高强套筒灌浆料的制备及性能研究

　　随着建筑工程技术的不断发展，装配式建筑被逐渐推广。与传统现浇混凝土结构相比，装配式混凝土质量相对稳定，可以根据不同的使用功能进行定制。装配式建筑结构构件预先在工厂进行加工处理，然后运输到施工现场，利用机械拼装，相比于现浇混凝土结构，大大提高了生产效率且节约能源。

　　钢筋套筒连接技术是装配式建筑结构中主要采用的连接技术，套筒灌浆料是钢筋套筒连接技术的主要材料，因此，探究套筒灌浆料对于装配式建筑结构至关重要。本文通过在普通套筒灌浆料配方的基础上，调整水胶比与胶砂比、在矿物掺合料中引入新型纳米材料，成功配制出56 d 抗压强度大于120 MPa 的高强套筒灌浆料。

　　1 试 验

　　1.1 试验原材料

　　水泥：P·O52.5 水泥，中国中联水泥有限公司生产;石膏：青岛众众化工有限公司生产;矿粉掺合料：粉煤灰、精细沉珠、超细矿粉、硅灰，山东淄博建涛建筑材料有限公司;骨料：20～40 目石英砂、40～70 目烘干砂、70～120 目烘干砂，市售;外加剂：聚羧酸减水剂，瑞士西卡化工有限公司生产，粉体，减水率38.7%;硼酸，郑州明瑞化工产品有限公司生产，分析纯(AR);羟丙基甲基纤维素(HPMC)：黏度100 Pa·s;水：自来水;纳米SiO2、碳纳米管、氧化石墨烯：广州瑞源新型材料有限公司，分析纯。胶凝材料的主要化学成分见表1。

　　表1 胶凝材料的主要化学成分 %

　　1.2 试验方法

　　通过大量探究性试验以及相关的工程实践初步确定套筒灌浆料的基准配合比为：胶凝材料由90%水泥+3%石膏+7%粉煤灰组成，胶砂比为1.0，水胶比为0.1，聚羧酸减水剂掺量为胶凝材料质量的0.3%。套筒灌浆料的流动度和抗压强度参照JG/T 408—2013《钢筋连接用套筒灌浆料》进行测试。

　　2 试验结果与分析

　　2.1 水胶比对高强套筒灌浆料性能的影响

　　在基准配合比基础上，改变水胶比，对灌浆料性能的影响见表1。

　　表1 水胶比对套筒灌浆料性能的影响

　　由表1 可见：

　　(1)随着水胶比的逐渐减小，高强套筒灌浆料的初始以及30 min 流动度均不断降低，当水胶比为0.10 时，灌浆料浆体已变得非常粘稠，不能进行施工操作。当水胶比由0.25 降低至0.10 时，灌浆料的初始、30 min 流动度分别降低26.2%、35.1%，相比初始流动度而言，水胶比对灌浆料的30 min 流动度影响较大。随着水胶比的不断减小，反应体系内聚羧酸减水剂分子不能在水分子作用下及时吸附到水泥颗粒表面，从而使水泥颗粒之间的空间位阻过小，且由于水分子数量较少，水泥颗粒水化程度较高，从而短时间生成大量的钙矾石晶体，进一步降低了聚羧酸减水剂的吸附能力，从而导致灌浆料的流动性不断变差。

　　(2)当水胶比由0.25 逐渐降低至0.10 时，高强套筒灌浆料各龄期抗压强度均呈提高的趋势;水胶比为0.25 时灌浆料的1、7、28、56 d 抗压强度较水胶比为0.10 时的分别提高了31.3%、25.9%、10.6%、11.5%。由此可知，降低水胶比能显著提高灌浆料的早期抗压强度，且对灌浆料的后期强度发展起到一定的促进作用。当水胶比进一步降低至0.07 时，相比于水胶比为0.10 时，灌浆料的1 d 抗压强度有所提高，但7 d、28 d、56 d 抗压强度均呈现下降趋势。由此可知，当水胶比降低到一定程度时，反应体系内大量的水泥颗粒因没有水分子而无法参与水化，从而导致灌浆料后期强度无法进一步提高。

