水泥基柔性灌漿料的性能試驗(yàn)研究

吳志強(qiáng) 梁文磊 楊紅玉 閆 森

（南通職業(yè)大學(xué)，江蘇 南通 226007）

0 引言

水泥基灌漿料在螺栓錨固、基礎(chǔ)的二次灌漿、后錨固、植筋等施工工藝中得到廣泛的應(yīng)用，這都與其流動(dòng)性好、強(qiáng)度高和微膨脹性等密不可分，初始流動(dòng)度超過(guò)300 mm，30 min流動(dòng)度超過(guò)260 mm，28 d抗壓強(qiáng)度高達(dá)85 MPa以上，但水泥基灌漿料也有抗拉強(qiáng)度低、脆性大、抗裂能力差、韌性不足的天然特征，如何提高其抗拉強(qiáng)度，增強(qiáng)其抗裂能力和韌性已成為裝配式建筑用灌漿料研究的熱點(diǎn)，而在水泥基灌漿料中摻入纖維以提高水泥基灌漿料延伸率和裂縫控制能力是一種行之有效的方法。研究表明，一定長(zhǎng)徑比，較高摻量和均勻分散狀態(tài)，是增強(qiáng)纖維效果必不可少的條件，然而當(dāng)纖維摻量過(guò)高時(shí)，纖維在水泥基灌漿內(nèi)部的分散性變差，最終導(dǎo)致纖維的增強(qiáng)效果不明顯甚至劣化。因此，該文在水泥基灌漿料中引入不同摻量的高抗拉強(qiáng)度、高彈性模量、高耐磨性、耐候性好的聚乙烯醇纖維對(duì)其進(jìn)行改性，以研究改性后水泥基灌漿料的流動(dòng)度、抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度和錨固強(qiáng)度等性能，為水泥基柔性灌漿料的研發(fā)與應(yīng)用提供參考。

1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 材料選擇

選用南通海螺水泥有限公司生產(chǎn)的海螺牌52.5普通硅酸鹽水泥，其標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、體積安定性、凝結(jié)時(shí)間、抗拆強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度等主要性能指標(biāo)（如表1所示）。

表1 選用水泥的主要性能指標(biāo)

選用山東森泓纖維有限公司的SH-PVA-6型聚乙烯醇纖維，其長(zhǎng)度、直徑、抗拉強(qiáng)度、彈性模量、斷裂伸長(zhǎng)率等主要性能指標(biāo)如表2所示。

表2 選用聚乙烯醇纖維的主要性能指標(biāo)

選用安徽新創(chuàng)石英砂有限公司的石英砂，由6-8目、10-20目、20-40目等三種不同粒徑的石英砂按照1∶1∶1的比例混合而成。

復(fù)合外加劑由市場(chǎng)購(gòu)置的江蘇蘇博特新材料股份有限公司的聚羧酸減水劑、南通銀象新型材料有限公司的SH型水泥增強(qiáng)劑、南京新佳盛新型建材有限公司的TD-P1膨脹劑、蘇州卓翔化工有限公司酒石酸緩凝劑、濟(jì)南興馳化工有限公司的有機(jī)硅消泡劑等按照一定比例配制而成。

1.2 配比設(shè)計(jì)

通過(guò)前期正交試配試驗(yàn)，選定柔性灌漿料性能試驗(yàn)的優(yōu)化配合質(zhì)量如下：水泥1000 g，石英砂1200 g，復(fù)合外加劑180 g，水300 g。研究聚丙烯醇纖維摻量對(duì)柔性灌漿料流動(dòng)性、力學(xué)性能及錨固性能的影響。

1.3 試驗(yàn)方案

試樣使用砂漿攪拌機(jī)強(qiáng)制攪拌，采用纖維中摻法，將稱量好的部分原料和水先倒入砂漿攪拌機(jī)中，低速拌制 2min，再加入纖維，低速拌制1 min，最后再將剩下部分的原材料和水加入，高速拌制1 min。

