消泡劑對(duì)灌漿料性能和孔結(jié)構(gòu)特征的影響

吳海軍，奉瑞萍

（湖南省交通建設(shè)質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)有限公司，湖南長(zhǎng)沙 410015）

0 引言

2022 年10 月28 日，湖南省人民政府發(fā)布《湖南省碳達(dá)峰實(shí)施方案》，指出要“培育壯大裝配式建筑產(chǎn)業(yè)”。由此可見(jiàn)，近幾年是裝配式建筑在我國(guó)發(fā)展的黃金階段。其中，鋼筋套筒灌漿連接技術(shù)是目前該領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。作為該技術(shù)的關(guān)鍵材料之一，鋼筋連接用套筒灌漿料（以下簡(jiǎn)稱“灌漿料”）會(huì)顯著影響鋼筋套筒灌漿連接技術(shù)的實(shí)施效果。

現(xiàn)有研究表明，在砂漿中摻入消泡劑，能夠降低含氣量[1-3]，提高濕密度[1,4]和保水性[5]，改善表面質(zhì)量[6-7]，增加流動(dòng)度[2,4,6-7]，提高強(qiáng)度[1,3-4,7-8]、折壓比[1,5,9]和拉伸黏結(jié)結(jié)強(qiáng)度[5]，降低吸水量[1,3,5]，延長(zhǎng)凝結(jié)時(shí)間[10]以及改善泛白[7]等。隨著消泡劑摻量的增加，這些性能會(huì)持續(xù)改變，但通常存在一個(gè)臨界值，當(dāng)砂漿中消泡劑摻量大于該值時(shí)，砂漿性能的變化趨于穩(wěn)定[2,5,7]。也有一些不同的研究結(jié)果，如消泡劑對(duì)初凝影響不大，但會(huì)延長(zhǎng)終凝時(shí)間[5]，隨著消泡劑摻量的增加，砂漿含氣量先降低后增加，抗壓、抗折強(qiáng)度均先上升后下降[9,11]。消泡劑種類對(duì)砂漿性能的影響差別也較大[1,4-5,7,11]，且同一消泡劑對(duì)不同砂漿性能的影響也有很大差別[2,8]。此外，摻入消泡劑后，灌漿料剪切應(yīng)力增大，塑性黏度增加，根據(jù)灌漿料硬化后氣泡參數(shù)的測(cè)試結(jié)果，摻入消泡劑的灌漿料內(nèi)部總氣泡數(shù)量以及＜100 μm 的氣泡數(shù)量均減少[12]。

根據(jù)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，灌漿料的早期和后期強(qiáng)度要求都很高，1、3、28 d 的抗壓強(qiáng)度要求分別大于35、60、85 MPa。消泡劑對(duì)砂漿力學(xué)性能的改善作用非常顯著，如砂漿中消泡劑摻量為0.1%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）時(shí)，7 d 抗壓強(qiáng)度提高100%以上[1]，拉伸黏結(jié)強(qiáng)度增加75%[5]。本文針對(duì)特種消泡劑，研究了不同摻量下灌漿料的流動(dòng)度及其經(jīng)時(shí)損失率、濕表觀密度等拌合物性能，以及抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和孔結(jié)構(gòu)等硬化結(jié)構(gòu)性能特征。

1 原材料與試驗(yàn)方法

1.1 原材料

消泡劑為德國(guó)明凌化工有限公司生產(chǎn)的粉末消泡劑，白色，型號(hào)為Agitan? RP803，組分為液態(tài)烴和聚乙二醇的混合物。

試驗(yàn)包括9 個(gè)配合比（見(jiàn)表1），主要變量為消泡劑摻量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），分別為0%、0.002 5%、0.005 0%、0.007 5%、0.010 0%、0.012 5%、0.015 0%、0.020 0%和0.025 0%，其他材料質(zhì)量不變。

表1 灌漿料配合比（Tab.1 Mix proportion of grouts）

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 流動(dòng)度及其經(jīng)時(shí)損失

灌漿料的流動(dòng)度測(cè)試依據(jù)JG/T 408—2013《鋼筋連接用套筒灌漿料》進(jìn)行，其中30 min 流動(dòng)度損失率由式（1）計(jì)算得到[13]。

