一種用于石板樓蓋加固的自流平砂漿

鄭奕鵬，王 蘭

(黎明職業(yè)大學(xué) 土木建筑工程學(xué)院，福建 泉州 362000)

水泥基自流平砂漿是由水泥基膠凝材料、細(xì)骨料、填料及外加劑等組成，與水(或乳液)攪拌后具有流動(dòng)性能或稍加輔助性攤鋪就能流動(dòng)找平的地面用材料[1]。自流平砂漿抗壓強(qiáng)度等級(jí)分C16、C20、C25、C30、C35、C40，抗壓強(qiáng)度低于灌漿料。因其高流動(dòng)性、自平整性、施工便捷、勞動(dòng)力要求低，且凝結(jié)時(shí)間短、早期強(qiáng)度高等優(yōu)異性能[2]，自流平砂漿在國(guó)內(nèi)外得到了大量推廣和應(yīng)用。

據(jù)統(tǒng)計(jì)，泉州市存在多達(dá)1.61億m2的石結(jié)構(gòu)房屋，涉及總?cè)丝谌俣嗳f人。因石結(jié)構(gòu)樓板多采用純石板樓蓋，花崗巖易脆斷，歷年屢有石結(jié)構(gòu)坍塌事故見諸報(bào)端[10-11]，引起各方的關(guān)注與重視。鑒于自流平砂漿的以上特性，結(jié)合閩東南地區(qū)石結(jié)構(gòu)建筑的研究成果[3-7]，本文基于石板樓蓋加固結(jié)構(gòu)技術(shù)[8-9]提出新的加固技術(shù)。以自主研制的自流平砂漿替代原技術(shù)中的改性砂漿，改變?cè)械氖┕し绞?，以提高施工效率，?jié)約施工成本。

1 自流平砂漿試驗(yàn)研究

1.1 原材料

(1)水泥：P.O 42.5普通硅酸鹽水泥，高鋁酸鹽水泥CA-60。

(2)細(xì)骨料：符合GB/T 14684—2011規(guī)定的天然砂，粒徑0.16～0.60 mm級(jí)配的細(xì)砂，含水率約1.5%，人工烘干，含泥量低于0.15% 。

(3)減水劑：FDN(萘系減水劑)緩凝型高效減水劑，聚羧酸型高效減水劑，固含量30%。

(4)膨脹劑：UEA-Ⅱ膨脹劑(U型膨脹劑)。

(5)增粘劑：采用羥丙基甲基纖維素醚(HPMC)，可分散再生乳膠粉。

(6)消泡劑：通用型有機(jī)硅消泡劑。

(7)摻合料：Ⅰ級(jí)粉煤灰。

1.2 試驗(yàn)方法

參照《地面用水泥基自流平砂漿》JC/T 985—2017確定攪拌方式、流動(dòng)值及力學(xué)性能試驗(yàn)，每組試驗(yàn)成型6個(gè)40 mm×40 mm×160 mm三連模，用來做抗折和抗壓試驗(yàn)。在環(huán)境溫度(23±2)℃，相對(duì)濕度(50±5)%，試驗(yàn)區(qū)的循環(huán)風(fēng)速低于0.2 m/s的標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下進(jìn)行試件養(yǎng)護(hù)。參照《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢驗(yàn)方法》GB/T 1346—2011測(cè)定凝結(jié)時(shí)間。

1.3 自流平砂漿基礎(chǔ)配方

經(jīng)查閱相關(guān)文獻(xiàn)及試配確定試驗(yàn)基礎(chǔ)配方，如表1所示。

表1 基礎(chǔ)配方

以基礎(chǔ)配方為基準(zhǔn)，進(jìn)行正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，研究膠凝材料、減水劑、消泡劑等材料的用量對(duì)自流平砂漿基本性能的影響。

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 高鋁酸鹽水泥摻量對(duì)自流平砂漿抗壓強(qiáng)度影響

圖1為水泥中不同占比的高鋁酸鹽水泥對(duì)自流平砂漿抗壓強(qiáng)度的影響。

圖1 高鋁酸鹽水泥摻量對(duì)抗壓強(qiáng)

