徐立斌 ，汪繼超 ，陳尚偉 ，朱國良 ，周靈 ，丁銀仙

（1.貴州中建建筑科研設(shè)計院有限公司，貴州 貴陽 550006；2.貴州超亞納米科技有限公司，貴州 貴陽 550006）

目前，C80以上的高強(qiáng)高性能混凝土已用于超高層建筑中的核心筒、鋼管巨柱等結(jié)構(gòu)中，相應(yīng)的鋼管底座、后澆帶等部位需要80 MPa以上的灌漿料進(jìn)行填充[1]，由于鋼管和地面的約束，用高強(qiáng)灌漿料加固后易出現(xiàn)收縮開裂。分析開裂原因主要是高強(qiáng)灌漿料的水泥用量較多，膠凝材料中一般使用活性較高的硅粉等增強(qiáng)材料，早期自收縮較大、水化熱較高，加之后期養(yǎng)護(hù)不佳等因素導(dǎo)致。而國內(nèi)有關(guān)灌漿料的研究也主要集中在強(qiáng)度、工作性和塑性階段變形等方面[2-4]，關(guān)于高強(qiáng)灌漿料自收縮的研究較少。硬化后期材料的體積變形是引起開裂的主要原因，因此，配制高強(qiáng)灌漿料存在的技術(shù)難點是如何解決高抗壓強(qiáng)度與大流動度、開裂風(fēng)險大之間的矛盾。

1 試驗

1.1 原材料

（1）水泥：清鎮(zhèn)海螺 P·O42.5，28 d 抗壓強(qiáng)度 47.2 MPa。

（2）石英砂：白色，0～2 mm。

（3）超細(xì)復(fù)合粉：貴州超亞納米科技有限公司，主要由磷渣經(jīng)超細(xì)粉磨與硅粉按約9.5∶0.5的質(zhì)量比復(fù)合而成，粒徑0～10 μm，平均粒徑 3 μm，10%摻量時 28 d 活性指數(shù) 110%，需水量比95%，SEM照片如圖1所示，主要化學(xué)成分如表1所示。

圖1 超細(xì)復(fù)合粉的微觀結(jié)構(gòu)

（4）復(fù)合膨脹劑：武漢三源特種建材有限責(zé)任公司，氧化鈣-硫鋁酸鈣系雙膨脹源高性能膨脹劑，7 d砂漿限制膨脹率0.07%，主要化學(xué)成分見表1。

（5）沸石粉：浙江省金華市欣生沸石開發(fā)有限公司，比表面積480 m2/kg，20%摻量時28 d活性指數(shù)85%，主要化學(xué)成分見表1。

表1 原材料的主要化學(xué)成分 %

（6）聚丙烯纖維：廊坊晨坤化工建材有限公司產(chǎn)，長度12 mm，抗拉強(qiáng)度≥400 MPa，彈性模量≥3850 MPa。

（7）粉煤灰：貴州名川粉煤灰有限公司，Ⅱ級，28 d活性指數(shù)82%。

（8）消泡劑：深圳市吉鵬硅氟材料有限公司，主要由聚醚改性聚硅氧烷和微量分散劑復(fù)配而成，白色粉末固體。

（9）流化劑：江蘇兆佳建材科技有限公司，聚羧酸粉劑ZJPM109，砂漿減水率≥20%。

1.2 試驗方法

抗裂型高強(qiáng)灌漿料的技術(shù)指標(biāo)主要包括截錐流動度、抗壓強(qiáng)度，具體試驗方法參照GB/T 50448—2015《水泥基灌漿材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》的相關(guān)規(guī)定，主要性能參數(shù)以Ⅲ型灌漿料作為參照。

超細(xì)復(fù)合粉對灌漿料性能的影響所用收縮試驗方法參考GB/T 50082—2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》中的接觸法，測試時溫度為（20±2）℃、相對濕度為（60±5）%。

自收縮測試方法：采用接觸法，參照文獻(xiàn)[5]中早期收縮的試驗方法，測試溫度為（20±2）℃、相對濕度為（60±5）%，如圖2所示。

圖2 灌漿料自收縮試驗

圓環(huán)抗裂試驗方法：將配制的灌漿料灌入試模中，待終凝硬化后拆除外模，然后放置在與實際工程養(yǎng)護(hù)條件相似的場地，觀察開裂情況。試件平面尺寸如圖3所示，試件高度為15 cm。