如果F30結(jié)果為負(fù)數(shù)，則說(shuō)明灌漿料的30 min 流動(dòng)度增加。

1.2.2 濕表觀密度

1.2.3 孔結(jié)構(gòu)特征

采用全自動(dòng)壓汞測(cè)孔儀測(cè)試硬化灌漿料的孔結(jié)構(gòu)特征。取28 d 齡期的灌漿料硬化試樣，用小錘敲開(kāi)，在試塊中部取2.5～5.0 mm 小塊，將塊狀樣品在異丙醇溶液中浸泡72 h，待其終止水化后進(jìn)行壓汞和孔結(jié)構(gòu)測(cè)試。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 消泡劑對(duì)灌漿料流動(dòng)度的影響

灌漿料初始流動(dòng)度和流動(dòng)度經(jīng)時(shí)損失率隨消泡劑摻量的變化如圖1 所示。由圖1（a）可知：當(dāng)消泡劑摻量由0%增加到0.020 0%時(shí)，灌漿料的初始流動(dòng)度逐漸增加，由300 mm 增加到330 mm，增加幅度為10%，即該摻量范圍內(nèi)，消泡劑對(duì)砂漿有一定的助流效果；當(dāng)消泡劑摻量由0.020 0%增加到0.025 0%時(shí)，初始流動(dòng)度降低至303 mm，降幅為8%。由圖1（b）可知，當(dāng)消泡劑摻量為0.020 0%時(shí)，灌漿料30 min流動(dòng)度損失率為11.2%，對(duì)于其他消泡劑摻量的灌漿料，30 min 流動(dòng)度損失率變化不大，在-0.7%～4.3%。

圖1 灌漿料流動(dòng)度和30 min 流動(dòng)度損失率隨消泡劑摻量的變化（Fig.1 Change rule of fluidity and fluidity loss rate in 30 min of grouts with defoamer dosage changing）

續(xù)圖1 灌漿料流動(dòng)度和30 min 流動(dòng)度損失率隨消泡劑摻量的變化（Fig.1 Change rule of fluidity and fluidity loss rate in 30 min of grouts with defoamer dosage changing）

通常消泡劑可以抑制甚至消除部分新拌漿體內(nèi)的大氣泡，改善氣泡滾珠軸承作用效果[2]。因此，消泡劑摻量由0%增加到0.020 0%時(shí)，灌漿料流動(dòng)度增加；摻入一定量的消泡劑后，消泡作用顯著，此時(shí)砂漿中起到滾珠作用的氣泡數(shù)量明顯下降，造成砂漿流動(dòng)性降低[7]，因此當(dāng)消泡劑摻量由0.020 0%增加到0.025 0%時(shí)，灌漿料流動(dòng)度降低。由于新拌漿體中的氣泡會(huì)經(jīng)歷合并和擴(kuò)散等過(guò)程[14-15]，硬化漿體的最終孔結(jié)構(gòu)不能完全反映新拌漿體的氣泡情況。

2.2 消泡劑對(duì)灌漿料濕表觀密度的影響

灌漿料的濕表觀密度如圖2 所示。由圖2 可見(jiàn)，與不摻消泡劑的灌漿料相比，摻消泡劑的灌漿料的濕表觀密度均增大，增大幅度在1.43% ～5.11% ，其中消泡劑的摻量為0.010 0% 時(shí)，灌漿料的濕表觀密度最高。摻入一定量的消泡劑后，消泡劑對(duì)大氣泡的抑制與消除作用使灌漿料的濕表觀密度不斷增大。

圖2 消泡劑摻量對(duì)灌漿料濕表觀密度的影響（Fig.2 Influence of dosage of defoamer on wet apparent density of grouts）