(1)由圖1可知未摻入高鋁酸鹽水泥時(shí)，自流平砂漿抗壓強(qiáng)度最低，1 d抗壓強(qiáng)度僅4.17 MPa，7 d抗壓強(qiáng)度為26.8 MPa，28 d抗壓強(qiáng)度僅為36.8 MPa，砂漿24 h抗壓強(qiáng)度不低于6 MPa,不能滿足規(guī)范的要求。

(2)隨著高鋁酸鹽水泥摻量增加，自流平砂漿的1、7和28 d抗壓強(qiáng)度均有所提升，高鋁酸鹽水泥的摻量在20%時(shí)，自流平砂漿的1、7和28 d抗壓強(qiáng)度分別達(dá)9.2、31、40.6 MPa，高于石板樓蓋加固砂漿抗壓強(qiáng)度的要求。但隨著高鋁酸鹽水泥摻量的增加，自流平砂漿的制作成本將有所提高，不符合鄉(xiāng)鎮(zhèn)建筑加固應(yīng)經(jīng)濟(jì)適用的基本要求。

綜上所述，最終確定普通硅酸鹽水泥與高鋁酸鹽水泥的摻和質(zhì)量比為9 ∶1。

2.2 減水劑種類及摻量對(duì)自流平砂漿流動(dòng)性能影響

作為自流平砂漿中最重要的外加劑，減水劑對(duì)自流平砂漿的流動(dòng)性能及強(qiáng)度有著顯著的影響[12]。(1)通過對(duì)比相同用量的FDN減水劑和聚羧酸高效減水劑對(duì)自流平砂漿流動(dòng)度影響，摻入FDN減水劑的自流平砂漿初始流動(dòng)度為65 mm，摻入聚羧酸高效減水劑的自流平砂漿初始流動(dòng)度為163 mm。摻入聚羧酸高效減水劑的自流平砂漿的流動(dòng)度明顯高于摻入相同比例FDN減水劑的自流平砂漿。(2)隨著減水劑的摻入量增加，自流平砂漿的流動(dòng)度隨之提高。當(dāng)聚羧酸高效減水劑的摻量為0.85%時(shí)，自流平砂漿初始流動(dòng)度為163 mm，20 min流動(dòng)度為145 mm。滿足石板樓蓋加固對(duì)于自流平砂漿流動(dòng)性的要求。

2.3 消泡劑對(duì)自流平砂漿表觀狀態(tài)的影響

自流平砂漿對(duì)表面平整度要求較高，使用消泡劑可有效改善自流平砂漿的表面平整度。借鑒韓芳芳等[13]的研究結(jié)果，分別摻入0.2%、0.3%、0.4%、0.5%的消泡劑，觀察不同摻量的消泡劑對(duì)自流平砂漿的平整度的影響。結(jié)果如表2所示。

表2 消泡劑摻量對(duì)自流平砂漿平整度影響

當(dāng)未加入消泡劑時(shí)，砂漿攪拌過程中產(chǎn)生大量氣泡，成型后表面粗糙，內(nèi)部及表面可以觀察到大量孔洞。當(dāng)摻入消泡劑后，攪拌時(shí)氣泡數(shù)量顯著減少，成型后表面相對(duì)光滑，并隨著消泡劑摻量增加氣泡數(shù)量遞減。當(dāng)消泡劑摻入為0.3%時(shí)，攪拌時(shí)氣泡少，成型后表面光滑平整，氣泡少。能滿足用于石板樓蓋加固的要求。

通過試驗(yàn)同時(shí)優(yōu)化了可再分散乳膠粉、HPMC(羥丙基甲基纖維素)、UEA等外加劑的摻入量，確定最終配合比如表3所示。

表3 自流平砂漿配合比

3 自流平砂漿加固應(yīng)用實(shí)例

3.1 試件設(shè)計(jì)及制作

為了驗(yàn)證自流平砂漿的性能是否符合石板樓蓋要求，在進(jìn)行石板樓蓋加固抗彎試驗(yàn)中，將自流平砂漿用于3片石板樓蓋的加固。試件設(shè)計(jì)參數(shù)如表4所示。試件尺寸及構(gòu)造如圖2所示，試件完成實(shí)物圖如圖3所示。

