水泥浆液掺和一定比例膨胀剂水泥结石膨胀率试验研究.docx

1、水泥浆液掺和一定比例膨胀剂水泥结石膨胀率试验研究雅砻江锦屏一级水电站左岸基础处理工程水泥浆液掺和一定比例膨胀剂水泥结石膨胀率试验研究七局十四局联营体七局项目部2012年10月25日批准： 审核： 校核： 编写： 1 试验目的结合纯水泥浆液及其水泥结石的体积收缩比试验研究，为减小或消除浆液形成结石过程中因体积收缩对灌浆质量的影响，进一步开展纯水泥浆液中掺和一定比例的膨胀剂对水泥浆液基本性能及水泥结石性能影响的试验研究。2 试验内容2.1 浆液基本性能普通水泥浆液中掺和一定比例膨胀剂后测试浆液以下基本性能：1）浆液初始温度2）浆液比重3）浆液马氏粘度4）浆液析水率5）浆液凝结时间2.2 水泥结石抗

2、压强度普通水泥浆液中掺和一定比例膨胀剂对成型的水泥结石养护相应龄期测试：1）7天抗压强度2）28天抗压强度2.3 补偿收缩限制竖向微膨胀性普通水泥浆液中掺和一定比例膨胀剂，浆液形成水泥结石后体积将发生微膨胀，测定相应龄期的竖向微膨胀率：1）5小时膨胀率2）10小时膨胀率3）24小时（1天）膨胀率4）72小时（3天）膨胀率5）168小时（7天）膨胀率6）672小时（28天）膨胀率3 主要仪器设备NJ-160净浆搅拌机、HBY-40B型水泥混凝土标准养护箱、200ml量筒、电子天平（2000g、6000g、200g量程各一台）、MLN-2型马氏漏斗粘度计、浆液凝结时间试模、新标准法维卡仪、NB-1

3、泥浆比重计、40mm*40mm*40mm六联快速水泥强度试模、抗压试验机、膨胀测量仪、养护筐、秒表、抹刀、烧杯、移液管、温度计、玻璃棒等。4 试验原材料4.1 水采用锦屏3#生活营地自来水，水温1517。4.2 水泥水泥选用四川乃托股份有限公司生产的“乃托”牌散装普通硅酸盐水泥，强度等级PO42.5，取样自1885m层储灰罐。4.3 外加剂1）氧化钙：CaO2）9水硅酸钠：Na2SiO39H2O5 试验方法步骤5.1 试验前准备工作（1）试验用材料按需准备，仪器设备按需准备。（2）用电设备操作安全性能检查，确保安全正常使用。（3）试验器皿使用前的清洁擦拭，确保干净无杂物。（4）调试各个测量装置

4、，确保正常使用。（5）对试验用料进行相关标准检测。（6）试验参数的设定1） 浆液水灰比为：W/C=0.5:1,硅酸钠参量为2.8%，氧化钙参量分别按2.0%、2.5%、3.0%与不掺合外加剂的浆液进行比对试验。2）浆液水灰比为：W/C=0.5:1,硅酸钠参量为2.0%,氧化钙参量分别按2.0%、1.7%、1.4%与不掺合外加剂的浆液进行比对试验。（7）试验耗材预算1）根据使用器皿装置测定其试验容积的大小和计算试验耗浆的质量，列表于下：表5-1 使用器皿装置容积统计及耗浆量计算器材名称切锥试模玻璃量筒膨胀仪泥浆比重计标准稠度仪抗压试模备注试验耗浆体积(ml)1504005002007004000

5、.5:1浆液比重按理论值1.83g/cm3取值计算试验耗浆质量(g)2757329153661280732追加损失量（ml）412追加质量（g）755耗浆质量合计（g）50552）根据浆液配比计算出试验使用各材料的使用量 根据水灰比w/c=0.5:1分别计算出浆液中水和胶凝材料质量，再按胶凝材料的参量百分比计算出外加剂的质量，计算结果列于下表：表5-2 配浆用材料预算试验用材料浆液总量WCCaONa2SiO39H2O95.2%94.7%94.2%2.0%2.5%3.0%2.8%用量（g）505516853215.63200.43185.264.380.095.690.089.689.296%9