圖3 灌漿料圓環(huán)開裂試驗

本研究主要考慮灌漿料硬化后的性能，因此在配方中未使用塑性膨脹劑，實際應(yīng)用過程中可根據(jù)工程需求適當(dāng)添加塑性膨脹劑。

2 試驗結(jié)果及分析

2.1 超細(xì)復(fù)合粉對灌漿料性能的影響

目前，國內(nèi)有關(guān)超細(xì)粉的研究主要集中在超細(xì)石灰石粉、超細(xì)粉煤灰、硅灰等材料[6-7]，但收集難度大、粉磨效率低、價格貴、不易散裝運輸?shù)葐栴}限制了其大量應(yīng)用。本文所涉及的超細(xì)粉主要以貴州開磷、甕福2家磷化工廠的廢渣——磷礦渣為主要原材料，配以一定量的硅粉進(jìn)行復(fù)合，粒徑在10 μm以下，是水泥顆粒的1/6左右，理論上可以發(fā)揮很好的“填充”、“潤滑”作用。因此，本階段的試驗主要以超細(xì)復(fù)合粉的摻量為變量，配合比中流化劑、消泡劑用量分別為2.5、0.01 kg/t保持不變，水料比固定為0.14，研究超細(xì)復(fù)合粉用量對灌漿料物理性能的影響，結(jié)果如表2所示。

表2 超細(xì)復(fù)合粉用量對灌漿料物理性能的影響

由表2可知，隨著超細(xì)復(fù)合粉用量的增加，灌漿料的截錐流動度先增大后減小，在超細(xì)復(fù)合粉用量為10 kg/t時，灌漿料的流動度最大。這是由于超細(xì)復(fù)合粉的粒度較小，平均粒徑在3 μm左右，在外加劑的作用下填充在水泥顆粒（平均粒徑在30～40 μm）之間，釋放出更多的自由水，在用量低時可以起到“物理”減水的效果。但隨著復(fù)合超細(xì)粉用量的增加，比表面的增大使得顆粒表面附著水膜變薄，導(dǎo)致流動性變差。在強(qiáng)度方面，摻入適量的超細(xì)復(fù)合粉可獲得較高的早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度，分析原因是所用的超細(xì)粉體以磷渣和硅粉為主要原材料，早期強(qiáng)度發(fā)展是硅粉發(fā)揮了作用，后期強(qiáng)度增長是磷渣起到了二次水化的作用。

根據(jù)上述試驗結(jié)果，超細(xì)復(fù)合粉可以起到降粘、增強(qiáng)的雙重效果，經(jīng)過反復(fù)試驗，確定了使用超細(xì)復(fù)合粉減少總膠材用量的技術(shù)路線，達(dá)到增大流動性和強(qiáng)度的同時，減小高強(qiáng)灌漿料的收縮。配合比優(yōu)化前后灌漿料的性能見表3，灌漿料的28 d自由收縮值見圖4。

表3 配合比優(yōu)化前后灌漿料性能對比

由表3可以看出，摻加粒徑為0～10 μm的超細(xì)復(fù)合粉后，灌漿料的配合比設(shè)計可降低總膠材用量，即使用20 kg/t的超細(xì)復(fù)合粉，可使水泥用量減小30 kg/t，同時使總膠材用量減小30 kg/t；摻加超細(xì)復(fù)合粉后，灌漿料的初始流動度提高了20 mm，28 d抗壓強(qiáng)度提高了8 MPa。

圖4 配合比優(yōu)化前后灌漿料的收縮值

由圖4可以看出，配合比優(yōu)化后，灌漿料的28 d自由收縮由4.02×10-4降低至3.28×10-4。分析原因：使用超細(xì)粉達(dá)到了降膠材、降水泥、降單方水用量的效果。因此，超細(xì)復(fù)合粉可以作為高強(qiáng)灌漿料的新組分。