流動(dòng)度測(cè)定參照J(rèn)G/T408-2019《鋼筋連接用套筒灌漿料》中的流動(dòng)度試驗(yàn)方法，稱取1800 g灌漿料樣品，按試樣制備的方法進(jìn)行攪拌，分步進(jìn)行其初始流動(dòng)度測(cè)定和30 min流動(dòng)度測(cè)定，試樣攪拌好后將截錐圓模旋轉(zhuǎn)在玻璃板中間位置，再將灌漿料漿體倒入截錐圓模內(nèi)，直到漿體與截錐圓模上口平；緩慢提起截錐圓模，讓漿體在無(wú)擾動(dòng)條件下自由流動(dòng)直至停止，待漿體不再流動(dòng)時(shí)，測(cè)量漿體最大擴(kuò)散直徑及與其垂直方向的直徑，取平均值為其初始流動(dòng)度測(cè)定，整個(gè)過(guò)程在6 min內(nèi)完成，測(cè)定初始流動(dòng)度后，將測(cè)定后的灌漿料裝入攪拌鍋內(nèi)，并做好防護(hù)措施防止?jié){體內(nèi)的水分蒸發(fā)，30 min后，按照初始流動(dòng)度測(cè)定的方法進(jìn)行30min流動(dòng)度測(cè)定。流動(dòng)度測(cè)定試樣必須采取措施防止?jié){體中水分蒸發(fā)。JG/T408-2013《鋼筋連接用套筒灌漿料》中規(guī)定了水泥基漿料流動(dòng)度性能指標(biāo)，即：初始指標(biāo)≥300 mm、30 min指標(biāo)≥260 mm。

力學(xué)性能試驗(yàn)參照GB/T17671-1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢測(cè)方法（ISO 法）》，先將漿體灌入標(biāo)準(zhǔn)試模，制作40mm×40mm×160mm的標(biāo)準(zhǔn)試件，每組6個(gè)試件，靜置2h后移入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)到對(duì)應(yīng)試驗(yàn)齡期后從養(yǎng)護(hù)箱中取出進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)試。JG/T408-2013《鋼筋連接用套筒灌漿料》中規(guī)定了水泥基漿料抗壓強(qiáng)度性能指標(biāo)，即1 d≥35 MPa、3 d ≥ 60 MPa、28 d ≥ 85 MPa。

錨固性能試驗(yàn)參照J(rèn)GJ145-2013《混凝土結(jié)構(gòu)后錨固技術(shù)規(guī)程》，采用強(qiáng)度等級(jí)為C35 的混凝土澆筑3 個(gè)素混凝土試件，尺寸為1 200 mm ×400 mm × 400 mm，在自然條件下養(yǎng)護(hù)28 d，達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)度后，按照后錨固技術(shù)拉拔試驗(yàn)方法進(jìn)行鉆孔、灌漿、植筋，養(yǎng)護(hù)等，達(dá)到齡期后，進(jìn)行鋼筋的拉拔試驗(yàn)，試驗(yàn)加載系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 拉拔試驗(yàn)加載系統(tǒng)圖

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 聚乙烯醇纖維對(duì)水泥基灌漿料流動(dòng)性的影響

聚乙烯醇纖維摻量對(duì)灌漿料初始流動(dòng)度和30 min流動(dòng)度的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表3。由此可以得出，與摻量為0的灌漿料拌合物相比，纖維摻量在0.15%、0.3%、0.45%和0.6%時(shí)，初始流動(dòng)度分別降低3.3%、5.4%、9.8%和15.2%，30min后的流動(dòng)度分別降低4.8%、9.2%、14.9%和21.1%，即摻量纖維后灌漿量的流動(dòng)度整體呈下降趨勢(shì)，如圖2所示。這充分表明聚乙烯醇纖維的摻入會(huì)阻礙灌漿料的流動(dòng)并且纖維摻量越大，阻礙作用也越大。這是由于聚乙烯醇纖維表面的羥基親水官能團(tuán)可以聚集相當(dāng)量的水分，導(dǎo)致灌漿料顆粒間起潤(rùn)滑作用的水分減少；同時(shí)，纖維在灌漿料中雜亂無(wú)章地分布以及纖維表面與水泥顆粒之間的摩擦阻力作用，使灌漿料拌合物流動(dòng)阻力增大。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的水化，灌漿料不斷地凝結(jié)硬化，聚乙烯醇纖維表面會(huì)黏附一定量絮凝狀的水泥水化產(chǎn)物，進(jìn)一步增加了灌漿料拌合物流動(dòng)的阻力?？傊?，灌漿料中摻入聚乙烯醇纖維，會(huì)使灌漿料的初始流動(dòng)度和30 min后流動(dòng)度均會(huì)降低。