6、6.3%96.6%2.0%1.7%1.4%2.0%3240.43250.03259.264.855.2545.664.865.065.2备注1.W:C=0.5:1;2.C+ CaO+ Na2SiO39H2O=100%;3.W+C+ CaO+ Na2SiO39H2O=5055.4.不掺合外加剂的纯水泥浆液用量W+C=5055，其中W=1685,C=3370.5.2 试验操作方法及细则（1）按上节5.1试验前准备工作的第（7）项试验耗材预算计算出的各材料用量进行配浆。1）用最大称量值6千克的电子秤称量已检待用水泥，精确至0.1g。2）用最大称量值2千克的电子秤称量已检待用氧化钙和硅酸钠，精确至0.

7、01g。3）用最大称量值6千克的电子秤称量配浆用水，精确至0.1g。4）将称好的硅酸钠小心投入称量好水的玻璃量杯中，充分搅拌使其充分溶解，（搅拌时使用干净而表面湿润的玻璃棒）。5）用湿润的毛巾先把净浆搅拌机的拌叶和搅拌锅的内壁擦拭湿润，将称量好的水泥和氧化钙分别倒入搅拌窝，并用低速搅拌120秒，使其充分混合均匀。6）将溶解好的硅酸钠溶液，小心倒入搅拌锅内并记录加水时间，先低速搅拌120秒后停机十五秒，在此时间内快速用刮刀将搅拌叶片和搅拌锅内壁上的水泥浆刮入锅内，再高速搅拌120秒后停机，制浆完毕。（2）测量浆液温度。使用量程-5100最小量程为1的水银温度计测量浆液温度并记录数据。（3）测量浆

8、液比重。每组浆液测量两次，结果取平均值。（4）检测浆液流动性。用校核好的马氏漏斗对浆液进行流动性检测，每组浆液检测两次，检测结果取平均值。（5）制作凝结时间试模。让浆液一次性注满试模，并用玻璃棒轻捣610次，以排出气泡。制作好后迅速平移至湿气养护箱内养护。测量凝结时间按照GB/T13462001中的规定执行。（6）浆液析水率试验。将搅拌均匀的浆液分别装入两只编入序号的量筒内，各装100ml以上浆液，并记录初始浆液体积。装填浆液时要小心稳妥，以防浆液渐到量筒壁上。浆液加入量筒时间开始，每隔二十分钟记录一次量筒内浆液的体积变化数据，直到三次读数不变时视为析水稳定，停止观测清洗量筒。试验结果取两次结

9、果平均值。（7）限制竖向微膨胀试验。将搅拌均匀的浆液装入膨胀仪，装好千分表并记录千分表初始读数。浆液装入膨胀仪时一定要轻稳，当浆液装至筒内内台阶时应立即停止灌注浆液。然后小心将上口活塞轻轻缓慢装入以刚好接触上口台阶为宜。临近初凝时每十分钟记录一次千分表读数，直到终凝后每两小时记录一次。待终凝后将膨胀仪放入加满水的养护箱内养护，水温调至20。养护8小时后读一次千分表读数，以后每天每8小时测读一次千分表读数，并做好记录。一直测试到28天养护日止。（8）抗压强度试验。每组浆液各制作3组7天和28天抗压强度试模。将搅拌均匀的浆液缓缓装入试模，在浆液初凝后用摸刀抹平模面，并用湿润的纱布覆盖于试模面静养一

10、天后脱模，将模块放入标准养护箱中养护。养护至设计龄期后做抗压强度试验，并记录抗压强度值。5.3 膨胀试验原理及使用装置介绍本次试验方法借鉴GB510119-2003附录B补偿收缩混凝土的膨胀率及干缩率的测定方法、DL/T5100-1999附录C灌浆用膨胀砂浆竖向膨胀率的测定方法。以这两种方法的试验原理并设计加工制造水泥浆竖向膨胀测定仪，通过探索试验水泥浆竖向膨胀测定仪十分稳定可靠。本试验装置采用外径58mm，内劲55mm的无缝钢管制作膨胀仪主体，主体长130mm。膨胀仪装置由主体筒，主体筒底盖，主体筒上口活塞，主体筒装夹杆，千分表支架和千分表组成。（1）主体筒。由无缝刚管制成，总长120 mm

