賈陸軍,蔣 勇,李英丁,唐凱靖

(1.綿陽(yáng)職業(yè)技術(shù)學(xué)院材料工程系，綿陽(yáng) 621000；2.廣東龍湖科技股份有限公司綿陽(yáng)技術(shù)中心，綿陽(yáng) 621000)

裝配式建筑的大力推廣，帶動(dòng)了灌漿料的快速發(fā)展，并對(duì)灌漿料的力學(xué)性能、耐久性、環(huán)境適應(yīng)性等提出了更高的要求[1-3]，因此，積極開(kāi)發(fā)和完善性能優(yōu)良、滿足不同工況條件的套筒灌漿料仍很有必要。套筒灌漿料是由水泥、細(xì)骨料、膨脹劑和減水劑等構(gòu)成的微膨脹高強(qiáng)度灌漿料，廣泛應(yīng)用于裝配式建筑預(yù)制構(gòu)件節(jié)點(diǎn)間的連接[4,5]。納米二氧化硅是一種超微細(xì)無(wú)機(jī)新材料，具有較高的化學(xué)反應(yīng)活性，應(yīng)用于水泥混凝土體系中充分發(fā)揮其物理填充效應(yīng)、火山灰效應(yīng)和晶核效應(yīng)[6]，可生成更多的C-S-H凝膠相，能夠有效細(xì)化孔隙，致密化水泥石基體結(jié)構(gòu)，提高強(qiáng)度和耐久性[7]。當(dāng)前《鋼筋連接用套筒灌漿料》中雖然規(guī)定了塑性膨脹要求，但對(duì)后期的收縮值未做規(guī)定，且規(guī)定在特殊領(lǐng)域的灌漿料28 d強(qiáng)度需大于100 MPa。因此，以水泥、粉體減水劑、塑性膨脹劑和納米二氧化硅用量為變量，分別采用單因素實(shí)驗(yàn)和正交實(shí)驗(yàn)，研究各因素對(duì)高強(qiáng)水泥基套筒灌漿料流動(dòng)度、強(qiáng)度和膨脹率的影響規(guī)律，設(shè)計(jì)出28 d強(qiáng)度大于100 MPa的灌漿料配方。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 原料

海螺有限公司產(chǎn)PO52.5水泥；市售普通硅灰；20～40目、40～70目、70～140目石英砂；粒徑為20 nm，純度90%以上的納米二氧化硅；巴斯夫(中國(guó))有限公司產(chǎn)減水劑；消泡劑，纖維素醚(HPMC)，HP-CSA塑性膨脹劑，自來(lái)水。

1.2 方法

依據(jù)GB/T50448—2015《水泥灌漿材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》進(jìn)行樣品制備，基礎(chǔ)配比如表1所示；流動(dòng)度測(cè)試按照GB/T2419—2005《水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)試方法》進(jìn)行；力學(xué)性能測(cè)試按照GB/T17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》進(jìn)行；樣品膨脹率采用百分表進(jìn)行測(cè)定。

表1 高強(qiáng)套筒灌漿料的基礎(chǔ)配合比 /g

2 結(jié)果與討論

2.1 水泥用量對(duì)高強(qiáng)水泥基套筒灌漿料性能的影響

以水泥用量為變量測(cè)試套筒灌漿料的流動(dòng)度、強(qiáng)度和膨脹率。表2可以看出水泥用量為900 g時(shí)，灌漿料的初始流動(dòng)度和30 min流動(dòng)度較優(yōu)，30 min流動(dòng)度損失較小。圖1可以看出，隨著水泥用量的增加，套筒灌漿料的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度均呈先增加后放緩的趨勢(shì)，水泥用量為900 g、1 000 g和1 100 g的灌漿料28 d抗壓強(qiáng)度分別比800 g的提高11.3%、14.0%和19.0%，抗折強(qiáng)度分別提高15.2%、15.8%和18.2%。對(duì)于膨脹率而言，水泥用量在800 g和900 g時(shí)，高強(qiáng)套筒灌漿料均呈現(xiàn)微膨脹，有利于灌漿料與構(gòu)件之間連接的整體性，確保結(jié)構(gòu)體系的安全性。因此，高強(qiáng)水泥基套筒灌漿料的水泥用量范圍為900 g左右。

表2 水泥用量對(duì)套筒灌漿料流動(dòng)度的影響

2.2 減水劑用量對(duì)高強(qiáng)水泥基套筒灌漿料性能的影響

減水劑的摻入會(huì)對(duì)套筒灌漿料流動(dòng)度和強(qiáng)度產(chǎn)生影響。總體而言，隨著減水劑用量的增加，套筒灌漿料流動(dòng)度增加，減水劑用量為0.3%時(shí)，流動(dòng)度可達(dá)到要求。圖2可以看出，隨著減水劑用量的增加，套筒灌漿料的早期抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度大幅降低，主要原因是減水劑具備一定的緩凝作用，導(dǎo)致灌漿料早期凝結(jié)硬化時(shí)間增長(zhǎng)，早期強(qiáng)度發(fā)展緩慢，但對(duì)后期強(qiáng)度影響不明顯。

