裝配式結(jié)構(gòu)后澆節(jié)點(diǎn)快硬無(wú)收縮混凝土的配制

段文川，李媛，梁冬，楊俊凱，周麗

（重慶建工住宅建設(shè)有限公司，重慶 400015）

0 引言

裝配式混凝土結(jié)構(gòu)依靠節(jié)點(diǎn)及拼縫將預(yù)制構(gòu)件連接成為整體[1-2]，連接節(jié)點(diǎn)合理的連接，保證了構(gòu)件的連續(xù)性和結(jié)構(gòu)的整體穩(wěn)固性[3-4]，因此，節(jié)點(diǎn)連接的可靠性和整體性是影響裝配式結(jié)構(gòu)施工的關(guān)鍵技術(shù)。通過后澆混凝土將預(yù)制構(gòu)件連成一體的概念建立在與全現(xiàn)澆框架的強(qiáng)度和延性相當(dāng)?shù)幕A(chǔ)之上，其節(jié)點(diǎn)連接性能可靠，總體性能與現(xiàn)澆混凝土節(jié)點(diǎn)相當(dāng)[5]。但目前后澆混凝土普遍存在施工及凝結(jié)硬化周期長(zhǎng)，體積收縮大和易開裂的問題[6]，因而限制了裝配式結(jié)構(gòu)的發(fā)展與推廣。

本文針對(duì)現(xiàn)有裝配式結(jié)構(gòu)節(jié)點(diǎn)連接區(qū)域后澆混凝土的不足之處，研究開發(fā)更適用于裝配式結(jié)構(gòu)的快硬無(wú)收縮混凝土，有利于促進(jìn)住宅產(chǎn)業(yè)化過程中施工與結(jié)構(gòu)一體化關(guān)鍵技術(shù)的完善與發(fā)展。

1 原材料及配合比設(shè)計(jì)

1.1 膠凝材料

唐山北極熊建材有限公司生產(chǎn)的硫鋁酸鹽水泥 （R·SAC42.5），理化性能見表1和表3。冀東生產(chǎn)的普通硅酸鹽水泥（OPC42.5R），理化性能見表2和表3。

1.2 礦物摻合料

采用珞電Ⅰ級(jí)灰，其具體性能指標(biāo)見表4。礦渣為S95級(jí)，具體性能指標(biāo)見表5，二者化學(xué)成分見表6。

1.3 粗細(xì)集料

表1 硫鋁酸鹽水泥的物理性能

表2 普通硅酸鹽水泥的物理性能

表3 水泥的化學(xué)成分

表4 珞電一級(jí)粉煤灰性能指標(biāo)

表5 礦渣粉性能指標(biāo)

表6 摻合料的化學(xué)成分

細(xì)集料采用混合砂，將機(jī)制砂和天然砂按一定比例混合，滿足二區(qū)級(jí)配。粗集料為重慶地區(qū)產(chǎn)卵碎石，粒徑范圍5～20mm。

1.4 外加劑

PCA聚羧酸高性能減水劑；復(fù)配膨脹劑（A生石灰；B硫鋁酸鈣）。

1.5 配合比

配合比如表7所示。

表7 C40混凝土配比表（每m3）

2 試驗(yàn)方法

2.1 水泥凈漿流動(dòng)度

按照 《水泥與減水劑相容性試驗(yàn)方法》JC/T 1083-2008的規(guī)定進(jìn)行。

2.2 混凝土工作性能

混凝土工作性的測(cè)試指標(biāo)主要為坍落度，試驗(yàn)按照《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50080-2016進(jìn)行。

2.3 混凝土力學(xué)性能

混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)為立方體抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試件尺寸為100mm×100mm×100mm，按照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》GB/T 50081-2016進(jìn)行。

2.4 混凝土抗?jié)B性

按照 《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法》GB/T 50082-2009進(jìn)行。

2.5 混凝土限制膨脹率

按照 《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》GB 50119-2013的規(guī)定測(cè)試各齡期試件長(zhǎng)度，限制膨脹率按式（1）計(jì)算。