2.2 復(fù)合膨脹劑和沸石粉對高強(qiáng)灌漿料自收縮的影響

高強(qiáng)灌漿料需滿足高強(qiáng)度、高流動性、高填充性等性能要求，其配制機(jī)理與高強(qiáng)混凝土有類似之處，早期變形仍以自收縮為主[8]。實際工程中，筆者發(fā)現(xiàn)鋼管下端用灌漿料填充，后期出現(xiàn)開裂的時間集中在澆筑硬化后的前7 d，也證明了自收縮是高強(qiáng)灌漿料開裂的主要原因。另外，GB/T 50448—2015中的豎向膨脹率主要檢測灌漿料在加水至硬化3～24 h內(nèi)的體積變形，主要體現(xiàn)填充密實的考慮。而硬化后的體積變形，標(biāo)準(zhǔn)中未提及。因此，參照文獻(xiàn)[5]中早期收縮的試驗方法進(jìn)行自收縮的測量。試驗設(shè)計配合比如表4所示，自收縮試驗結(jié)果如圖5所示。

表4 摻復(fù)合膨脹劑和沸石粉灌漿料的配比 kg/t

圖5 高強(qiáng)灌漿料的自收縮

由圖5可見：加入復(fù)合膨脹劑和沸石粉均可以減小灌漿料的早期收縮，但其原理不相同。復(fù)合膨脹劑在灌漿料中主要產(chǎn)生鈣礬石，減小灌漿料的收縮。摻入復(fù)合膨脹劑的試樣在7～12 h的收縮速率較快，其收縮值接近基準(zhǔn)的0.3×10-4，12 h后才有明顯抑制收縮的效果，分析原因可能是膨脹劑促進(jìn)水泥水化，造成12 h之前收縮速率較快，因此，在使用摻有（氧化鈣-硫鋁酸鈣系雙膨脹源）復(fù)合膨脹劑的灌漿料時一定要加強(qiáng)早期養(yǎng)護(hù)，在澆筑完畢后盡快覆蓋塑料薄膜或噴灑養(yǎng)護(hù)液。

沸石粉由于其多孔結(jié)構(gòu)[9]，可以吸附灌漿料中的自由水分，待灌漿料硬化后，再釋放自由水，減小灌漿料的自收縮。與有機(jī)類的保水劑相比，沸石粉作為無機(jī)類保水劑的最大優(yōu)點是其可以參與灌漿料的水化，提高灌漿料的強(qiáng)度。因此，本研究選用復(fù)合膨脹劑和沸石粉復(fù)摻作為高強(qiáng)灌漿料早期自收縮的抑制劑，灌漿料的72 h自收縮由4.02×10-4減小至2.16×10-4，減小了46%。

2.3 纖維對灌漿料抗裂性能的影響

在灌漿料中使用纖維的主要目也是提高抗裂性能，但使用纖維會降低灌漿料的流動性和填充性。通過試驗，優(yōu)選聚丙烯短切纖維在灌漿料中使用，摻量分別為0、0.3、0.6 kg/t。試驗中，聚丙烯纖維摻量在0.6 kg/t以下時，灌漿料的流動性變化不明顯，通過調(diào)整流化劑用量，便可滿足施工要求。但摻量超過0.9 kg/t時，由于纖維間的纏繞，降低了灌漿料的流動性。聚丙烯纖維摻入灌漿料后的抗裂效果見圖6。

圖6 聚丙烯纖維摻入灌漿料后的抗裂效果

由圖6可以看出，未摻聚丙烯纖維的空白樣，灌漿料與鋼管接觸處出現(xiàn)裂紋嚴(yán)重；摻加0.3 kg/t聚丙烯纖維，灌漿料與鋼管接觸處少量裂紋；摻加0.6 kg/t聚丙烯纖維，灌漿料與鋼管接觸處無裂紋。因此，高強(qiáng)灌漿料在摻入纖維后與鋼管的粘和度有所提高，在摻量達(dá)到0.6 kg/t時可以很好的粘和，沒有發(fā)現(xiàn)裂縫產(chǎn)生。

3 結(jié)論

（1）使用粒徑為0～10 μm的超細(xì)復(fù)合粉后，灌漿料的配合比設(shè)計中可使總膠材用量減小，即使用20 kg/t超細(xì)復(fù)合粉，可使總膠材用量減小30 kg/t，同時水泥用量節(jié)約30 kg/t。

（2）使用20 kg/t復(fù)合膨脹劑和10 kg/t沸石粉，硬化后的漿體72 h收縮值比空白樣減小46%。

（3）在采用上述方法后，摻加0.6 kg/t聚丙烯纖維，配制的高強(qiáng)灌漿料28 d抗壓強(qiáng)度達(dá)到86 MPa，初始截錐流動度達(dá)到300 mm以上，其余性能符合GB/T 50448—2015標(biāo)準(zhǔn)要求。

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