加固用高性能水泥復合砂漿的研制

章　凱，葉基業(yè)

(1.浙江省建筑科學設計研究院有限公司，浙江 杭州 310012；2.盈德氣體集團有限公司，浙江 杭州 310007)

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加固用高性能水泥復合砂漿的研制

章凱1，葉基業(yè)2

(1.浙江省建筑科學設計研究院有限公司，浙江 杭州 310012；2.盈德氣體集團有限公司，浙江 杭州 310007)

摘要：通過正交試驗研究，結合國家規(guī)范《砌體結構加固設計規(guī)范(GB 50702—2011)》中對于水泥復合砂漿力學性能及工作性能的相關要求，成功研制開發(fā)了一種新的加固用高性能水泥復合砂漿。

關鍵詞：加固；正交試驗；正拉粘結強度

高性能水泥復合砂漿是以硅酸鹽水泥和高性能混凝土摻合料為主要成分，以及外加劑和少量有機纖維，加水和砂拌合而成的一種具有良好工作度的砂漿，硬化養(yǎng)護至設計強度后，具有高強度、低收縮，高抗裂性、密實性好，并與原構件混凝土表面有較高的粘結強度[1]。該材料具有一般水泥砂漿無法比擬的優(yōu)越性，使得用這種新型復合材料加上鋼筋網(wǎng)形成的薄層片材加固混凝土結構成為可能。通過一系列的實驗研究，我們成功開發(fā)了一種新的加固用高性能水泥復合砂漿。本文將著重介紹其組成及配合比的研制過程。

1實驗用原料及測試方法

1.1實驗用原材料

1)水泥：采用海螺牌PO42.5水泥作為水泥復合砂漿的主要膠凝材料，其物理性能見表1。

表1　普通硅酸鹽水泥化學成分　%

2)砂：配制水泥復合砂漿，其骨料選用中砂，細度模數(shù)不宜小于2.5，質(zhì)量應符合《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗方法標準(JGJ 52—2006)》的規(guī)定；本試驗采用贛江中砂，砂的性能見表2。

表2　砂的性能指標

3)硅灰：本文選用貴州海天牌硅灰作為高強礦物摻合料，比表面積為20 m2/g；

4)特種水泥砂漿專用增稠粉：由浙江建科新材料開發(fā)有限公司生產(chǎn)，是一款在特種砂漿中應用的保水增稠材料，同時有一定的增強作用；

5)UEA型膨脹劑，市售工業(yè)品，有效膨脹率為0.02%～0.03%；

6)聚丙烯纖維：采用6 mm PP短纖維，市售工業(yè)產(chǎn)品。

1.2實驗測試方法

正拉粘結強度測試參照《砌體結構加固設計規(guī)范(GB 50702—2011)》附錄B進行，抗壓強度試驗參照《建筑砂漿基本性能試驗方法(JGJ 70—2009)》進行，其余力學指標參照《建筑結構加固工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范(GB 50550—2010)》進行。

2配合比的確定

2.1正交試驗設計與結果

本試驗由于影響因素較多，采用正交試驗設計是最理想的選擇。根據(jù)卜良桃等[2]對高性能水泥復合砂漿的研究可知，水泥復合砂漿與混凝土的粘結力是該材料配方技術的重點和難點，結合《砌體結構加固設計規(guī)范(GB 50702—2011)》中對于正拉粘結強度的要求(≥1.8 MPa)，設置正拉粘結強度作為基礎配方設計的考核指標。固定砂用量為50%，用水泥(記作A)、砂、硅灰(記作B)、膨脹劑(記作C)、特種水泥砂漿專用增稠粉(記作D)配制水泥復合砂漿，按L934正交表進行正交試驗，因素水平表見表3。

表3　正交試驗各因素水平

本次試驗采用固定用水量法來對比各組試驗的正拉粘結強度，用水量大致為砂漿總量的0.15，此用水量下砂漿稠度大致在80 mm左右，按GB 50702—2011附錄B相關要求成型養(yǎng)護28 d后進行正拉粘結強度測試，試驗結果見表4。