11、，距上口端20mm处有一台阶，上口内径56.5mm，台阶以下内径55mm，从下口端到台阶面深100mm（即主体容量筒高100mm），在筒体下口端往下10mm的外径上有套扣式丝牙，用于连接主体筒底盖。 （2）主体筒底盖。由圆钢精工切削制造而成。高25mm，外径62mm,内径58.2mm,从上口端到底盖内底面深15mm,从上口端往下10mm的内壁上有套扣式丝呀，用于连接主体筒，从上口端往下10-15mm有一内径56.2mm的环带，在此位置上分布有六个倾斜向下开口于底盖外圆面的透水养护孔，孔径5.2mm。（3）主体筒上口活塞。由圆钢精工切削制造而成。活塞高15mm,直径56.2mm，在活塞的中心配有

12、一个8mm的螺丝孔，并相应配置一根长50mm的螺丝杆和锁紧螺母。螺丝杆下端面加工成平面，其下端面距活塞底面调制成10mm的距离，在活塞上配有四个垂直向下的养护孔，孔径6.7mm。（4）主体筒装夹杆。由12mm圆钢磨削而成，全长150,mm，顶端有20mm长的装夹区磨制成直径11mm。装夹杆与主体筒的连接采用电焊焊接，其伸出主体筒70mm,（5）千分表支架和千分表。表架采用上海西林刃具有限公司制造的表座支架；千分表采用威海市量具厂有限公司生产制造的千分表，量程范围0-1.0mm,精确值0.001mm.（6）膨胀仪整体示意图列于下：图5-1 膨胀仪整体结构示意图5.4 膨胀率的计算方法（1）确定结

13、石体的基本长度结石体的基本长度以膨胀仪最大注浆深度为准，记为H，本次试验值H=100mm。（2）确定被测量结石体的净长度被测量结石体的净长度以活塞中心测量螺杆低端所插入结石体深度横截面以下结石体的长度，记为H1， 测量螺杆插入深度记为h，本次试验h=10mm。结石体被测净长度H1H1=H-h（3）计算结石体膨胀量结石体膨胀量以千分表测量膨胀值的累计总和为准，千分表初始读数记为P0，第i时刻千分表读数记为Pi，则i时刻结石膨胀量记为PP=Pi- P0（4）膨胀率计算如下膨胀率记为：，以%表示。=（P/ H1）*100%6 试验数据收集统计本次试验内容主要包括掺合不同比例参量的膨胀剂浆液与纯水泥浆

14、液基本性能比较、结石力学性能比较以及掺合不同比例参量的膨胀剂的浆液形成水泥结石后在相应龄期内竖向微膨胀率对比试验。试验测试结果数据统计见下表6-1。表6-1 试验原始数据统计表试 验 项 目不同掺量的膨胀剂各试验组别的试验结果12345678加水时间h:min11：1210：3509：5208：5909：5510：2510：5011：13配浆水温度（）1715浆液温度（）232221202120.820.320浆液比重（g/cm3）第一组1.8201.8021.8001.7901.8251.8251.8201.815第二组1.8211.8011.7981.7951.8281.8261.8211

15、.814平均值1.8201.8011.7991.7921.8261.8261.8201.814浆液流动性(s)第一组71.81滴流状滴流状170.2166.99209.49174.19164.12第二组71.35178.3366.59215.21180.45160.33平均值71.58174.366.8212.4177.3162.2浆液凝结时间(h:min)初凝7：284：054：205：057：534：054：304：40终凝8：355：556：086：358：106：176：206：24浆液析水率入筒读数（mL）第一组200200200200100100100100第二组200200200

16、200100100100100稳定读数(mL)第一组190.620020020095.5100100100第二组190.820020020095.8100100100平均值190.720020020095.6100100100结石抗压强度（MPa）7d强度21.615.615.515.423.115.815.715.628d强度35.626.525.625.236.727.427.026.0限制竖向微膨胀试验 (m)初始读数第一组/833798/271515第二组/371065/5小时第一组/15811829/563第二组/20320751/10小时第一组/26519532/796320第二组