　　2.2 胶砂比对高强套筒灌浆料性能的影响

　　在上述试验的基础上，选用水胶比为0.08，为了解决套筒灌浆料在低水胶比时流动性较差的问题，本文通过大量的探索性试验可知，升高水温能够有效提高灌浆料的流动性，且在合适水温条件下，对套筒灌浆料的其它性能影响较小，且通过引入羟丙基甲基纤维素，与较大掺量的聚羧酸减水剂能够有效提高水泥基材料的流动性。套筒灌浆料配合比为：胶凝材料由90%水泥+3%石膏+7%粉煤灰组成，水胶比为0.08，聚羧酸减水剂、HPMC 掺量分别为胶凝材料质量的0.45%、0.1%，试验用水温度为25 ℃。胶砂比对套筒灌浆料性能的影响见表2。

　　表2 胶砂比对套筒灌浆料性能的影响

　　由表2 可见：

　　(1)随着胶砂比的不断增大，高强套筒灌浆料的初始及30 min 流动度均呈现下降趋势，当胶砂比由1.22 增大至2.33时，套筒灌浆料的初始及30 min 流动度分别降低了14.9%、32.8%。由此可知，在低水胶比条件下，相比于初始流动度，胶砂比对灌浆料30 min 流动度的影响较大，灌浆料30 min 流动损失较大。对比水胶比试验可知，较大掺量的聚羧酸减水剂与HPMC 复合能够提高套筒灌浆料的流动性，为低水胶比条件下套筒灌浆料的流动性问题提供有效的解决方案。

　　(2)随着胶砂比的不断增大，高强套筒灌浆料各龄期抗压强度均呈提高的趋势，当胶砂比由1.22 增大至2.33 时，高强套筒灌浆料1、7、28、56 d 抗压强度分别提高了11.2%、9.7%、11.2%、6.2%。当胶砂比为2.33 时，在标准养护条件下，套筒灌浆料的56 d 抗压强度达到99.26 MPa，相比水胶比试验，通过调整不同比例的胶砂比，套筒灌浆料的56 d 抗压强度进一步提高。

　　2.3 矿物掺合料对高强套筒灌浆料性能的影响

　　通过上述试验可知，调整水胶比与胶砂比能够不同程度提高套筒灌浆料的抗压强度，但最终抗压强度在100 MPa 左右，远没有达到120 MPa。因此，试验通过引入精细沉珠、硅灰、超细矿粉3 种矿物掺合料，矿物掺合料中的SiO2 会与水化产物Ca(OH)2 发生二次反应，生成硅酸钙与水化铝酸钙晶体，由于其晶体结晶度较低，可以对水化结构体进行填充，从而使水泥浆体结构更加密实。为解决套筒灌浆料30 min 流动损失过大的问题，引入硼酸缓凝剂，确定套筒灌浆料配合比为：胶凝材料由85%水泥+2%石膏+3%粉煤灰+10%矿物掺合料组成，水胶比为0.08，胶砂比为1.86，聚羧酸减水剂、HPMC、硼酸掺量分别为胶凝材料质量的0.5%、0.1%、0.1%，试验用水温度为25 ℃。精细沉珠、超细矿粉、硅灰3 种矿物掺合料对套筒灌浆料性能的影响见表3。

　　表3 矿物掺合料对套筒灌浆料性能的影响

　　由表3 可见：

　　(1)微珠、超细矿粉、硅灰3 种矿物掺合料在相同掺量单掺时，单掺硅灰的套筒灌浆料流动度最低，单掺精细沉珠的套筒灌浆料流动度最高。

　　(2)采用2 种矿物掺合料复掺能够改善套筒灌浆料的流动性，提高灌浆料的抗压强度。复掺5%精细沉珠+5%硅灰时，灌浆料的抗压强度最高，56 d 抗压强度达到104.97 MPa。单掺3种矿物掺合料时，对套筒灌浆料抗压强度影响顺序为：硅灰>超细矿粉>精细沉珠。综合考虑，配制高强套筒灌浆料矿物掺合料的最佳组合为粉煤灰3%、精细沉珠5%、硅灰5%。