2.3 納米二氧化硅用量對(duì)高強(qiáng)水泥基套筒灌漿料性能的影響

改變納米二氧化硅用量研究其對(duì)套筒灌漿料流動(dòng)度、抗壓抗折強(qiáng)度的影響規(guī)律。由表3可知，隨著納米二氧化硅用量的增加，套筒灌漿料的流動(dòng)度逐漸降低，當(dāng)納米二氧化硅用量達(dá)到0.6%，流動(dòng)度低于規(guī)范要求。然而，由圖3可以看出，納米二氧化硅的加入有利于早期強(qiáng)度的提升，加入納米二氧化硅后的1 d抗壓強(qiáng)度分別提高了22.4%、28.7%、54.7%、64.6%和69.5%，抗折強(qiáng)度分別提高了0、8.6%、17.2%、15.5%和20.1%，納米二氧化硅用量范圍在0.5%左右時(shí)性能較優(yōu)。

表3 納米二氧化硅用量對(duì)套筒灌漿料流動(dòng)度的影響

2.4 膨脹劑用量對(duì)高強(qiáng)水泥基套筒灌漿料性能的影響

改變膨脹劑用量探究其對(duì)水泥基套筒灌漿料流動(dòng)度、抗壓抗折強(qiáng)度以及膨脹性能的影響規(guī)律。由表4可知，隨著膨脹劑用量的增加，灌漿料在30 min后的流動(dòng)度呈降低趨勢(shì)。圖4可以看出，膨脹劑對(duì)套筒灌漿料強(qiáng)度影響較小，僅1 d抗折抗壓強(qiáng)度隨膨脹劑摻量增加有提高趨勢(shì)，28 d抗折抗壓強(qiáng)度無(wú)明顯規(guī)律，總體看1.5%的膨脹劑用量使灌漿料28 d的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度分別提高了5.5%和15.7%。隨著膨脹劑摻量提高，灌漿料收縮率呈現(xiàn)明顯下降趨勢(shì)，膨脹劑摻量達(dá)到2.5%時(shí)，灌漿料各齡期均未發(fā)生收縮，見(jiàn)圖5。

表4 膨脹劑用量對(duì)套筒灌漿料流動(dòng)度的影響

2.5 多因素耦合對(duì)水泥基套筒灌漿料性能的影響

以水泥(A)、粉體減水劑(B)、納米二氧化硅(C)和膨脹劑用量(D)為變量設(shè)計(jì)正交實(shí)驗(yàn)，以灌漿料的初始流動(dòng)度、30 min流動(dòng)度和1 d、3 d、28 d強(qiáng)度為性能考察參數(shù)，通過(guò)極差分析研究上述因素對(duì)高強(qiáng)水泥基套筒灌漿料性能的影響程度，測(cè)試結(jié)果如表5所示，分析得出：流動(dòng)度極差分別為A(83)、B(103)、C(76)、D(72)；30 min流動(dòng)度極差分別為A(123)、B(149)、C(110)、D(96)；1 d抗壓強(qiáng)度極差分別為A(17)、B(2.1)、C(1.9)、D(4.2)；3 d抗壓強(qiáng)度極差分別為A(13.1)、B(2.2)、C(1.6)、D(1.5)；28 d抗壓強(qiáng)度極差分別為A(22)、B(1.5)、C(2.1)、D(3.8)；1 d抗折強(qiáng)度極差分別為A(0.2)、B(1.2)、C(0.8)、D(1.0)；3 d抗折強(qiáng)度極差分別為A(2.3)、B(0.7)、C(1.4)、D(1.4)；28 d抗折強(qiáng)度極差分別為A(0.9)、B(1.6)、C(0.8)、D(1.4)。

表5 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

結(jié)果表明，各因素對(duì)高強(qiáng)水泥基套筒灌漿料初始流動(dòng)度和30 min流動(dòng)度的影響均為：減水劑用量>水泥用量>納米二氧化硅用量>膨脹劑用量，減水劑仍為調(diào)節(jié)水泥基材料流動(dòng)性的重要參數(shù)。對(duì)抗壓強(qiáng)度影響較明顯的是水泥用量，其他因素影響相對(duì)較小。綜合流動(dòng)度和強(qiáng)度，得出較優(yōu)的高強(qiáng)水泥基套筒灌漿料的配合比為：水泥用量1 000 g、減水劑用量0.35%、納米二氧化硅摻量0.4%、膨脹劑用量1.0%，其流動(dòng)度滿足規(guī)范要求，1 d、3 d、28 d抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到57.3 MPa、76.3 MPa和107.5 MPa，是性能較優(yōu)的水泥基套筒灌漿材料。

3 結(jié) 論

a.各因素對(duì)高強(qiáng)水泥基套筒灌漿料流動(dòng)度的影響為：減水劑用量>水泥用量>納米二氧化硅用量>膨脹劑用量；水泥用量是該條件下影響高強(qiáng)水泥基套筒灌漿料抗壓強(qiáng)度的主要因素。

b.水泥用量1 000 g、減水劑用量0.35%、納米二氧化硅摻量0.4%、膨脹劑用量1.0%時(shí)，灌漿料具有良好的性能，滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)JG/T 408—2013《鋼筋連接用套筒灌漿料》中的技術(shù)要求，套筒灌漿料1 d、3 d、28 d抗壓強(qiáng)度可達(dá)57.3 MPa、76.3 MPa、107.5 MPa。