表4　正拉粘結強度測試結果

圖1　正拉粘結強度與各因素水平的關系

2.2分析與討論

從表中數(shù)據(jù)可以看出，本次試驗中的正拉粘結強度均能滿足規(guī)范GB 50702—2011中≥1.8 MPa的要求，總體數(shù)據(jù)結果較理想，根據(jù)表4和圖1的極差分析結果可以看出，各因素對水泥復合砂漿的正拉粘結強度影響最大的是膠粉用量和水泥用量，根據(jù)各因素水平關系，結合極差分析中的k值，可以得到此次試驗性能較好的配方是A1B3C3D2，即水泥∶

硅灰∶膠粉∶高效減水劑=60∶6∶6∶2，由此得出水泥復合砂漿的基礎配合比見表5。

表5　水泥復合砂漿基礎配合比

2.3強度與組成的關系

GB50702—2011規(guī)定水泥復合砂漿的抗壓強度和抗折強度分別不得低于45MPa和8MPa，考慮強度保證率和后續(xù)試驗中為調(diào)整砂漿其他性能加入外加劑對強度性能帶來的不利影響。本試驗中對砂漿強度指標取規(guī)范規(guī)定中的120%，即抗壓強度≥54MPa，抗折強度≥9.6MPa，根據(jù)表5的基礎配合比，參照JGJ70—2009成型抗壓強度試件，參照GB50550—2010成型抗折強度試件，標養(yǎng)28d后分別對抗壓強度和抗折強度進行測試，試驗結果見表6。

表6　基礎配合比抗壓/抗折強度試驗

2.4配合比的優(yōu)化

2.4.1凝結時間的調(diào)整

通過上述試驗得到了強度適宜的基礎配合比，但試驗過程中發(fā)現(xiàn)，所配砂漿凝結時間過短，達不到施工要求，因此需要添加緩凝劑調(diào)節(jié)水泥復合砂漿的凝結時間，以便于涂刷施工。由于《砌體結構加固設計規(guī)范(GB50702—2011)》中未對水泥復合砂漿的凝結時間作明確要求，本配方中根據(jù)廠家推薦摻量添加了0.1%的葡萄糖酸鈉。

2.4.2增強砂漿整體抗裂性

根據(jù)《砌體結構加固設計規(guī)范(GB50702—2011)》對于水泥復合砂漿的定義及相關規(guī)定，用于結構加固用水泥復合砂漿中應摻入纖維來增強抗裂性，當摻聚合物纖維時，聚合物纖維體積率不應小于0.16%。

3系統(tǒng)性驗證

根據(jù)《砌體結構加固設計規(guī)范(GB50702—2011)》表4.7.3中對水泥復合砂漿安全性能指標的相關要求及試驗方法，對配方進行系統(tǒng)性性能驗證，各項指標均能滿足規(guī)范要求。具體性能指標見表7。

表7　系統(tǒng)性性能指標

4結語

本文通過正交試驗，研究了各主要組分及其用量對于水泥復合砂漿正拉粘結強度的影響，結合水泥復合砂漿的壓折強度性能確定了水泥復合砂漿的基本組成。在此基礎上，通過調(diào)整其凝結時間，以及摻入纖維，最終確定了加固用高性能水泥復合砂漿的配合比(表8)，最后得到其各性能指標均能滿足《砌體結構加固設計規(guī)范(GB50702—2011)》對于水泥復合砂漿的要求。

表8　加固用高性能水泥復合砂漿配合比

參 考 文 獻

[1]卜良桃.高性能復合砂漿鋼筋網(wǎng)加固混凝土結構新技術[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[2]卜良桃，高偉，羅新華.高性能水泥復合砂漿與混凝土粘結性能鉆芯拉拔試驗研究[J].湖南大學學報，2009(1)：19-23.

收稿日期：2015-12-28

基金項目：浙江省建設科研項目(2014Z003)

作者簡介：章凱(1979—)，男，浙江諸暨人，高級工程師，從事建筑材料研究工作。

中圖分類號：TU57+8.1

文獻標志碼：A

文章編號：1008-3707(2016)04-0056-03

Preparation of the Cement Composite Motar with HighPerformance Used for Reinforcement

ZHANG Kai1, YE Jiye2