等管件及压力表、孔口封闭设备和测量试验设备等，具体常用的有多种类型和规格参数。

3 施工工艺

3.1 施工方法

根据工程的地质条件和工程设计要求，灌浆分段进行，常规做法段长为5～10 m，可采用孔内循环灌浆也可采用纯压式灌浆，按钻灌顺序可分为自上而下和自下而上两种，自上而下指钻孔和灌浆均是从顶部开始分段向下进行，上一段灌浆结束后并达到一定的待凝时间后再进行下一段的钻孔和灌浆作业，这样钻孔和灌浆作业互相影响较大，相互交叉等待的情况较多，所以施工效率相对低，但自上而下分段灌浆始终在孔口封闭，所以封闭质量和效果容易得到保证，而且下一段灌浆对上一段又能起到适当补强的作用，所以灌浆效果相对较好。自下而上分段灌浆是钻孔一次钻至孔底，然后自下而上从底部开始分段向上灌浆，使用灌浆塞在孔内不同高度分段封闭，钻孔与灌浆作业相互干扰较小，施工效率相对较高。是在同一在孔口用封闭器封闭，自下而上需要。现场施工在正式灌浆之前，应先选择岩石地层和地质条件具有代表性的地段，进行灌浆现场工艺试验，用以验证灌浆方法的适用性并确定具体的灌浆施工参数。正式灌浆时先按一定比例做先导孔，进行正规的压水试验，具体摸清该区域的透水率情况，以便于在施工过程中控制。

灌浆孔间距1.5 m～2.5 m的比较常见，适应于一般的岩石地层，根据地质情况及工程要求设置单排孔或多排孔。帷幕灌浆孔布置应分序进行，布控原则见图1。

3.2 施工工艺流程

钻孔灌浆施工程序按先后顺序主要包括：盖重砼施工或作业面平整—钻机就位调平后钻孔—钻孔冲洗及压水试验—孔封闭及灌浆—灌浆结束封孔—检查孔。自下而上灌浆法各灌浆段连续进行，灌浆完成并达到封孔标准后可直接封孔；自上而下分段灌浆后需要有待凝时间，然后再进行下一段钻孔、冲洗并灌浆，各道工序重复进行，最底部一段灌浆结束后统一进行封孔。

3.3 操作工艺

3.3.1 钻孔

帷幕应当采用回转钻机，固结灌浆可使用潜孔钻钻孔，钻孔时均不得使用泥浆护壁和冷却。潜孔钻施工效率很高，但在风压的作用下容易把极细的岩石粉末吹进较细的岩石裂隙，从而影响冲洗和灌浆效果，帷幕灌浆要求较严，所以不允许采用潜孔钻钻孔，以免影响防渗效果；固结灌浆以加固破碎岩石为主要目的，重点是将较大的岩石裂隙灌注密实，从而提高岩石的整体性和物理力学性能，通常可允许使用潜孔钻钻孔。钻孔时要控制好孔向、孔深及孔位，钻孔施工时，钻探设备安装应稳固、调正、水平，各类连接螺栓应加垫固紧。各传动轮必须对线，钻孔中心与立轴应在同一直线上。开孔时应随时校正钻孔的顶角与方位角，使之符合设计要求（如表1）。

对于有覆盖层的地段进行钻灌时，在穿透覆盖层后需要埋设孔口管，预埋管的孔口位置应超过地面一段距离，以10 cm左右为宜，埋设时需要灌注浓水泥浆固定，采取注入法使孔壁与孔口管间注满并溢出，即可停止注浆，随后调正并固定孔口管，72 h之后便可凝结，然后即可进行下部岩石钻孔。

3.3.2 灌浆

钻孔至相应段长时进行压水试验和孔内清洗，之后采用灌浆泵以孔内循环式灌浆法灌浆，灌浆压力表安装在距孔口30～50c m处。灌浆过程中随时从压力表中读取灌浆压力。拌料时严格按配比（水胶比）（5：1、3：1、2：1、1：1、0.5：1）下料，每次搅拌量用搅拌筒的刻度配合钢板尺量测。灌浆完成达到龄期后进行压水试验验证灌浆结果。灌浆过程中的孔深、灌浆压力、灰浆比重、注入浆量的量测及压水试验等均应有监理工程师旁站监督。

3.3.3 灌浆压力处理

很明显灌浆压力越大，浆液也就越容易在压力作用下进入缝隙，所以灌浆效果也相应会越好，因此，在灌浆施工作业时，灌浆压力在具备条件时应当尽可能取最大值，但是也不是压力越大越好，如果压力过大，也可能会造成地层被掀动，从而产生破坏地层结构和上部工程结构的危险，以往的灌浆施工曾经出现过将 2.5 m厚的钢筋砼底板抬动并发生裂缝的事故，因此最大灌浆压力不允许高于灌浆塞以上岩层以及该岩层处压力的总和。

