套筒灌漿料的研制及應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

吳開勝，趙大軍，宋云娟

（江蘇尼高科技有限公司，江蘇 常州 213141）

0 引言

裝配式結(jié)構(gòu)是當(dāng)前住宅產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程中重點(diǎn)發(fā)展的結(jié)構(gòu)形式之一，具有高效率、低耗能和環(huán)保等特點(diǎn)[1]。在裝配式結(jié)構(gòu)中，預(yù)制構(gòu)件的鋼筋連接技術(shù)成為其構(gòu)成框架結(jié)構(gòu)整體的關(guān)鍵，鋼筋連接套筒作為形成框架梁柱等節(jié)點(diǎn)的關(guān)鍵受力構(gòu)件，須保證其具有良好的受力特性、重復(fù)循環(huán)荷載作用[2]。

鋼筋套筒灌漿連接接頭由帶肋鋼筋、套筒和灌漿料等3部分組成。其連接原理是：帶肋鋼筋插入套筒后，向套筒內(nèi)灌注無收縮或微膨脹的水泥基灌漿料，填充套筒與鋼筋之間的間隙，灌漿料硬化后與鋼筋的橫肋和套筒內(nèi)壁凹槽或凸肋緊密嚙合，實(shí)現(xiàn)上下2根鋼筋的連接。因此，在裝配式預(yù)制建筑結(jié)構(gòu)中，高性能灌漿料是實(shí)現(xiàn)縱向連接的關(guān)鍵，灌漿料性能優(yōu)劣對(duì)確保裝配式建筑結(jié)構(gòu)的安全性起著至關(guān)重要的作用[3]。

隨著裝配式建筑的發(fā)展，鋼筋連接用套筒灌漿料以其具有微膨脹、高強(qiáng)、早強(qiáng)及流動(dòng)性好等特點(diǎn)得到廣泛應(yīng)用。國內(nèi)針對(duì)套筒灌漿料性能的研究很多，但對(duì)其應(yīng)用于鋼筋套筒灌漿連接接頭的效果評(píng)價(jià)研究較少。本文在借鑒已有成果的基礎(chǔ)上，分析了膠砂比、偏高嶺土、減水劑、膨脹劑對(duì)套筒灌漿料性能的影響，確定了套筒灌漿料的配合比，并按JGJ 355—2015《鋼筋套筒灌漿連接應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》對(duì)鋼筋半套筒灌漿連接接頭的力學(xué)性能進(jìn)行測(cè)試，評(píng)價(jià)套筒灌漿料的應(yīng)用效果。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料及試件

1.1.1 原材料

（1）水泥：江蘇嘉新京陽水泥有限公司生產(chǎn)的P·Ⅱ52.5R水泥，比表面積大于450 m2/kg。

（2）石英砂：安徽鳳陽生產(chǎn)，最大粒徑控制小于2.0 mm，細(xì)度模數(shù)2.2～2.4，含泥量小于0.2%。

（3）偏高嶺土：焦作市煜坤礦業(yè)有限公司生產(chǎn)，細(xì)度1250目，活性指數(shù)不小于110%。

（4）膨脹劑：江蘇尼高科技有限公司生產(chǎn)NK-HCSA混凝土膨脹劑，性能符合GB 23439—2009《混凝土膨脹劑》中Ⅱ型的指標(biāo)要求。

（5）外加劑：江蘇尼高科技有限公司生產(chǎn)的聚羧酸高效減水劑，日本艾迪科（ADK）生產(chǎn)的水泥砂漿用粉末消泡劑B328F；阿克蘇諾貝爾特種化學(xué)（上海）有限公司生產(chǎn)的羥乙基甲基纖維素醚，黏度為300 mPa·s。

1.1.2 套筒試件

半灌漿套筒試件采用常州索力得建筑裝備科技有限公司生產(chǎn)的GTB4-25-A，試件材質(zhì)為球磨鑄鐵，用于鋼筋直徑25 mm的套筒灌漿連接，試件總長度238 mm、外徑53 mm、灌漿端鋼筋插入深度190 mm。

1.2 試驗(yàn)方法

套筒灌漿料性能試驗(yàn)：按JG/T 408—2013《鋼筋連接用套筒灌漿料》制備拌合物，并測(cè)試流動(dòng)度、強(qiáng)度、膨脹率。

月黑風(fēng)高的夜晚，我站在樓頂。我想找個(gè)人說說話，卻發(fā)現(xiàn)自己沒有朋友；我想打個(gè)電話向父親撒撒嬌，又想著那個(gè)老女人是不是正在給父親暖腳；我和想黃梁談?wù)勥@些年，卻發(fā)現(xiàn)身邊只有黑夜。

鋼筋半套筒灌漿連接接頭的力學(xué)性能試驗(yàn)：按JGJ 355—2015規(guī)定的方法成型、養(yǎng)護(hù)和測(cè)試。

2 套筒灌漿料配合比試驗(yàn)

