水泥基套筒灌漿料性能研究

孟凡雷 劉芳

西卡（中國）有限公司 天津 300122

2019年10月發(fā)布，2020年6月實(shí)施的《JG/T408-2019：鋼筋連接用套筒灌漿料》對(duì)套筒灌漿料的性能做出了修改和規(guī)定，其中修改了豎向膨脹率的指標(biāo)范圍，新標(biāo)準(zhǔn)額外關(guān)注了套筒灌漿料的耐久性能，增加了28d自干燥收縮（≤0.04的性能指標(biāo)）。

套筒灌漿料必須具備一定的微膨脹性能，而膨脹性能又與很多因素有關(guān)，在硫鋁酸鹽水泥-硅酸鹽水泥-石膏三元復(fù)合體系中，DaiYS通過石膏的摻量控制鈣礬石的生成量，進(jìn)而控制膨脹率；徐玲琳研究了石膏類型對(duì)硫鋁酸鹽水泥-硅酸鹽水泥體系漿體膨脹的影響。在硅酸鹽水泥-硫鋁酸鹽體系中，膨脹劑的加入對(duì)提高鋼筋連接節(jié)點(diǎn)粘結(jié)力具有決定性作用。汪秀石發(fā)現(xiàn)套筒灌漿料的膨脹率隨膨脹劑摻量增加呈現(xiàn)增長趨勢(shì)，但量小于8.0%時(shí)，膨脹效果較差，摻量大于12.0%時(shí)，對(duì)流動(dòng)度和強(qiáng)度會(huì)產(chǎn)生不利影響[1-4]。

本文在此基礎(chǔ)上，研究硫鋁酸鹽水泥、石灰石粉和膨脹劑對(duì)套筒灌漿料力學(xué)性能及膨脹性能的影響，并對(duì)原套筒灌漿料配方進(jìn)行優(yōu)化，得到滿足新標(biāo)準(zhǔn)要求的套筒灌漿料配方。

1 試驗(yàn)原材料和試驗(yàn)方法

1.1 原材料

水泥為廣元海螺水泥有限責(zé)任公司的P·O52.5R和SAC42.5R水泥。礦粉為武漢市盛大材料有限責(zé)任公司的S105級(jí)超細(xì)礦粉。石灰石粉為細(xì)度400目石灰石粉。減水劑為西卡聚羧酸高性能減水劑粉劑540P。消泡劑選用日本圣諾DEFOAMER60-FP消泡劑。所有原材料均符合相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

1.2 試驗(yàn)方法

抗壓強(qiáng)度測(cè)試參照GB/T17671中的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行；豎向膨脹率參照J(rèn)G/T408-2019《鋼筋連接用套筒灌漿料》附錄C的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行，此外增加了常溫型套筒灌漿料豎向膨脹率非接觸式測(cè)量法；自干燥收縮試驗(yàn)參照J(rèn)G/T408-2019附錄D的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 硫鋁酸鹽水泥的影響

在硅酸鹽水泥-硫鋁酸鹽水泥體系中，硫鋁酸鹽水泥主要起到早強(qiáng)和速凝的作用，本小節(jié)中通過控制變量法，固定其他摻量不變，硫鋁酸鹽水泥（SAC）的摻量分別為4%、6%、8%、10%進(jìn)行試驗(yàn)，抗壓強(qiáng)度結(jié)果見圖1，豎向膨脹率結(jié)果見表1。

圖1 硫鋁酸鹽水泥摻量對(duì)套筒灌漿料抗壓強(qiáng)度的影響

表1 硫鋁酸鹽水泥摻量對(duì)套筒灌漿料豎向膨脹率的影響

結(jié)果表明：隨著硫鋁酸鹽水泥摻量增加，套筒灌漿料的1d抗壓強(qiáng)度逐漸增加，3d和28d抗壓強(qiáng)度影響不大，硫鋁酸鹽水泥縮短了漿體的塑性階段時(shí)間，導(dǎo)致3h豎向膨脹率逐漸增加，24-3h豎向膨脹率逐漸減小，套筒灌漿料之間存在著1d抗壓強(qiáng)度和豎向膨脹率之間相互制約。

