高性能鋼筋連接用套筒灌漿料的試驗(yàn)研究

朱寶貴，蔡星，朱研，吳浩，李云杰，吳其勝

（1.江蘇博拓新型建筑材料有限公司，江蘇 鹽城 224014；2.鹽城工學(xué)院材料科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 鹽城 224051）

0 引言

隨著我國(guó)城市化進(jìn)程的快速推進(jìn)和節(jié)能環(huán)保意識(shí)的提高，傳統(tǒng)的現(xiàn)澆混凝土建筑施工模式已無(wú)法滿足時(shí)代發(fā)展需求。裝配式建筑具有建筑工程質(zhì)量好、節(jié)能環(huán)保、效率高等優(yōu)點(diǎn)，在建筑行業(yè)具有一定競(jìng)爭(zhēng)力[1-2]。裝配式構(gòu)件在工廠直接預(yù)制，在施工現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行拼接，構(gòu)件之間可以通過(guò)套筒灌漿技術(shù)連接，高性能鋼筋連接用套筒灌漿料是保證構(gòu)件之間連接質(zhì)量的關(guān)鍵[3-4]。

文章以硅灰為礦物外加劑，采用塑性膨脹劑和HMEIV混凝土高效膨脹劑制備鋼筋連接用套筒灌漿料，研究了膨脹劑摻量對(duì)套筒灌漿料流動(dòng)性和力學(xué)性能的影響。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 原材料

（1）水泥：江蘇八菱海螺水泥廠生產(chǎn)的P·O 52.5水泥，性能如表1所示。

表1 水泥性能指標(biāo)

（2）砂：天然河砂，最大粒徑小于2.36 mm，細(xì)度模數(shù)為2.6，含泥量為0.2%，泥塊含量為0%，其他性能指標(biāo)符合GB/T14684—2011《建筑用砂》。

（3）硅灰：產(chǎn)地為山東淄博，生產(chǎn)廠家為塞普森，比表面積23 000 m2/kg，SiO2含量90%。

（4）膨脹劑：江蘇蘇博特新材料有限公司，HMEIV混凝土高效膨脹劑。

（5）減水劑：蘇州興邦化學(xué)建材有限公司，PC-1021。

（6）塑性膨脹劑：南京某高新技術(shù)企業(yè)。

（7）消泡劑：蘇州興邦化學(xué)建材。

1.2 實(shí)驗(yàn)配合比

以2 kg鋼筋連接用套筒灌漿料原材料用量作為基礎(chǔ)配方，水為2 kg鋼筋連接用套筒灌漿料的用水量，詳細(xì)配合比如表2所示。

表2 鋼筋連接用套筒灌漿料配合比 單位：g

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

按照J(rèn)G/T408—2013《鋼筋連接用套筒灌漿料》中附錄A進(jìn)行流動(dòng)度試驗(yàn)，截錐圓模尺寸為下口徑(100±0.5)mm、上口內(nèi)徑(70±0.5)mm、高(60±0.5)mm，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不再振搗，測(cè)量鋼筋連接用套筒灌漿料的初始流動(dòng)度和30 min流動(dòng)度，流動(dòng)度數(shù)值保留整數(shù)。按GB/T17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)》測(cè)定鋼筋連接用套筒灌漿料的抗折和抗壓強(qiáng)度，強(qiáng)度試塊采用尺寸為40 mm×40 mm×160 mm的棱柱體，養(yǎng)護(hù)齡期為1 d、3 d和28 d。按照J(rèn)G/T408—2013《鋼筋連接用套筒灌漿料》附錄C中要求測(cè)量3 h和24 h豎向膨脹率，豎向膨脹率按公式（1）進(jìn)行計(jì)算：

式中：εt—豎向膨脹率；ht—試件齡期為t時(shí)的高度讀數(shù)，mm；h0—試件高度的初始讀數(shù)，mm；h—試件基準(zhǔn)高度，mm。

2 結(jié)果與討論

2.1 減水劑摻量對(duì)鋼筋連接用套筒灌漿料流動(dòng)度的影響

圖1為不同配比下鋼筋連接用套筒灌漿料的初始流動(dòng)度和30 min流動(dòng)度。由圖1可知，初始流動(dòng)度和30 min流動(dòng)度均隨著減水劑摻量的增加，而增大。當(dāng)減水劑摻量為3.4 g時(shí)，初始流動(dòng)度和30 min流動(dòng)度最小，分別為319 mm和289 mm；當(dāng)減水劑摻量為3.8 g時(shí)，初始流動(dòng)度和30 min流動(dòng)度達(dá)到最大值，分別為375 mm和360 mm，比減水劑摻量為3.4 g時(shí)分別提高了17.5%和24.5%。S1～S5坍落度損失 分 別 為30 mm、19 mm、20 mm、14 mm、15 mm，隨著減水劑用量的增加，坍落度損失基本呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)。減水劑在水泥水化階段對(duì)水泥顆粒的分散作用非常明顯，可以釋放出大量水分子，增強(qiáng)灌漿料的流動(dòng)度，且隨著減水劑摻量的增加，對(duì)灌漿料的流動(dòng)度及流動(dòng)度損失改善效果越明顯[5]。