式中：ε為所測(cè)齡期的限制膨脹率（%）；L1為所測(cè)齡期的試件長(zhǎng)度測(cè)量值，單位mm；L為初始長(zhǎng)度測(cè)量值，單位mm；L0為試件的基準(zhǔn)長(zhǎng)度，300mm。

3 試驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 硫鋁酸鹽水泥摻量對(duì)膠砂強(qiáng)度的影響

膠凝材料選擇硫鋁酸鹽水泥與硅酸鹽水泥復(fù)合體系，復(fù)合膠凝材料膠砂強(qiáng)度隨著硫鋁酸鹽水泥摻量的變化和齡期的不同呈現(xiàn)出不同的發(fā)展趨勢(shì)，見圖1。

圖1 硫鋁酸鹽水泥對(duì)膠凝材料膠砂強(qiáng)度的影響

對(duì)于早期強(qiáng)度，硫鋁酸鹽水泥摻量在0～10%內(nèi)增加時(shí)，復(fù)合膠凝材料的膠砂強(qiáng)度持續(xù)提高，但繼續(xù)增大比例對(duì)強(qiáng)度的提高效果不大，這是因?yàn)榱蜾X酸鹽水泥本身具有快硬早強(qiáng)的性質(zhì)，在水化早期就生成了大量的鈣礬石，給漿體提供了較大的抗壓強(qiáng)度。對(duì)于28d齡期，在0～30%以內(nèi)，提高硫鋁酸鹽水泥摻量對(duì)強(qiáng)度是有利的。隨著硫鋁酸鹽水泥摻量的進(jìn)一步增加，膠凝材料的膠砂強(qiáng)度先降低再增加，這是由于硫鋁酸鹽水泥摻量過大導(dǎo)致凝結(jié)時(shí)間太快，部分水泥來(lái)不及水化；另一方面隨著水化的進(jìn)行，少量CSH凝膠填充了鈣礬石的孔隙，但部分未水化水泥形成了結(jié)構(gòu)薄弱點(diǎn)，后期強(qiáng)度明顯降低。硫鋁酸鹽水泥摻量在20%時(shí)復(fù)合膠凝材料的早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度均可達(dá)到較高強(qiáng)度。

3.2 膨脹劑對(duì)膠砂水中限制膨脹率的影響

復(fù)配膨脹劑原材料為A生石灰、B硫鋁酸鈣。二者按照A∶B=1∶1、1∶2和2∶1三種比例混合得到3中膨脹劑，膠凝材料為硫鋁酸鹽水泥摻量20%的復(fù)合膠凝材料。7d水中限制膨脹率的測(cè)試結(jié)果見圖2。

圖2 不同膨脹劑的7d水中限制膨脹率

從圖2可知，三種膨脹劑均滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的要求（7d水中膨脹率大于等于0.025%），且以A:B=2:1的效果最好。這是因?yàn)閺?fù)合膠凝體系中摻有20%的硫鋁酸鹽水泥，體系中的三氧化硫含量較高，含氧化鈣的膨脹劑除了氧化鈣水化產(chǎn)生的體積膨脹外，其水化產(chǎn)物還為膠凝體系提高了鈣含量，對(duì)硫鋁酸鹽膨脹劑起到了一定促進(jìn)作用，二者產(chǎn)生了較好的疊加效益。

3.3 減水劑對(duì)凈漿流動(dòng)度的影響

選擇應(yīng)用比較廣泛的聚羧酸減水劑（PCA）進(jìn)行試驗(yàn)，見圖3。

圖3 PAC摻量對(duì)凈漿流動(dòng)度的影響

試驗(yàn)結(jié)果表明：摻有PCA減水劑的水泥漿體初始流動(dòng)度較大，飽和點(diǎn)明顯，為1.0%左右；30min后PCA減水劑飽和摻量?jī)魸{流動(dòng)度損失小，PCA減水劑可以使復(fù)合膠凝材料水泥漿體具有良好的流動(dòng)性。