2.1 膠砂比對(duì)套筒灌漿料性能的影響

試驗(yàn)中膠凝材料組成為92%水泥+8%膨脹劑，減水劑、消泡劑和纖維素醚摻量分別占膠凝材料質(zhì)量的0.25%、0.20%、0.02%，用水量按初始流動(dòng)度達(dá)到300～310 mm確定。膠砂比對(duì)套筒灌漿料性能的影響見表1。

表1 膠砂比對(duì)套筒灌漿料用水量及抗壓強(qiáng)度的影響

由表1可知，隨著膠砂比的增大，套筒灌漿料的用水量、抗壓強(qiáng)度逐漸提高，膠砂比為5.0∶5.0時(shí)，1 d抗壓強(qiáng)度符合JG/T 408—2013的要求（≥35 MPa）。理論上講，灌漿料中用水量過高、水泥過多，對(duì)后期穩(wěn)定性不利，因此，選取膠砂比為5.0∶5.0作為優(yōu)選配合比，進(jìn)行下述試驗(yàn)研究。

2.2 偏高嶺土摻量對(duì)套筒灌漿料性能的影響

以2.1節(jié)確定的配合比為基礎(chǔ)，在套筒灌漿料中添加偏高嶺土取代部分水泥，測(cè)試偏高嶺土摻量為1.0%～5.0%時(shí)對(duì)套筒灌漿料流動(dòng)度及強(qiáng)度的影響，結(jié)果如表2所示。

表2 偏高嶺土摻量對(duì)套筒灌漿料流動(dòng)性及強(qiáng)度的影響

由表2可見，隨著偏高嶺土摻量的增加，套筒灌漿料早期強(qiáng)度略有提高，后期強(qiáng)度明顯提高。偏高嶺土摻量為3.0%時(shí)，套筒灌漿料的28 d抗壓強(qiáng)度高于100 MPa。偏高嶺土的主要成分是高活性的三氧化二鋁和二氧化硅，可以和水泥水化時(shí)產(chǎn)生的氫氧化鈣反應(yīng)，生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣等產(chǎn)物，一方面消耗了水泥水化產(chǎn)物氫氧化鈣，促進(jìn)了水化反應(yīng)的進(jìn)行，另一方面與氫氧化鈣反應(yīng)生成不溶于水的水化產(chǎn)物，堵塞孔隙，降低砂漿的孔隙率，提高砂漿的密實(shí)度，使砂漿的后期強(qiáng)度顯著提高[4]。但套筒灌漿料的流動(dòng)度隨著偏高嶺土摻量的增加逐漸下降，尤其是30 min流動(dòng)度下降明顯，因此綜合考慮，確定偏高嶺土摻量為3.0%，進(jìn)行下述試驗(yàn)研究。

2.3 減水劑摻量對(duì)套筒灌漿料性能的影響

減水劑對(duì)砂漿的加水量、流動(dòng)度起決定作用，此外還對(duì)砂漿的和易性、粘稠度以及強(qiáng)度有影響。以2.2確定的配合比為基礎(chǔ)，減水劑摻量（按占膠凝材料質(zhì)量計(jì)）對(duì)套筒灌漿料流動(dòng)性及強(qiáng)度的影響如表3所示。

表3 減水劑摻量對(duì)套筒灌漿料流動(dòng)性及強(qiáng)度的影響

由表3可見，隨著減水劑摻量增加，套筒灌漿料的流動(dòng)度逐漸增大，30 min流動(dòng)度增加明顯，當(dāng)減水劑摻量大于0.30%時(shí)，30 min流動(dòng)度損失較??；減水劑摻量為0.35%時(shí)，拌合物表面出現(xiàn)輕微泌水；試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)減水劑摻量為0.40%時(shí)，拌合物泌水、分層現(xiàn)象嚴(yán)重。為了保持套筒灌漿料的30 min流動(dòng)度，本試驗(yàn)選擇的聚羧酸減水劑為緩凝減水劑，對(duì)套筒灌漿的早期強(qiáng)度有一定影響，因此隨著減水劑摻量增加，套筒灌漿料的1 d、3 d抗壓強(qiáng)度逐漸降低，但對(duì)28 d抗壓強(qiáng)度的影響不大，當(dāng)減水劑摻量小于0.30%時(shí)，隨著減水劑摻量的增加，28 d抗壓強(qiáng)度略有提高，減水劑用量大于0.35%后，灌漿料拌合物產(chǎn)生了明顯的分層離析，28 d抗壓強(qiáng)度有所下降。綜上所述，選取減水劑摻量為0.30%，進(jìn)行以下試驗(yàn)研究。

