硫鋁酸鹽水泥基鋼筋套筒灌漿料力學(xué)性能試驗(yàn)研究

范 飛，王英子，李佳興

（中冶建筑研究總院有限公司，北京100088）

0 引言

套筒灌漿連接技術(shù)是目前裝配式混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件連接的最常用、最有效方式，因此，高性能灌漿料是保證構(gòu)件及結(jié)構(gòu)整體穩(wěn)定性的關(guān)鍵所在[1-3]，因其具有無收縮、強(qiáng)度高、自密實(shí)、施工方便等特點(diǎn)，也廣泛應(yīng)用于設(shè)備基礎(chǔ)的二次灌漿、地腳螺栓錨固、混凝土修補(bǔ)加固等方面。以水泥為主要膠凝材料的水泥基灌漿料，主要是通過加入細(xì)骨料、高性能外加劑等，發(fā)揮相應(yīng)材料的高流動(dòng)、高強(qiáng)、微膨脹等性能，是多種現(xiàn)代混凝土技術(shù)形成的新型復(fù)合材料，具有無收縮、微膨脹、快硬、高早強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)和良好的流動(dòng)性能[4]。目前，工程中所使用的灌漿料越來越多，多采用水泥基材料進(jìn)行配制，配制水泥基灌漿料常采用的普通硅酸鹽水泥（OPC）體系、普通硅酸鹽及鋁酸鹽水泥復(fù)合體系、普通硅酸鹽及硫鋁酸鹽水泥（SAC）復(fù)合體系等[5-7]，由于復(fù)合體系自身的早強(qiáng)性、高工作性，相關(guān)應(yīng)用越來越得到重視。本文結(jié)合已有研究[8-11]，通過試驗(yàn)方法，對(duì)普通硅酸鹽及硫鋁酸鹽水泥復(fù)合灌漿料主要力學(xué)性能進(jìn)行分析，為相關(guān)企業(yè)的材料選用提供一定的參考。

1 試驗(yàn)

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用普通硅酸鹽水泥為陜西某水泥廠生產(chǎn)的P.O 42.5級(jí)，硫鋁酸鹽水泥為市售52.5級(jí)低堿度硫鋁酸鹽水泥，減水劑為聚羧酸高效減水劑，減水率大于等于25%，連續(xù)級(jí)配石英砂，細(xì)度模數(shù)2.3，水為普通自來水，水膠比0.3，膠砂比1:1，OPC及SAC性能指標(biāo)見表1、表2。

1.2 試驗(yàn)方法

流動(dòng)度試驗(yàn)：流動(dòng)度試驗(yàn)方法按鋼筋連接用套筒灌漿料（JG/T 408—2019）進(jìn)行，所用模具為截錐圓模，基本規(guī)格為下口內(nèi)徑100mm±0.5mm，上口內(nèi)徑70mm±0.5mm，高60mm±0.5mm，玻璃板尺寸為50mm×50mm，采用鋼直尺測(cè)量，精度為1mm，測(cè)其初始及30min流動(dòng)度。

表1 OPC性能指標(biāo)

表2 SAC性能指標(biāo)

抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)：灌漿料抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)按《水泥膠砂強(qiáng)度檢測(cè)方法（GB/T 17671—1999）》中有關(guān)規(guī)定執(zhí)行，抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)的試件尺寸為40mm×40mm×160mm棱柱體，將漿體灌入試模，在6min內(nèi)完成攪拌和成型，在室溫為20℃條件下養(yǎng)護(hù)3~4h后拆模，之后放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)，測(cè)量1d、3d、28d抗壓強(qiáng)度值。

2 試驗(yàn)過程與分析

2.1 OPC及SAC復(fù)合體系性能試驗(yàn)

取膠砂總質(zhì)量為1800g，膠砂比1:1，聚羧酸減水劑為膠凝材料的0.5%，OPC及SAC以20%的比例增加，改變其二者之間的復(fù)合比例，測(cè)其復(fù)合體系的1d、3d、28d強(qiáng)度，得到OPC及SAC的最優(yōu)配合比，配合比例見表3，抗壓強(qiáng)度結(jié)果見圖1。