17、/35728871/1d第一组/33225142.5/14212572.5第二组/42834799/3d第一组/34326246/15213680第二组/439357108/7d第一组/34826648/16014182.5第二组/441361110/28d第一组/35527348/16914884第二组/442366114/备 注说明：不同掺量的膨胀剂各试验组别1、2、3、4、5、6、7、8分别代表的C、CaO、Na2SiO39H2O掺量分别为：100%、0、0，94.2%、3.0%、2.8%，94.7%、2.5%、2.8%，95.2%、2.0%、2.8%，100%、0、0，96%、2.0%

18、、2.0%，96.3%、1.7%、2.0%，96.6%、1.4%、2.0%。说明：以下各节不同参量的膨胀剂各试验组别1、2、3、4、5、6、7、8所代表的C、CaO、Na2SiO39H2O参量和本表备注描述一致，将不再重复说明。7 试验成果分析7.1 浆液基本性能分析（1）浆液温度变化浆液温度主要来源于水泥与水作用放出热，此称为水化热。影响水泥水化热的因素很多，包括水泥孰料矿物组成、水灰比、养护温度、水泥细度，外加剂混合参量与质量也将影响水泥的水化热。现将水灰比为0.5：1的纯水泥浆液与掺合不同比例的膨胀剂的水泥浆液初始温度如下表：表7-1 0.5：1浆液的初始温度试 验 项 目不同掺量的膨胀

19、剂各试验组别浆液温度测量结果12345678配浆水温度（）1715浆液温度（）232221202120.820.320上表中，试验编号2、3、4代表氧化钙参量分别为3.0%、2.5%、2.0%，9水硅酸钠参量均为2.8%；组别编号6、7、8代表氧化钙参量分别为2.0%、1.7%、1.4%，9水硅酸钠参量均为2.0%；试验编号1、5均为没有掺合外加剂的纯水泥浆。从上表7-1可以得出，1）9水硅酸钠参量为2.8%、氧化钙参量分别为3.0%、2.5%、2.0%与没有掺合外加剂的纯浆液有如下规律：没有掺合外加剂的浆液温度最高，为23，随着氧化钙参量的降低浆液温度随之降低，浆液温度由22逐渐递减为21、

20、20。2）1）9水硅酸钠参量为2.0%、氧化钙参量分别为2.0%、1.7%、1.4%与没有掺合外加剂的纯浆液有如下规律：没有掺合外加剂的浆液温度最高为21，随着氧化钙参量的降低浆液温度随之降低，浆液温度由20.8逐渐递减为20.3、20。3）当配浆水温为17时纯水泥浆液温度为23，当配浆水温为15时纯水泥浆液温度为21，以此可以得出配浆水温越高浆液初始温度就越高。（2）浆液比重试验结果分析采用NB-1型泥浆比重称测定浆液的比重。同一种浆液分别测定两次，取平均值作为试验结果。测试结果见下表：表7-2 纯水泥浆液与掺合一定比例氧化钙及9水硅酸钠浆液比重对比表试 验 项 目不同参量的膨胀剂各试验组别

21、的试验结果12345678浆液比重（g/cm3）第一组1.8201.8021.8001.7901.8251.8251.8201.815第二组1.8211.8011.7981.7951.8281.8261.8211.814平均值1.8201.8011.7991.7921.8261.8261.8201.814纯水泥浆液与掺合一定比例氧化钙及9水硅酸钠的浆液比重变化曲线如下图：图7-1 浆液掺合不同比例膨胀剂浆液比重变化曲线从上表7-2及上图7-1可以得出以下结论，1）纯水泥浆液的比重比掺合膨胀剂浆液的比重略大，外加剂掺合比例越大比重变化越明显。2）纯水泥浆液试验编号1与掺合9水硅酸钠均为2.8%及

22、氧化钙掺合比例分别为3.0%、2.5%、2.0%的试验编号分别为2、3、4对比结果有：纯水泥浆液的比重最大为1.820g/cm3，随着氧化钙掺量减小浆液比重由1.801 g/cm3逐渐变化为1.799 g/cm3，1.792 g/cm3，呈递减趋势。3）纯水泥浆液试验编号5与掺合9水硅酸钠均为2.0%及氧化钙掺合比例分别为2.0%、1.7%、1.4%的试验编号分别为6、7、8对比结果有：纯水泥浆液的比重最大为1.826g/cm3，随着氧化钙掺量减小浆液比重由1.826 g/cm3逐渐变化为1.820 g/cm3，1.814 g/cm3，呈递减趋势。（3）浆液流动度试验结果分析浆液流动度采用马氏