圖2 不同纖維摻量灌漿料的流動(dòng)度變化趨勢(shì)圖

表3 不同摻量下水泥基灌漿料的流動(dòng)度

2.2 聚乙烯醇纖維對(duì)水泥基灌漿料強(qiáng)度的影響

聚乙烯醇纖維摻量對(duì)灌漿料抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度的測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表4。由此可以得出，聚乙烯醇纖維摻量對(duì)灌漿料抗壓強(qiáng)度有影響，但是影響不大，整體趨勢(shì)是隨著摻量的增加其1 d的抗壓強(qiáng)度略有降低，3 d和28 d抗壓強(qiáng)度略有起伏，如圖3所示，但均能滿足灌漿料的抗壓強(qiáng)度指標(biāo)要求。隨著摻量的增加抗折強(qiáng)度會(huì)逐漸提升，如圖4所示。這是因?yàn)椋垡蚁┐祭w維在灌漿料中呈現(xiàn)交叉雜亂的分布狀態(tài)，纖維之間會(huì)相互拉結(jié)，而聚乙烯醇纖維和灌漿料的彈性模量相當(dāng)，增大了其柔性和韌性，提高了灌漿的抗裂性。

表4 不同摻量下水泥基灌漿料的抗折/抗壓強(qiáng)度

圖3 不同纖維摻量下灌漿料抗壓強(qiáng)度變化趨勢(shì)

圖4 不同纖維摻量下灌漿料的抗折強(qiáng)度變化趨勢(shì)

2.3 聚乙烯醇纖維對(duì)水泥基灌漿料錨固強(qiáng)度的影響

該試驗(yàn)采用直徑=32mm螺紋鋼筋，鉆孔直徑為60mm，鉆孔深度10=320mm，分別配制了摻量為0.15%、未摻聚乙烯醇纖維的灌漿料進(jìn)行試驗(yàn)，待灌漿料抗壓強(qiáng)度達(dá)到80 MPa以上時(shí)進(jìn)行拉拔試驗(yàn)，其中摻聚乙烯醇纖維的灌漿料拉拔強(qiáng)度達(dá)到600 MPa，而未摻的灌漿料的拉拔強(qiáng)度達(dá)到524 MPa，提高幅度達(dá)到14.5%，可以看出摻入聚乙烯醇纖維大大提高了灌漿料的錨固性能，這主要是聚乙烯醇纖維的摻入，形成了錯(cuò)亂無(wú)章的支撐網(wǎng)格體系，抑制了裂縫的產(chǎn)生，大大提高了錨固接頭拉伸黏結(jié)性。

3 結(jié)論

通過(guò)利用聚乙烯醇纖維對(duì)水泥基灌漿料進(jìn)行改性試驗(yàn)和分析，合理地選擇纖維最佳摻量，纖維摻量對(duì)灌漿料的流動(dòng)度、抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、錨固強(qiáng)度和柔性具有良好的影響。1）綜合考慮灌漿料工作性能和力學(xué)性能的要求，建議6 mm 長(zhǎng)度聚乙烯醇纖維的最佳摻量不宜超過(guò) 0.15%。2）聚乙烯醇纖維的摻入降低了水泥基灌漿料的流動(dòng)度且隨著聚乙烯醇纖維摻量的增加，其流動(dòng)度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。因此，為了保證灌漿的工作性能，聚乙烯醇纖維摻量應(yīng)適量。3）聚乙烯醇纖維的摻入改善了水泥基灌漿料的力學(xué)性能，提升了其抗壓強(qiáng)度，提高了其抗折強(qiáng)度，降低了其壓折比，增強(qiáng)了灌漿料的柔韌性、抗裂性和錨固性。