油酸改性超细水泥对注浆材料性能的影响

doi:10.16552/j.cnki.issn1001-1625.2026.0054

摘要/Abstract

摘要：

超细水泥（UPC）在混凝土微裂缝修复中面临低水灰比下浆体流动性差、孔隙率高、易溶蚀等问题。本研究提出采用油酸对UPC进行表面改性，以同步提高其可注性与疏水性。采用球磨法制备了油酸掺量为0%~0.3%（质量分数）的油酸改性UPC。系统评估了改性UPC浆体的流变性能、抗压强度、水化热、疏水特性、界面粘接强度，并通过FTIR、SEM、TG、LF-NMR等微观手段揭示其改性机理。结果表明：适量（0.1%）油酸改性可降低注浆材料的黏度，改善流变特性；同时，该掺量下油酸对水泥水化的抑制作用较小，对浆体的强度影响不大，并显著降低浆体的自收缩。油酸参与水泥颗粒表面改性，使硬化后浆体的接触角从48.6°增至126.4°。然而，过量（>0.2%）油酸会严重抑制水化反应，使浆体28 d抗压强度从54.95 MPa降至23.08 MPa，并且增大自收缩与孔隙率。本研究探讨了油酸在UPC中的作用机制与掺量阈值，为开发高性能微裂缝防渗修复材料提供了支撑。

关键词: 超细水泥, 油酸, 疏水性, 水化过程, 孔结构

Abstract:

In the repair of concrete micro-cracks， ultrafine cement （UPC） faces the problems of poor slurry fluidity， high porosity and susceptibility to dissolution under low water-cement ratio. In this study， the surface modification of UPC with oleic acid was proposed to simultaneously improve its injectability and hydrophobicity. Oleic acid modified UPC with oleic acid content of 0%~0.3% （mass fraction） was prepared by ball milling method. The rheological properties， compressive strength， heat of hydration， hydrophobic properties and interfacial bond strength of the modified UPC paste were systematically evaluated， and the modification mechanism was revealed by FTIR， SEM， TG， LF-NMR. The results show that appropriate amount of oleic acid （0.1%） modification can reduce the viscosity of grouting material and improve the rheological properties. At the same time， at this dosage， the inhibition effect on cement hydration is small， the strength of the slurry is not much affected， and the autogenous shrinkage of the slurry is significantly reduced. Oleic acid is involved in the surface modification of cement particles， and the contact angle of hardened slurry increases from 48.6° to 126.4°. However， an excessive amount of oleic acid （>0.2%） severely inhibits the hydration reaction， reduces the 28 d compressive strength from 54.95 MPa to 23.08 MPa， and increases the autogenous shrinkage and porosity. In this paper， the study investigates the action mechanism and dosage threshold of oleic acid in UPC， which provides support for the development of high-performance microfracture anti-seepage repair materials.

Key words: ultrafine cement, oleic acid, hydrophobicity, hydration process, pore structure

中图分类号:

TU528

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图/表 17

表1 超细水泥的化学组成

Table 1 Chemical composition of ultrafine cement

Chemical composition	SiO₂	CaO	Al₂O₃	Fe₂O₃	MgO	SO₃	K₂O	Na₂O	TiO₂	LOl
Mass fraction/%	22.93	60.65	4.23	3.05	4.01	2.56	0.46	0.23	0.47	1.41

表2 超细水泥的物理性能

Table 2 Physical properties of ultrafine cement

Indicator	Flexural strength/MPa			Compressive strength/MPa			Setting time/min
Indicator	3 d	7 d	28 d	3 d	7 d	28 d	Initial	Final
Value	7.10	8.35	9.10	27.40	44.80	59.70	125	195

表3 注浆材料的基础配合比

Table 3 Basic mix ratio of grouting material

Sample	Mass/g			W/C
Sample	UPC	Water	OA	W/C
S	200	100	0	0.5
A	200	100	0.2	0.5
B	200	100	0.4	0.5
C	200	100	0.6	0.5

图1 油酸掺入对超细水泥颗粒粒度的影响

Fig.1 Influence of oleic acid addition on particle size of ultrafine cement

图2 界面粘接强度试验

Fig.2 Interface bonding strength test

图3 不同油酸掺量对超细水泥浆体流变特性的影响

Fig.3 Effect of different oleic acid content on rheological properties of ultrafine cement paste

表4 基于Herschel-Bulkley模型的流变参数拟合结果

Table 4 Fitting results of rheological parameters based on Herschel-Bulkley model

Sample	W/C	Herschel-Bulkley model	τ₀/Pa	n	R²/%
S	0.5	y=23.52+3.82x^0.57	23.52	0.57	99.96
A	0.5	y=23.93+0.56x^0.47	23.93	0.47	99.68
B	0.5	y=24.91+2.52x^0.62	24.91	0.62	99.94
C	0.5	y=36.57+0.69x^0.74	36.57	0.74	99.68

图4 不同油酸掺量UPC试件的静态水接触角

Fig.4 Water contact angles of UPC with different oleic acid content

图5 不同油酸掺量UPC的FTIR谱

Fig.5 FTIR spectra of UPC with different oleic acid content

图6 油酸掺量对UPC注浆材料抗压强度的影响

Fig.6 Influence of oleic acid content on compressive strength of UPC grouting materials

图7 不同油酸掺量对UPC水化过程的影响

Fig.7 Influence of different oleic acid content on hydration process of UPC

图8 不同掺量油酸改性超细水泥的TG-DTG及Ca（OH）2失重率

Fig.8 TG-DTG and Ca（OH）2 weight loss of different oleic acid modified ultrafine cement

图9 不同油酸掺量UPC的SEM照片

Fig.9 SEM images of UPC with different oleic acid content

图10 不同油酸掺量试件的界面粘接强度

Fig.10 Interfacial bonding strength of specimens

图11 油酸掺量对超细水泥浆体收缩的影响

Fig.11 Influence of oleic acid content on shrinkage of ultrafine cement pastes with different oleic acid content

图12 24 h内不同组别UPC的T2弛豫时间分布

Fig.12 Distribution of T2 relaxation time of UPC in different groups within 24 h

图13 不同养护龄期下各组UPC的T2弛豫时间分布演变

Fig.13 Evolution of T2 relaxation time distribution of each group of UPC under different curing ages

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