23、漏斗粘度，以注入马氏漏斗中1500ml，浆液流出946mL 所需的时间表示。同一种浆液分别测定两次，取平均值作为试验结果。测试结果见下表：表7-3 纯水泥浆液与掺合一定比例氧化钙及9水硅酸钠浆液流动度对比表试 验 项 目不同掺量的膨胀剂各试验组别的试验结果12345678浆液流动性(s)第一组71.81滴流状滴流状170.2166.99209.49174.19164.12第二组71.35178.3366.59215.21180.45160.33平均值71.58174.366.8212.4177.3162.2从上表7-3可以得出，1）纯水泥浆液试验组编号1与掺合9水硅酸钠均为2.8%及氧化钙掺合

24、比例分别为3.0%、2.5%、2.0%的试验编号依次为2、3、4流动度对比结果有：纯水泥浆液的流动度较好，为71.58s，氧化钙掺合比例分别为3.0%、2.5%的浆液呈滴流状，流动性极差，氧化钙掺合比例为2.0%的浆液流动度为174.3s，流动性差。同一比对试验中，纯水泥浆液流动度最好，氧化钙掺合量越大，流动性越差。2）纯水泥浆液试验编号5与掺合9水硅酸钠均为2.0%及氧化钙掺合比例分别为2.0%、1.7%、1.4%的试验编号依次为6、7、8对比结果有：纯水泥浆液的流动度较好，为66.8s，随着氧化钙掺量减小浆液流动度由215.21s逐渐减小为177.3s，162.2s，流动度有转好趋势。同一

25、比对试验中，纯水泥浆液流动度最好，氧化钙掺合量越大，流动性越差。（4）浆液凝结时间试验结果分析浆液凝结时间的测定参照GB/T1346-2001，采用657540mm凝结时间圆模，新标准法维卡仪测定。测定结果见下表：表7-4 纯水泥浆液与掺合一定比例氧化钙及9水硅酸钠浆液凝结时间对比表试 验 项 目不同掺量的膨胀剂各试验组别的试验结果12345678浆液凝结时间(h:min)初凝7：284：054：205：057：534：054：304：40终凝8：355：556：086：358：106：176：206：24纯水泥浆液与掺合一定比例氧化钙及9水硅酸钠的浆液凝结时间变化曲线如下图：图7-2 浆液掺

26、合不同比例膨胀剂浆液凝结时间变化曲线从上表7-4和上图7-2可以看出，1）纯水泥浆液试验编号1与掺合9水硅酸钠均为2.8%、氧化钙掺合比例分别为3.0%、2.5%、2.0%的试验编号依次为2、3、4凝结时间对比结果有：纯水泥浆液凝结时间最长，初凝历时7小时28分，终凝历时8小时35分；随着氧化钙参量减小浆液浆液凝结时间随之延长，初凝时间由4小时5分延长到4小时20分、5小时5分，终凝时间由5小时55分延长到6小时8分、6小时35分。2）纯水泥浆液试验编号5与掺合9水硅酸钠均为2.0%及氧化钙掺合比例分别为2.0%、1.7%、1.4%的试验编号依次为6、7、8凝结时间对比结果有：纯水泥浆液凝结时

27、间最长，初凝历时7小时53分，终凝历时8小时10分；随着氧化钙掺量减小浆液浆液凝结时间随之延长，初凝时间由4小时5分延长到4小时30分、4小时40分，终凝时间由6小时17分延长到6小时20分、6小时24分。（5）浆液析水率成果分析将水泥浆液装入250mL 的量筒中静置，每20min进行一次读数，连续三个数达到稳定即达到析水稳定，测定析水持续时间。表7-5 纯水泥浆液与掺合一定比例氧化钙及9水硅酸钠浆液析水率对比表试 验 项 目不同掺量的膨胀剂各试验组别的试验结果12345678浆液析水率入筒读数（mL）第一组200200200200100100100100第二组200200200200100100100100稳定读数(mL)第一组190.620020020095.5100100100第二组190.820020020095.8100100100平均值190.720020020095.6100100100析水率(%)4.60004.4000从上表7-5可以得