普通型無機植筋膠的配方研制

李龍梓，鄧建良，李酉成

（蘇州混凝土水泥制品研究院有限公司 江蘇省高耐久混凝土工程技術(shù)研究中心，江蘇 蘇州 215004）

0 引言

植筋加固技術(shù)是利用植筋膠將鋼筋植入結(jié)構(gòu)體內(nèi)的一種加固技術(shù)[1]，可以對混凝土結(jié)構(gòu)起到結(jié)構(gòu)性補強。當前，有機植筋膠以其硬化速度快、強度高的特點得到工程修補加固領(lǐng)域廣泛采用[2]。但有機植筋膠是一種有機復合材料， 其具有耐熱耐候性差、 污染環(huán)境和對施工環(huán)境要求高等有機材料質(zhì)量通病[3]。為解決有機植筋膠的諸多缺點，研究人員著手研究無機植筋膠代替有機植筋膠。無機植筋膠是采用水泥作為主要膠凝材料、 添加砂和其他助劑配置而成。無機植筋膠有如下優(yōu)點:①強度高、性能穩(wěn)定，具有很高的耐候性；②可在潮濕、高溫環(huán)境下施工；③無機植筋膠有較高堿度，可以保護鋼筋；④環(huán)保無污染[4]。在查閱了大量文獻的基礎(chǔ)上，研究了膠凝材料組分、硅灰、減水劑和膨脹劑對無機植筋膠的性能影響， 確定了最終配合比，并按照JGJ/T 271—2012《混凝土結(jié)構(gòu)工程無機材料后錨固技術(shù)規(guī)程》 要求對無機植筋膠的約束拉拔效果進行測試。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

（1）水泥：南京小野田生產(chǎn)的P·Ⅱ52.5R 水泥，京陽水泥有限公司生產(chǎn)的快硬硫鋁酸鹽水泥（以下簡稱SAC）；

（2）砂：石英砂，粒度分布20～40 目和60～100目；

（3）硅灰：山東博肯硅材料有限公司生產(chǎn)，平均粒徑在0.1～0.15 μm；

（4）減水劑：江蘇蘇博特新材料股份有限公司生產(chǎn)的聚羧酸減水劑，減水率25%；

（5）膨脹劑M：湖北三元特種建材生產(chǎn)的膨脹劑。

1.2 試驗方法

按照JGJ/T 271—2012 《混凝土結(jié)構(gòu)工程無機材料后錨固技術(shù)規(guī)程》標準制備材料，并測試凝結(jié)時間、膨脹率、力學性能和約束拉拔強度。表1 為無機植筋膠基本配合比。

表1 無機植筋膠基本配合比

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 膠凝材料對凝結(jié)時間和抗壓強度影響研究

在選擇無機植筋膠膠凝材料時， 應選用普通硅酸鹽水泥和快硬硫鋁酸鹽水泥復合的方式制備。普通硅酸鹽水泥的耐久性較好，但存在凝結(jié)時間相對較長和固化后體積收縮問題?？煊擦蜾X酸鹽水泥的凝結(jié)時間較短，能夠快速凝結(jié)硬化形成強度，且硬化后會有體積微膨脹，有利于提升植筋效果。因此，在滿足施工工藝要求的前提下，研究不同普通硅酸鹽水泥和快硬硫鋁酸鹽復合比例對無機錨固膠凝結(jié)時間和抗壓強度的影響。不同比例膠材配合比的凝結(jié)時間和抗壓強度見表2。

表2 不同比例膠材對凝結(jié)時間和抗壓強度影響

由表2 可知:SAC/P·Ⅱ比例越小， 凝結(jié)時間越長；當SAC/PⅡ比例為8∶2～6∶4 時，無機植筋膠的終凝時間在40～120 min，滿足JGJ/T 271—2012《混凝土結(jié)構(gòu)工程無機材料后錨固技術(shù)規(guī)程》 中對材料凝結(jié)時間的要求。SAC/P·Ⅱ比例越小，1 d 和3 d 的強度都呈下降趨勢。前3 組1 d、3 d 和28 d 強度可以達到25 MPa、30 MPa 和50 MPa， 無 法 滿 足JGJ/T 271—2012 《混凝土結(jié)構(gòu)工程無機材料后錨固技術(shù)規(guī)程》 標準1d 抗壓強度≥30 MPa、28 d 抗壓強度≥60 MPa。因此，綜合考慮凝結(jié)時間和抗壓強度，選擇編號ZJ-3 為基本配方開展后續(xù)試驗。