2.2 石灰石粉的影響

礦物摻合料取代水泥作為膠凝材料，對(duì)套筒灌漿料的力學(xué)性能和膨脹性能有一定影響。本小節(jié)中通過控制變量法，固定其他摻量不變，石灰石粉的摻量分別為0%、5%、10%、15%、20%進(jìn)行試驗(yàn)，抗壓強(qiáng)度結(jié)果見圖2，豎向膨脹率結(jié)果見表2。

圖2 石灰石粉摻量對(duì)套筒灌漿料抗壓強(qiáng)度的影響

表2 石灰石粉對(duì)套筒灌漿料豎向膨脹率的影響

結(jié)果表明：隨著石灰石粉摻量的增加，替換部分硅酸鹽水泥，套筒灌漿料的1d、3d和28d抗壓強(qiáng)度逐漸減小，同樣套筒灌漿料之間存在著1d抗壓強(qiáng)度和豎向膨脹率相互制約的關(guān)系，隨著1d強(qiáng)度的逐漸減小，3h豎向膨脹率逐漸減小，24-3h膨脹率逐漸增大。這種相互制約的關(guān)系可能與膨脹劑有關(guān)。

2.3 膨脹劑的的影響

膨脹劑摻量過高會(huì)導(dǎo)致套筒灌漿料體積穩(wěn)定性不好，容易發(fā)生開裂，而膨脹劑摻量過低又會(huì)導(dǎo)致膨脹源不足，早期豎向膨脹不合格，適宜的膨脹劑摻量尤為重要，在本小節(jié)中，固定其他摻量不變，膨脹劑按摻量分別為5%、10%、15%、20%進(jìn)行試驗(yàn)，抗壓強(qiáng)度和豎向膨脹率結(jié)果見表3。

表3 膨脹劑摻量對(duì)套筒灌漿料的抗壓強(qiáng)度和豎向膨脹率的影響

結(jié)果表明：隨著膨脹劑摻量的增加，套筒灌漿料的3h、24h豎向膨脹率和24-3h豎向膨脹率逐漸增大，1d和3d強(qiáng)度影響不大，當(dāng)膨脹劑摻量增加至20%時(shí)，試塊28d發(fā)生開裂。膨脹劑的摻量不宜超過15%。

2.4 自制鋼筋連接用套筒灌漿料配方優(yōu)化

結(jié)合上述試驗(yàn)規(guī)律，對(duì)自制鋼筋連接用套筒灌漿料配方進(jìn)行完善，優(yōu)化硫鋁酸鹽水泥摻量、石灰石粉摻量和膨脹劑摻量，制備出滿足JG/T408-2019《鋼筋連接用套筒灌漿料》的自制鋼筋連接用套筒灌漿料。實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表5。

表4 優(yōu)化前后套筒灌漿料的性能測(cè)試

3 結(jié)語

通過研究硫鋁酸鹽水泥摻量、石灰石粉摻量和膨脹劑摻量對(duì)套筒灌漿料抗壓強(qiáng)度和豎向膨脹率的影響，可得到如下結(jié)論：

（1）隨著硫鋁酸鹽水泥摻量增加，套筒灌漿料的1d抗壓強(qiáng)度逐漸增加，硫鋁酸鹽水泥對(duì)套筒灌漿料1d強(qiáng)度影響顯著，縮短了塑性階段時(shí)間，導(dǎo)致其3h豎向膨脹率過高，24h豎向膨脹率不夠，套筒灌漿料之間存在著1d抗壓強(qiáng)度和豎向膨脹率之間相互制約。

（2）隨著石灰石粉摻量的增加，替換部分硅酸鹽水泥，套筒灌漿料的1d、3d和28d抗壓強(qiáng)度逐漸減小，同樣套筒灌漿料之間存在著1d抗壓強(qiáng)度和豎向膨脹率相互制約的關(guān)系，這種相互制約的關(guān)系可能與膨脹劑有關(guān)。

（3）隨著膨脹劑摻量的增加，套筒灌漿料豎向膨脹率逐漸增大，膨脹劑的摻量不宜超過15%。

（4）自制鋼筋連接用套筒灌漿料通過優(yōu)化硫鋁酸鹽水泥摻量、石灰石粉摻量和膨脹劑摻量，可以得到早強(qiáng)、高強(qiáng)、大流動(dòng)度、微膨脹無收縮的產(chǎn)品，完全滿足新標(biāo)準(zhǔn)的性能要求。