表4 試件參數(shù)表

圖2 試件尺寸(單位：mm) 圖3 試件實(shí)物圖

3.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

通過觀察石板樓蓋加固過程中自流平砂漿的流動(dòng)狀態(tài)，分析自流平砂漿的流動(dòng)性能及總結(jié)加固過程中可能會(huì)遇到的問題。通過觀察加固后試件的外觀、試件加載前后表面砂漿與石板之間的粘結(jié)情況，了解自流平砂漿與石材之間的粘結(jié)情況。

3.2.1 不同加固砂漿對(duì)石板樓蓋承載力影響分析

經(jīng)加固石板樓蓋承載力及變形分析如表5所示。

表5 主要試驗(yàn)結(jié)果

由表5可知，試件LB-4和LB-2的加固位置相同，加固材料和施工方式不同，試件LB-4的砂漿強(qiáng)度低于試件LB-2。由分析結(jié)果表明：砂漿強(qiáng)度對(duì)加固試件開裂彎矩和極限彎矩影響不大。由表5也可發(fā)現(xiàn)，試件LB-4和試件LB-2的開裂彎矩和極限彎矩均有較大程度的提高。兩者之間對(duì)開裂彎矩和極限彎矩的提高幅值分別相差0.09和3.72 kN·m，提高幅值相差不大。不考慮砂漿強(qiáng)度對(duì)承載力的影響，采用兩種加固方式對(duì)石板樓蓋受彎承載力的影響程度相當(dāng)。

3.2.2 流動(dòng)性能分析

試驗(yàn)加固過程中，為模擬實(shí)際施工工況，以板縫開孔的方式進(jìn)行自流平砂漿澆筑，板縫設(shè)置兩個(gè)澆筑孔和兩個(gè)排氣孔，開孔尺寸為40 mm×200 mm，自制簡(jiǎn)易澆筑漏斗進(jìn)行澆筑，加固前試件如圖4所示。自流平砂漿澆筑過程中不進(jìn)行任何振搗，依靠自流平砂漿的流動(dòng)性進(jìn)行自主找平，澆筑完成經(jīng)養(yǎng)護(hù)后的試件如圖5所示。

圖4 加固前試件 圖5 澆筑完成圖

由圖4、圖5可知，試件表面光滑平整，砂漿密實(shí)，無蜂窩麻面現(xiàn)象，且試件表面無氣泡及裂紋。

3.2.3 粘結(jié)性能分析

試件加載結(jié)束后，自流平砂漿的局部破壞形態(tài)如圖6所示。

圖6(a)為試件板頂局部破壞形態(tài)。板頂石材因頂部壓應(yīng)力過大而起皮、壓碎，但板縫自流平砂漿與石板之間仍粘結(jié)良好。圖6(b)為試件板底及板側(cè)自流平砂漿破壞形態(tài)。試件板側(cè)及板底自流平砂漿因受拉應(yīng)力大于自流平砂漿的抗拉強(qiáng)度，因此開裂破壞。試件破壞后，自流平砂漿未與石板脫開，板側(cè)及板底自流平砂漿與石材之間粘結(jié)良好，二者之間的協(xié)調(diào)工作性能良好。

(a)板頂破壞形態(tài) (b)板底破壞形態(tài)

由此可知，自流平砂漿的粘結(jié)性能可滿足用于石板樓蓋加固的粘結(jié)強(qiáng)度要求，經(jīng)自流平砂漿加固的石板樓蓋整體性能良好。

4 結(jié) 論

(1)完善并確定了自流平砂漿的最終配合比。

(2)自流平砂漿各項(xiàng)指標(biāo)均能滿足規(guī)范《地面用水泥基自流平砂漿(JC/T 985—2017)》要求。

(3)自流平砂漿可用于石板樓蓋加固，其流動(dòng)性能及粘結(jié)性能能滿足石板樓蓋加固要求。