2.2 無機植筋膠收縮膨脹性能研究

在工程加固領(lǐng)域，水泥基材料以其優(yōu)異的耐久性得到廣大用戶認可。但與有機植筋膠相比，無機植筋膠的收縮會嚴重影響其植筋效果。水泥基材料在干燥情況下會出現(xiàn)干縮現(xiàn)象，導致植筋膠與植筋孔內(nèi)壁分離，影響植筋強度。因此，需摻入膨脹劑增強無機植筋膠與植筋孔的膨脹應力，從而彌補后期產(chǎn)生的收縮應力。本試驗采用膨脹劑M，研究不同用量對試樣的膨脹性能影響，結(jié)果如圖1 所示。M對無機植筋膠力學性能的影響見表3。

表3 M 對無機植筋膠力學性能的影響

圖1 M 對無機植筋膠膨脹率的影響

由圖1 可知： 膨脹劑M 可以顯著改善植筋膠的膨脹性能。隨著膨脹劑M 的摻量增加，植筋膠的膨脹系數(shù)逐漸增大。當其摻量為0.4%時，其膨脹系數(shù)達到0.2%左右，滿足JGJ/T 271—2012《混凝土結(jié)構(gòu)工程無機材料后錨固技術(shù)規(guī)程》 標準≥0.1%要求； 摻入膨脹劑M 會降低植筋膠的抗壓強度和抗折強度；膨脹劑M 是一種氧化鈣-硫鋁酸鈣膨脹劑（簡稱CA 膨脹劑）。CA 膨脹劑的膨脹源是氫氧化鈣和鈣礬石，在水化早期反應較快，迅速形成體積膨脹彌補水泥體積收縮，摻量越大，早期膨脹越大。但膨脹劑膨脹過程中會導致試樣內(nèi)出現(xiàn)微小裂縫， 導致力學性能的降低，因此，在滿足膨脹率的前提下不應過量摻入膨脹劑。

2.3 硅灰對力學性能和施工狀態(tài)的影響

為了滿足JGJ/T 271—2012 《混凝土結(jié)構(gòu)工程無機材料后錨固技術(shù)規(guī)程》對強度的要求，采用摻入硅灰取代P·Ⅱ水泥方式來提高力學性能。此外，還應保證植筋膠具有良好的施工狀態(tài)，無泌水。硅灰對力學性能和施工狀態(tài)的影響見表4。

表4 硅灰對力學性能和施工狀態(tài)的影響

由表4可知，在一定范圍內(nèi)，加入硅灰可以提高無機植筋膠的力學性能。當硅灰的摻量達到5%時，可以滿足標準的抗壓強度要求。摻加硅灰能顯著增加漿體黏度，植筋膠的用水量增大。摻入硅灰量越大，植筋膠的施工性越差。硅灰是一種活性超細硅質(zhì)粉體材料。硅灰能夠與水泥水化產(chǎn)物生成凝膠體，填充水泥顆粒間的孔隙，改善使水泥基材料的內(nèi)部空隙結(jié)構(gòu)，提高密實度，顯著提高材料的力學性能。但硅灰的比表面積較大，需水量也較大，因此需增大減水劑的摻量來調(diào)整植筋膠的施工狀態(tài)。否則，硅灰會導致植筋膠的拌合性較差，降低其力學性能。

2.4 配方確定

通過大量試驗研究， 最終確定水泥基植筋錨固膠配合比見表5。將配置的水泥基植筋膠按照JGJ/T 271—2012 《混凝土結(jié)構(gòu)工程無機材料后錨固技術(shù)規(guī)程》規(guī)定的方式、成型、養(yǎng)護測試，選擇Ф25 鋼筋， 錨固深度150 mm， 性能測試結(jié)果見表6。由表6 可知，水泥基植筋膠的基本性能均可以滿足JGJ/T 271—2012 《混凝土結(jié)構(gòu)工程無機材料后錨固技術(shù)規(guī)程》要求。

表5 水泥基植筋錨固膠配合比

表6 性能測試結(jié)果

3 結(jié)論

（1）采用普通硅酸鹽水泥和快硬硫鋁酸鹽水泥復合調(diào)整水泥基植筋膠的凝結(jié)時間可以起到顯著效果。當SAC/P·Ⅱ比例為8∶2～6∶4 時，無機植筋膠的終凝時間在40～120 min，可以滿足JGJ/T 271—2012《混凝土結(jié)構(gòu)工程無機材料后錨固技術(shù)規(guī)程》。

（2）膨脹劑M 可以顯著改善植筋膠的膨脹性能。當其摻量為0.4%時，其膨脹系數(shù)達到0.2%。

（3）在一定范圍內(nèi)，加入硅灰可以提高無機植筋膠的力學性能。但應同時摻入減水劑，以保證水泥基植筋膠的狀態(tài)良好，否則效果適得其反。