圖1 反應(yīng)了隨著SAC摻量的增加灌漿料抗壓強(qiáng)度的變化，可以看出，隨著SAC摻量的增加，復(fù)合體系的強(qiáng)度持續(xù)提高，前期強(qiáng)度主要是由SAC提供。根據(jù)《鋼筋連接用套筒灌漿料（JG/T408—2013）》的要求，當(dāng)SAC的摻量大于等于60%時(shí)，復(fù)合體系的1d抗壓強(qiáng)度滿足標(biāo)準(zhǔn)要求（標(biāo)準(zhǔn)要求1d抗壓強(qiáng)度大于等于35MPa），但3d及28d強(qiáng)度均不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求（標(biāo)準(zhǔn)要求3d抗壓強(qiáng)度大于等于60MPa，28d抗壓強(qiáng)度大于等于85MPa），說明此復(fù)合體系配制灌漿料后期強(qiáng)度不滿足要求，需調(diào)整該膠凝體系配合比來調(diào)整其性能。但從最優(yōu)性來看，80%SAC+20%OPC為最優(yōu)配合比。

表3 OPC及SAC復(fù)合比例

圖1 OPC及SAC復(fù)合體系抗壓強(qiáng)度

2.2 粉煤灰對(duì)復(fù)合體系性能影響試驗(yàn)

為了提高OPC及SAC復(fù)合體系的力學(xué)強(qiáng)度，選擇80%SAC+20%OPC為最優(yōu)配合比進(jìn)行下一步試驗(yàn)，摻加粉煤灰等量取代原復(fù)合膠凝體系，取代率分別為5%、15%、25%，試驗(yàn)粉煤灰對(duì)復(fù)合體系的性能的影響，流動(dòng)度及力學(xué)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見表4及表5。

表4 粉煤灰摻量對(duì)灌漿料流動(dòng)度的影響

表5 粉煤灰摻量對(duì)灌漿料力學(xué)強(qiáng)度的影響

從表4可以看出，粉煤灰摻量為5%、15%、25%時(shí)，其初始及30min流動(dòng)度都滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，隨著粉煤灰摻量的增加其流動(dòng)性越來越好，說明粉煤灰提高了該膠凝體系的流動(dòng)性能，但30min流動(dòng)度有倒縮的現(xiàn)象。從表5可以看出，摻粉煤灰的灌漿料其1d強(qiáng)度均滿足大于等于35MPa的要求，說明SAC對(duì)早期強(qiáng)度貢獻(xiàn)很大，對(duì)于3d強(qiáng)度而言，25%的粉煤灰摻量不滿足要求，對(duì)于28d強(qiáng)度而言，5%及25%的摻量均不滿足標(biāo)準(zhǔn)要求，綜合表4及表5來看，粉煤灰對(duì)該體系的28d強(qiáng)度有一定貢獻(xiàn)，1d及3d強(qiáng)度提高不大。

3 結(jié)論

（1）SAC的加入明顯改善了OPC體系的流動(dòng)性及強(qiáng)度，無須振搗或加壓，灌漿料能夠自流動(dòng)平。

（2）OPC及SAC復(fù)合體系的抗壓強(qiáng)度明顯受到SAC摻量的影響，抗壓強(qiáng)度隨著SAC摻量的增加而提高。該OPC及SAC復(fù)合體系的最佳配合比為80%SAC+20%OPC。

（3）粉煤灰的加入改善了該復(fù)合體系的流動(dòng)度及力學(xué)強(qiáng)度，粉煤灰主要對(duì)其后期強(qiáng)度貢獻(xiàn)度大，其最佳摻量為15%。