不同摻量外加劑對高強套筒灌漿料性能的影響研究

徐 馳 楊玉海 李紅霞

（中鐵津橋工程檢測有限公司，吉林 長春 130033）

裝配式建筑施工中，可以在工廠標準化、集成化預制所需使用的構件，構件運輸至施工現場，通過吊裝、拼接、固定后即可完成，能夠確保建筑結構的整體性。相較于常規施工方法，預制拼裝有很多優勢，一方面，各個構件均經過標準化流程生產，建筑質量有保障；另一方面，省去了現場制作構件環節，有效縮短了施工周期，耗能更低、環保性更好，具有良好的應用價值[1-2]。裝配式建筑結構施工過程中，設置梁、柱、框架結構時，通常需要采用鋼筋連接套筒，套筒構件的連接質量直接影響裝配式建筑框架結構的整體性及安全性。工程實踐中，需要保證套筒結構能夠承受足夠次數循環荷載后，依舊保持良好的受力狀態，套筒內部灌漿料質量就必須得以保證，以確保結構安全可靠[3-4]。當前，國內外學界已經針對套筒灌漿材料進行了一系列研究，并取得了很多成果，但套筒灌漿料性能與摻加外加劑種類之間關系的研究數量尚少[5-6]?；诖?，依托工程規范要求設計試驗，評價不同外加劑種類下灌漿料的性能指標差異，以期尋找適用性更強的套筒灌漿料，保障裝配式建筑施工高質量開展。

1 材料及配合比

1.1 試驗材料

試驗中所用水泥為采購自當地某水泥廠生產的低堿硅酸鹽水泥，強度等級為52.5級；所用礦物摻合料取自當地生產的粉煤灰，所用粉煤灰含水量經檢測顯示在0.2%以下；所用骨料采購自某廠商的石英砂，含泥量在0.1%以下；試驗中用水均為試驗室自來水；所用外加劑包含UEA-Ⅱ型膨脹劑和羧酸系高性能減水劑。

其中，膨脹劑屬塑性膨脹劑，該膨脹劑為鋁礬土、氧化鈣和碳在1700℃氮氣環境下處理后所得到的產品磨細制備而成。該類膨脹劑能夠在灌漿料進入塑性階段時，充分與其中的水發生反應，反應產物中包含大量氣體，氣體一方面通過灌漿料微小孔道排出結構外，從而擴充灌漿料內部孔道，另一方面則部分停留于灌漿料結構中并形成微小氣泡。在兩方面共同作用下，實現灌漿料的微膨脹，進而避免塑性階段灌漿料出現收縮等問題。試驗所用UEA-Ⅱ膨脹劑，經工程實踐檢驗，不會對鋼筋產生銹蝕作用；同時由于膨脹劑組分當中不含鈉鹽，混凝土結構內部不會發生堿性骨料反應；膨脹性能好，應用后灌漿料強度性能顯著提升，具有良好的應用價值。

1.2 配合比設計

依據相關規定要求試配高強套筒灌漿料，具體配合比見表1。

表1 試配灌漿料配合比/kg/m3

依據上述配合比，在設置水膠比始終為0.28 的基礎上逐漸增加膠砂比，固定微硅粉和超細礦粉摻量的同時靈活變動粉煤灰摻量和水泥摻量，依據摻量靈活選擇外加劑用量，正常情況下膨脹劑和減水劑摻量分別取10%和0.3%。

1.3 配合比試驗結果

對試配混合料進行性能試驗，以結果為依據即可進一步探究水膠比、外加劑和礦物摻合料等因素對灌漿料性能的影響，所得結果見表2。

表2 試配不同配合比下混合料性能

結合表2可知，各組混合料均具有良好的流動度水平，試驗過程中并未發生混合料泌水等問題，A 組配合比下混合料1d 強度水平較低，略低于35MPa 的性能規范要求，其余性能水平良好，而除A組以外各組均具有良好的性能指標水平。

對比各組配合比下混合料的性能水平，結果顯示各組混合料的流動度、強度水平均隨膠砂比的提升而逐漸提升，但膠砂比達到0.95 時混合料的強度整體略有降低且流動度有所降低。綜合考慮下認為C配合比下混合料具有更加優異的綜合性能，因此，取該組配合比為基準開展后續試驗。

2 水膠比對灌漿料的性能影響

裝配式建筑采用高強套筒灌漿料施工時通常所用灌漿料會在水泥硬化過程中表現出一定收縮，導致結構整體早期抗壓強度相對較低，同時膨脹性能難以滿足工程規范要求。不同區域所制備灌漿料之間也表現出一定的地域差異性，其原因主要在于不同地區制備灌漿料所用原材料存在一定差異，因而各工程所用灌漿料材料不同，同時不同地域特征下灌漿料制備所受影響不同，導致同樣的灌漿料可能在不同區域表現出差異較大的基礎性能[7-8]。文中取工程所在區域材料，分別取0.27～0.32水膠比制備灌漿料混合料并分別評價不同組材料的強度、流動度差異，所得結果如圖1、圖2、圖3所示。