2.4 膨脹劑摻量對(duì)套筒灌漿料性能的影響

套筒灌漿料除了要具有超高強(qiáng)度之外，其膨脹性能也尤為重要，利用灌漿料的膨脹將鋼筋有效握裹，并與套筒內(nèi)壁緊密接觸產(chǎn)生膨脹應(yīng)力，使鋼筋受力傳遞至套筒，以此來共同抵抗鋼筋所受到的拉力，從而提高整體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性[5]。以2.3確定的配合比為基礎(chǔ)，測(cè)試了膨脹劑用量（按占膠凝材料質(zhì)量計(jì)）對(duì)套筒灌漿料膨脹率、強(qiáng)度的影響，結(jié)果見表4。

表4 膨脹劑摻量對(duì)套筒灌漿料膨脹率及強(qiáng)度的影響

由表4可見，膨脹劑摻量為8.0%～10.0%時(shí)，套筒灌漿料3h膨脹率及24h與3h膨脹率差值均符合JG/T 408—2013要求，其中膨脹劑摻量為10.0%時(shí)套筒灌漿料的膨脹效果更好，此時(shí)對(duì)套筒灌漿料的抗壓強(qiáng)度沒有影響。綜上所述，選取套筒灌漿料的膨脹劑摻量為膠凝材料質(zhì)量的10.0%。

3 套筒灌漿料應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

通過大量試驗(yàn)研究，最終確定套筒灌漿料生產(chǎn)配方見表5。將生產(chǎn)的套筒灌漿料與半灌漿套筒試件按JGJ 355—2015規(guī)定的方法成型、養(yǎng)護(hù)和測(cè)試，試件中連接鋼筋的強(qiáng)度等級(jí)為HRB 400，性能測(cè)試結(jié)果見表6、表7。

表5 套筒灌漿料的生產(chǎn)配方 kg

表6 套筒灌漿料的性能測(cè)試結(jié)果

表7 鋼筋半套筒灌漿連接接頭的力學(xué)性能測(cè)試結(jié)果

由表6、表7可見，套筒灌漿料的各項(xiàng)性能均符合JG/T 408—2013的要求，鋼筋半套筒灌漿連接接頭的偏置單向拉伸、對(duì)中單向拉伸、高應(yīng)力反復(fù)拉壓、大變形反復(fù)拉壓的各項(xiàng)性能指標(biāo)均符合JGJ 355—2015的要求，鋼筋半套筒灌漿連接接頭試件的破壞形成均為鋼筋拉斷，未產(chǎn)生套筒灌漿料破壞、鋼筋拔出等現(xiàn)象，應(yīng)用效果較好。

4 結(jié)論

（1）套筒灌漿料的膠砂比為5.0∶5.0時(shí)，1 d抗壓強(qiáng)度大于35 MPa，用水量低于15%。摻入3.0%的偏高嶺土，可明顯提高套筒灌漿料的后期強(qiáng)度，28 d抗壓強(qiáng)度高于100 MPa。減水劑摻量為膠凝材料質(zhì)量的0.30%時(shí)，套筒灌漿料的初始流動(dòng)度、30 min流動(dòng)度均有明顯改善，且30 min流動(dòng)度損失較小。膨脹劑用量為膠凝材料質(zhì)量的10.0%時(shí)，套筒灌漿料的3 h膨脹率及24 h與3 h膨脹率差值均符合JG/T 408—2013的要求，且對(duì)抗壓強(qiáng)度無明顯影響。按最優(yōu)配比制備的套筒灌漿料性能符合JG/T 408—2013的要求。

（2）將生產(chǎn)的套筒灌漿料與半灌漿套筒試件按JGJ 355—2015規(guī)定方法成型并測(cè)試，鋼筋半套筒灌漿連接接頭的偏置單向拉伸、對(duì)中單向拉伸、高應(yīng)力反復(fù)拉壓、大變形反復(fù)拉壓的各項(xiàng)性能指標(biāo)均可滿足要求，鋼筋半套筒灌漿連接接頭試件的破壞形成均為鋼筋拉斷，未產(chǎn)生套筒灌漿料破壞、鋼筋拔出等現(xiàn)象，應(yīng)用效果較好。

[1] 趙季超，楚先鋒，邱劍輝，等．高效、節(jié)能、環(huán)保預(yù)制鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)住宅體系及其產(chǎn)業(yè)化[J]．工程力學(xué)，2008（增刊Ⅱ）：123-138．

[2] 汪秀石，楊智良，吳照學(xué)．裝配式結(jié)構(gòu)用高強(qiáng)套簡(jiǎn)灌漿料性能試驗(yàn)研究[J]．混凝土與水泥制品，2015（2）：65-68．

[3] 張友海，劉興華，武衛(wèi)平．裝配式建筑鋼筋套筒連接用灌漿料性能比較究[J]．混凝土世界，2014（11）：80-83．

[4] 冷政，李曦，李黨義．偏高齡士對(duì)聚合物改牲修補(bǔ)砂漿性能的優(yōu)化[J]．新型建筑材料，2014（4）：38-41．

[5] 高安慶，朱清華，化子龍．超高強(qiáng)鋼筋接頭灌漿料的試驗(yàn)研究[J]．混凝土與水泥制品，2013（1）：16-19．