　　2.4 纳米材料对高强套筒灌浆料性能的影响

　　套筒灌浆料配合比为：胶凝材料由85%水泥+2%石膏+3%粉煤灰+5%精细沉珠+5%硅灰组成，水胶比为0.08，胶砂比为1.86，聚羧酸减水剂、HPMC、硼酸掺量分别为胶凝材料质量的0.55%、0.12%、0.10%，试验用水温度为25 ℃。分别采用纳米SiO2、碳纳米管以及氧化石墨烯3 种纳米材料，纳米材料种类及掺量(按占胶凝材料质量计)对套筒灌浆料性能的影响见表4。

　　表4 纳米材料对套筒灌浆料性能的影响

　　由表4 可见：

　　(1)掺加3 种纳米材料后灌浆料的流动度均较未掺纳米材料的空白样有所降低，降低程度为：纳米SiO2>碳纳米管>氧化石墨烯。纳米SiO2 掺量由0.5%增加至0.9%时，灌浆料的初始及30 min 流动度分别降低22.8%、35.4%;纳米SiO2 掺量为0.9%时，套筒灌浆料的流动性很小，已不满足施工要求。由于纳米SiO2 对灌浆料的流动性影响过大，不适用于套筒灌浆料。氧化石墨烯对套筒灌浆料的流动性影响最小，当氧化石墨烯掺量由0.1%增加至0.3%时，套筒灌浆料的初始及30 min流动度分别降低4.0%、8.9%。

　　(2)在灌浆料中引入纳米SiO2、碳纳米管、氧化石墨烯3种纳米材料，均能大幅提高套筒灌浆料的后期抗压强度，对套筒灌浆料抗压强度提高程度由大到小的顺序为：氧化石墨烯>纳米SiO2>碳纳米管，氧化石墨烯掺量为0.3%时，套筒灌浆料的1、7、28、56 d 抗压强度较空白样分别提高14.23%、29.87%、33.23%、34.56%，56 d 抗压强度最高，达141.62 MPa。

　　3 结 论

　　(1)随着水胶比从0.25 逐渐减小到0.10，高强套筒灌浆的初始及30 min 流动度不断降低，各龄期抗压强度不断提高;水胶比为0.25 时灌浆料的1、7、28、56 d 抗压强度较水胶比为0.10 时的分别提高了31.3%、25.9%、10.6%、11.5%。

　　(2)随着胶砂比的增大，高强套筒灌浆料的初始及30 min流动度均逐渐减小，各龄期抗压强度不断提高。相比水胶比试验，通过调整胶砂比，套筒灌浆料的56 d 抗压强度进一步提高。

　　(3)配制高强套筒灌浆料矿物掺合料的最佳组合为粉煤灰3%、精细沉珠5%、硅灰5%，此时对流动度影响较小，且进一步提高灌浆料的抗压强度。

　　(4)纳米SiO2 对灌浆料的流动性影响过大，不适用于套筒灌浆料;氧化石墨烯对套筒灌浆料的流动性影响最小，当氧化石墨烯掺量为0.3%时，套筒灌浆料的56 d 抗压强度最高，达到141.62 MPa。

　　(5)综合考虑，高强套筒灌浆料的优化配合比为：胶凝材料由85%水泥+2%石膏+3%粉煤灰+5%精细沉珠+5%硅灰组成，水胶比为0.08，胶砂比为1.86，聚羧酸减水剂、HPMC、硼酸掺量分别为胶凝材料质量的0.55%、0.12%、0.10%，氧化石墨烯掺量为0.3%，试验用水温度为25 ℃。此时制备的高强套筒灌浆料初始及30 min 流动度分别为307、255 mm，1、7、28、56 d 抗压强度分别为64.89、91.85、135.87、141.62 MPa。

文章转自网络：原文链接http://qikan.chaoxing.com/detail_38502727e7500f26b7986781ea5c747f6389e2b11a503a281921b0a3ea255101fc1cf1fbb4666ae6e4ec8f8c7d105588d4731bf8519bb162bc217a2b5c00de6e985df066ca1f99d04911fb271e4a6040 

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