3.3.4 灌浆处理

（1）中断处理：灌浆时应连续进行，若因故中断，应尽快排除故障恢复灌浆。中断时间过长就需要采取处理措施，如冲洗钻孔，冲洗效果不明显必要时还要进行扫孔。灌浆恢复以后，浆液应控制从最稀配比开始，如果吸浆率与中断前想比较差别不大，就可以变换到中断前的浆液配比，如差别较大可考虑逐级变浓。也可能会出现吸浆率减少很多的情况，甚至不吸浆，这种情况就应补孔重灌。

（2）串口处理，在裂隙节理比较发育岩石基础上灌浆，在灌浆过程中容易发生与邻孔发生串通的现象，一般可采用处理方法有以下几种。

①对于钻进孔，宜立即停止钻进；

②如果被串孔内冒浆量不大，经过及时冲洗，孔内不致被水泥浆充填的，可以继续灌浆；

③如果串浆量较大时，就需要和被串孔同时灌浆，但由于地层和盖重受压面积成倍增加，应考虑防止岩层被抬动，适当减小灌浆压力，并加强观测。或者将将被串孔堵塞，并及时扫孔冲洗灌浆。

（3）作业面地面出现冒浆时处理的处理措施。

特别是无盖重灌浆这种情况出现较多，可以是的进行表面处理如嵌缝和表面封堵，但是有效的措施还是采取浓浆、减压、间歇灌浆等方法。

（4）特大耗浆现象的处理措施

如浆液变至最浓后，灌浆孔段的吸浆率仍很大，造成灌浆难以达到结束的标准时，这种情况如上所述可能是存在岩石裂隙发育并且联通范围很大，甚至远远超出施工范围，在以往的工程中出现过在灌浆作业时所灌注的浆液渗漏至水库库区内的现象，甚至会出现在距离施工区范围很远的山谷中浆液大量溢出的现象，在这种情况下即使耗用大量的浆液和水泥，其实并不会起到作用，而且费工费时，必须及时采取措施处理，通常采取的措施有：降低压力、加速凝剂、使用混合砂浆，如混合砂浆效果也不明显可考虑掺加锯末等材料进行封堵。

（5）地面抬动。

在以往的施工过程中发生过地面抬动甚至很厚盖重底板遭受破坏的现象，主要是因灌浆压力太大或串孔的原因引起，在较大的作用面积下对上部地层和盖重会产生巨大的抬动压力。如果出现抬动现象，应立即采取处理措施，降低压力继续灌浆。然后分析原因，调整灌浆方法。

（6）灌浆后涌水。

对于这种情况，达到结束标准可暂不停止灌浆，保持压力再延续一段时间，不再涌水后再封闭孔口。

3.3.5、灌浆结束标准与封孔

（1）灌浆结束标准包括灌浆压力、注浆量，当再设计的灌浆压力下注浆量达到结束标准时，还需要进行屏浆，即保持灌浆压力继续灌注一段时间后才可结束灌浆，对于自上而下和自下而上灌浆屏浆时间有所区别，前者为60 min，后者需要达到90 min。

（2）灌浆孔的封孔方法：采用自上而下分段灌浆时，在全孔灌浆结束后，应再用最稠一级浆液，按10～15米的段长将全孔作一次自下而上复灌，采用孔口封闭器灌浆时，最后可将全孔作一次浓浆封孔灌浆。水泥浆干硬以后，对未被填满部分用干硬性水泥砂浆封填，封堵时需要排除积水。

4 结语

岩基灌浆施工技术是针对岩石基础的处理，技术含量较高，工艺较为复杂，而且属于隐蔽工程，因此不但要提前确定灌浆工艺、材料、施工参数等，还需要选择代表性地段进行灌浆试验，进行验证，然后才能进入正式施工阶段。岩石基础经过灌浆处理以后，其强度、整体性、可抗渗性都会明显提高，而且有适应性强、施工效率高、效果明显、成本较低的优点，对于较深的覆盖层体现的尤其明显，目前在水利工程中得到了广泛的应用，在其他行业也被用于截渗等工程措施，实践证明岩石灌浆技术是一项高效可行值得大力推广的施工技术。

参考文献

[1] 徐猛勇.向家坝水电站坝基破碎带岩体步补强灌浆施工技术浅析[J].水利水电技术，2015（3）：43-45.

[2] DL/T5148-2012，水工建筑物水泥灌浆施工技术规范[S].北京：中国电力出版社，2012.

[3] SL31-2003，水利水电钻孔压水试验规程[S].上海：上海画报出版社，2004.

[4] SL291-2003，水利水电钻探规程[S].北京：中国水利水电出版社，2003.

作者：谢殿华等