圖1 水膠比與流動性關系

圖2 水膠比與抗壓強度關系

圖3 水膠比與抗折強度關系

結合圖中1～圖3可知，混合料30min流動度和初始流動度均隨水膠比提升而不斷提升，其中水膠比處于較低水平時混合料表面流動低于規范要求，而提升水膠比至0.31 時混合料已經出現表面輕微泌水問題，進一步提升水膠比至0.32則泌水問題更加嚴重。除上述以外各其他水膠比條件下混合料具有良好流動性能。

混合料的抗折強度和抗壓強度隨水膠比提升均有所降低，其中強度最大值出現于水膠比為0.27條件下，此時28d抗壓強度和28d抗折強度分別達到113MPa和15.7MPa。當水膠比提升至0.31 時抗壓強度和抗折強度均已經降低至較低水平，難以滿足規范要求。

經對比可知，水膠比取值范圍在0.28～0.30 區間范圍內灌漿料具有良好性能。

3 外加劑對灌漿料的性能影響

3.1 減水劑

高效減水劑的摻量會對高性能水泥基材料基本性能產生直接影響，試驗中所用高效減水劑的廠家建議摻量為0.30%，試驗以此為依據，設計減水劑摻量為膠凝材料的0.20%～0.35%并分別制作灌漿材料拌和物，分析各組混合料的齡期強度和流動性能。所得結果顯示，初始流動度方面，混合料流動性隨減水劑摻量提升而表現為增加趨勢，其中摻量在0.24%～0.28%時流動度增速較快，摻量提升至0.32%時增加速度較低，提升至0.35%時混合料流動度反而有所降低。而30min 流動度隨減水劑摻量提升表現出大致相同的增長曲線，但曲線從頭到尾均為增長，增長過程相對平滑。綜合來看，減水劑摻量取值范圍在0.26%～0.30%左右時對流動性的改良達到最佳效果。

隨減水劑摻量提升，混合料的抗折強度和抗壓強度變化過程則具有一定離散性，均為先逐漸提升，摻量提升至0.26%～0.28%左右時略有降低[9-10]。其中減水劑摻量為0.26%時抗壓強度達到最大值，而后進一步提升減水劑摻量則抗壓強度逐漸降低。減水劑摻量取0.26%時抗折強度均達到最大值，而后隨摻量進一步增加而逐漸降低。綜合考慮下建議取0.26%～0.28%減水劑摻量以獲得最佳的抗壓強度、抗折強度改良效果。

綜合考慮經濟效益和應用性能，后續試驗中采用0.28%減水劑摻量。

3.2 膨脹劑

灌漿料硬化過程中會在溫度、干燥、灌漿料自身反應等效應共同影響下導致結果出現收縮，收縮應力作用下很容易導致材料出現裂縫，對灌漿料承載性能產生不利影響，雖然隨時間推進，收縮效果會有所減緩，但如果能夠采取有效措施抑制混合料收縮則能夠有效保障其工廠應用效果[11-12]。而膨脹劑組分能夠使得高強套筒灌漿料與鋼筋結構之間形成明顯預壓力，進而使得鋼筋連接節點具有相對更強的粘結力，在相同粘結力條件下所用鋼筋結構總量更少，在相同用量下則能進一步提高結構整體性，保障材料使用性能，具有良好應用效益。

分析膨脹劑摻量與混合料膨脹率之間關系，結果顯示3h 膨脹率、24h 與3h 膨脹率差值均隨膨脹劑摻量的提升而逐漸增加，其中膨脹劑摻量在8%以下時雖然也能有一定膨脹作用，但整體來看膨脹效果較差，甚至會出現部分試塊收縮的問題，難以滿足工程應用需求。提升膨脹劑摻量至13%過程中，兩者數據提升速度越來越快，且具體數值均滿足工程規范要求。但摻量提升至一定程度時也會對混合料的強度、流動度等性能產生不利影響，綜合考慮下決定采用9%為膨脹劑摻量，在滿足配合比優化設計要求的基礎上滿足工程應用效果。

4 結語

綜上所述，本研究試驗分析了高強套筒灌漿料的配合比設計及膨脹劑、減水劑的摻入對灌漿料性能的影響，并得出如下結論：

（1）采用配合比C時混合料的力學性能、流動度性能均達到相對較高水平，此時抗壓強度和抗折強度最大值分別達到101MPa和14.8MPa。

（2）混合料流動度隨水膠比提升而逐漸提升，但水膠比提升至一定幅度后反而會導致灌漿料泌水問題，且會對強度產生明顯負面作用。

（3）灌漿料的流動度性能隨減水劑摻量提升而逐漸增強，其中減水劑摻量在0.3%之前時流動度提升速度較快，進一步增加摻量則提升速度放緩，同時過高的減水劑摻量會對材料強度產生不利影響，綜合考慮下認為高效減水劑摻量取0.28%時材料具有最佳的強度和流動性能。

（4）膨脹劑摻量提升過程中灌漿量膨脹率逐漸提升，能夠使得鋼筋連接節點的粘結力不斷增強，但摻量提升至一定程度時也會對混合料的強度、流動度等性能產生不利影響，綜合考慮下決定采用9%為膨脹劑摻量，在滿足配合比優化設計要求的基礎上滿足工程應用效果。