圖1 不同試驗(yàn)編號(hào)下鋼筋連接用套筒灌漿料的流動(dòng)度

2.2 減水劑摻量對(duì)鋼筋連接用套筒灌漿料抗折強(qiáng)度的影響

圖2為不同配比下鋼筋連接用套筒灌漿料的抗折強(qiáng)度。由圖2可知，試驗(yàn)編號(hào)S3的1 d抗折強(qiáng)度最大，為7.8 MPa。鋼筋連接用套筒灌漿料7 d和28 d抗折強(qiáng)度隨著減水劑摻量的增加呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢(shì)，當(dāng)減水劑摻量為3.6 g時(shí)，7 d和28 d抗折強(qiáng)度達(dá)到最大值，分別為15.8 MPa和21.2 MPa；當(dāng)減水劑摻量為3.4 g時(shí)，7 d抗折強(qiáng)度最低，為14.2 MPa，比最大值低1.6 MPa；當(dāng)減水劑摻量為3.5 g時(shí)，28 d抗折強(qiáng)度最低，為19.2 MPa，比最大值低3 MPa。

圖2 不同試驗(yàn)編號(hào)下鋼筋連接用套筒灌漿料的抗折強(qiáng)度

2.3 減水劑摻量對(duì)鋼筋連接用套筒灌漿料抗壓強(qiáng)度的影響

圖3為不同配比下鋼筋連接用套筒灌漿料的抗壓強(qiáng)度。

圖3 不同試驗(yàn)編號(hào)下鋼筋連接用套筒灌漿料的抗壓強(qiáng)度

由圖3可知，對(duì)于試驗(yàn)制備的套筒灌漿料，其1 d強(qiáng)度均大于50 MPa，編號(hào)S4抗壓強(qiáng)度最大，為58.2 MPa，比S5的抗壓強(qiáng)度高4.1 MPa，此時(shí)減水劑摻量為3.7 g。套筒灌漿料3 d抗壓強(qiáng)度最大為91.3 MPa，此時(shí)減水劑摻量為3.5 g，當(dāng)減水劑摻量為3.8 g時(shí)，套筒灌漿料的抗壓強(qiáng)度最低為88.3 MPa，比最大值低3 MPa。當(dāng)減水劑摻量為3.7g時(shí)，套筒灌漿料的抗壓強(qiáng)度最大，為121.1 MPa。對(duì)比試驗(yàn)編號(hào)S4各個(gè)齡期的抗壓強(qiáng)度可以發(fā)現(xiàn)，灌漿料1 d抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到28 d抗壓強(qiáng)度的48%，3 d抗壓強(qiáng)度可以達(dá)到28 d抗壓強(qiáng)度的74%，表明在低水膠比下和硅灰的激發(fā)作用下，水泥水化進(jìn)程加快，灌漿料早期強(qiáng)度發(fā)展迅速，使套筒灌漿料具有較高的早期強(qiáng)度[6]。通過(guò)對(duì)比JG/T408—2013《鋼筋連接用套筒灌漿料》中關(guān)于套筒灌漿料 1 d、3 d和28 d抗壓要求可以發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)所制備的套筒灌漿料在各個(gè)齡期的抗壓強(qiáng)度均遠(yuǎn)高于標(biāo)準(zhǔn)要求（1 d≥35 MPa，3 d≥60 MPa，28 d≥85 MPa）。

2.4 減水劑摻量對(duì)鋼筋連接用套筒灌漿料豎向膨脹率的影響

鋼筋連接用套筒灌漿料的3 h豎向膨脹率和24 h與3 h豎向膨脹率的差值如表3所示。由表3可知，隨著減水劑摻量的增加，套筒灌漿料的3 h豎向膨脹率增加，試驗(yàn)編號(hào)為S5，即當(dāng)減水劑摻量為3.8 g時(shí)，套筒灌漿料的3 h豎向膨脹率最大，為0.17%；當(dāng)減水劑摻量為3.5 g時(shí)，豎向膨脹率最小，為0.12%。當(dāng)減水劑摻量為3.7 g時(shí)，24 h與3 h豎向膨脹率差值最大為0.11%，當(dāng)減水劑摻量為3.5 g時(shí)，豎向膨脹率差值最小，為0.07%，比最大值低0.04%。通過(guò)對(duì)比JG/T408—2013中對(duì)3 h豎向膨脹率和24 h與3 h豎向膨脹率差值要求，可以發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)所制備的套筒灌漿料的豎向膨脹率均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

表3 不同試驗(yàn)編號(hào)下鋼筋連接用套筒灌漿料的豎向膨脹率

3 結(jié)論

（1）隨著減水劑摻量從3.4 g增長(zhǎng)至3.8 g，套筒灌漿料的初始流動(dòng)度從319 mm增長(zhǎng)至375 mm，30 min流動(dòng)度從289 mm增長(zhǎng)至360 mm，分別增長(zhǎng)17.5%和24.5%，且每組灌漿料的初始流動(dòng)度均≥300 mm，30 min流動(dòng)度≥260 mm，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

（2）當(dāng)減水劑摻量為3.6g時(shí)，套筒灌漿料的1 d、3 d和28 d抗折強(qiáng)度均達(dá)到最大值，分別為7.8 MPa、15.8 MPa和21.2 MPa。

（3）當(dāng)減水劑摻量為3.7 g時(shí)，套筒灌漿料的1 d和28 d抗壓強(qiáng)度最大，分別為58.2 MPa和121.1 MPa，當(dāng)減水劑摻量為3.6 g時(shí)，套筒灌漿料的3 d抗壓強(qiáng)度最大，為89.8 MPa，且每組灌漿料1 d、3 d和28 d的抗壓強(qiáng)度均符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

（4）隨著減水劑摻量的增加，套筒灌漿料的3 h豎向膨脹率呈現(xiàn)逐漸增長(zhǎng)的趨勢(shì)，當(dāng)減水劑為3.4 g時(shí)，3 h豎向膨脹率最小，為0.12%，此時(shí)，24 h與3 h豎向膨脹率差值為0.07%；當(dāng)減水劑摻量為3.8 g時(shí)，3 h豎向膨脹率最大，為0.17%，此時(shí)24 h與3 h豎向膨脹率差值為0.09%。