3.4 礦物摻合料對(duì)混凝土坍落度的影響

試驗(yàn)在相同的水膠比條件下，保持膠凝材料的總量不變，比較摻合料的摻加量對(duì)混凝土性能的影響，配比見表8。

從摻合料種類和摻量對(duì)新拌混凝土坍落度的影響分析，粉煤灰對(duì)坍落度的影響較礦粉更加明顯，因?yàn)榉勖夯翌w粒呈球形，對(duì)流動(dòng)性貢獻(xiàn)較大；而復(fù)合以后的效果，隨著摻合料摻量的增加，坍落度逐步提高。

表8 不同摻合料摻量的復(fù)合膠凝材料混凝土配合比及初始坍落度

3.5 礦物摻合料摻量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

試驗(yàn)配比仍采用表8中的配比設(shè)計(jì)，抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果見圖4。

圖4 礦物摻合料摻量對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

在復(fù)合膠凝體系的混凝土中，加入摻合料后，強(qiáng)度有所降低，尤其是早期強(qiáng)度降低明顯，且摻量越高降低幅度越大。因此礦物摻合料用量不應(yīng)過大。

3.6 混凝土配合比設(shè)計(jì)及混凝土性能

根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果以及現(xiàn)行普通混凝土配合比設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)（《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》JGJ 55-2011）進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)，見表9，并對(duì)其抗壓強(qiáng)度、坍落度、限制收縮率和抗?jié)B性能進(jìn)行測(cè)試。

3.6.1 配合比設(shè)計(jì)

混凝土配合比如表9所示，設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C40。

表9 C40混凝土配比表（每m3）

3.6.2 抗壓強(qiáng)度

試驗(yàn)結(jié)果見圖5，所設(shè)計(jì)的快硬無(wú)收縮混凝土，早期強(qiáng)度發(fā)展迅速，后期強(qiáng)度也有明顯增長(zhǎng)，滿足設(shè)計(jì)要求

3.6.3 坍落度

坍落度測(cè)試結(jié)果見表10。經(jīng)測(cè)定，所設(shè)計(jì)的適用于裝配式構(gòu)件的快硬無(wú)收縮混凝土的工作性能可滿足實(shí)際施工需求。

圖5 混凝土的強(qiáng)度發(fā)展

表10 坍落度測(cè)試結(jié)果

3.6.4 限制膨脹率

經(jīng)測(cè)定，所設(shè)計(jì)的快硬無(wú)收縮混凝土，14d水中的限制膨脹率為0.026%，然后放入溫度20℃、濕度大于60%的環(huán)境中至28d齡期，測(cè)定體積變形結(jié)果為0.005%，說明混凝土早期具有微膨脹性能，且隨著齡期的增長(zhǎng)，混凝土的膨脹沒有發(fā)生倒縮，這就有利于提高混凝土與預(yù)制構(gòu)件間的粘結(jié)力，從而提高結(jié)構(gòu)的整體受力。

3.6.5 抗?jié)B性能

根據(jù)表9進(jìn)行配合比設(shè)計(jì)并對(duì)其抗?jié)B性能進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表11所示。

表11 抗?jié)B試驗(yàn)結(jié)果

結(jié)果表明：混凝土可達(dá)到P9抗?jié)B等級(jí)，說明混凝土的內(nèi)部結(jié)構(gòu)密實(shí)。

4 結(jié)論

（1）根據(jù)硫鋁酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥的性能特點(diǎn)，將二者復(fù)合，利用高效減水劑、緩凝劑、早強(qiáng)劑和礦物摻合料對(duì)其性能進(jìn)行優(yōu)化，制備了高流動(dòng)性、高強(qiáng)度、無(wú)收縮的混凝土，其中硫鋁酸鹽水泥用量不宜超過20%，礦物摻合料用量不宜超過20%。

（2）所配制的混凝土1d強(qiáng)度達(dá)24.6MPa，28d強(qiáng)度達(dá)54.8MPa，28d空氣中限制膨脹率為0.005%，抗?jié)B性能好，工作性好，完全滿足工程需求。