2.3 消泡劑對(duì)灌漿料強(qiáng)度的影響

消泡劑摻量對(duì)灌漿料強(qiáng)度的影響如圖3 所示。由圖3 可知，除3 d 抗折強(qiáng)度外，所有摻消泡劑的灌漿料抗折和抗壓強(qiáng)度均高于未摻消泡劑的灌漿料。當(dāng)消泡劑摻量增至0.025 0%時(shí)，灌漿料在不同齡期的抗折強(qiáng)度與抗壓強(qiáng)度均表現(xiàn)出先增加而后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)。消泡劑的最佳摻量為0.005 0%～0.007 5%，與未摻消泡劑的灌漿料相比，摻入0.005 0%的消泡劑可使灌漿料1、3、28 d 齡期的抗壓強(qiáng)度分別增加35.0%、31.5%和33.2%。由此可見(jiàn)，消泡劑對(duì)提高灌漿料的強(qiáng)度具有非常顯著的作用。

圖3 消泡劑摻量對(duì)灌漿料強(qiáng)度的影響（Fig.3 Influence of dosage of defoamer on strength of grouts）

2.4 消泡劑對(duì)灌漿料孔結(jié)構(gòu)的影響

根據(jù)壓汞測(cè)試結(jié)果，不摻消泡劑和消泡劑摻量為0.002 5%、0.005 0%、0.007 5%和0.010 0%的灌漿料試樣在6 nm～300 μm 范圍內(nèi)的孔徑分布如圖4 所示。由圖4 可知：（1）在6～30 nm 的孔徑范圍內(nèi)，摻消泡劑的灌漿料，孔體積總體上大于不摻消泡劑的灌漿料，其中消泡劑摻量為0.002 5%時(shí)孔體積最高，且在10 nm處出現(xiàn)了很高的尖峰，消泡劑摻量為0.010 0%時(shí)孔體積最低，與不摻消泡劑的灌漿料比較接近。（2）在30 nm～60μm 的寬孔徑范圍內(nèi)，不摻消泡劑灌漿料的孔體積幾乎一直是所有灌漿料中最高的，且存在5 個(gè)峰值（45 nn 和70 nm 處2 個(gè)較大的峰值，以及12μm、20 μm和51μm 處3 個(gè)較小的峰值）。其他4 種摻消泡劑的灌漿料的孔體積都較小，相應(yīng)的孔體積峰值降低或消失。消泡劑摻量為0.010 0%時(shí)，其孔體積僅次于不摻消泡劑的灌漿料，消泡劑摻量為0.002 5%和0.007 5%時(shí)，孔體積都比較低。（3）在60～300 μm 的孔徑范圍內(nèi)，5 種灌漿料都在170 μm 附近出現(xiàn)孔體積峰值，消泡劑摻量為0.0025%時(shí)，孔體積最高，接下來(lái)依次是消泡劑摻量為0.007 5%、0、0.005 0%和0.010 0%的灌漿料。

圖4 消泡劑摻量對(duì)灌漿料孔徑分布的影響（Fig.4 Influence of dosage of defoamer on pore size distribution of grouts）

消泡劑摻量對(duì)灌漿料孔隙率的影響如圖5 所示。由圖5 可知：隨著消泡劑摻量由0%增加到0.010 0%，灌漿料的孔隙率先不斷下降，而后略有增加；當(dāng)消泡劑摻量由0%增加到0.002 5%時(shí)，灌漿料的孔隙率下降36.6%，說(shuō)明很低摻量的消泡劑能夠顯著減小灌漿料的孔隙率；當(dāng)消泡劑的摻量繼續(xù)增加時(shí)，灌漿料的孔隙率緩慢減小，當(dāng)消泡劑摻量為0.007 5%時(shí)，孔隙率最?。划?dāng)消泡劑摻量由0.007 5%增加到0.010 0%時(shí)，灌漿料的孔隙率反而增大16.3%。

圖5 消泡劑摻量對(duì)灌漿料孔隙率的影響（Fig.5 Influence of dosage of defoamer on porosity of grouts）

灌漿料的孔結(jié)構(gòu)測(cè)試結(jié)果能夠很好地解釋灌漿料的強(qiáng)度變化規(guī)律。當(dāng)消泡劑摻量為0.007 5%時(shí)，灌漿料的孔隙率最小，對(duì)應(yīng)的灌漿料28 d 抗壓強(qiáng)度最高。

3 結(jié)語(yǔ)

研究了消泡劑對(duì)灌漿料流動(dòng)度、流動(dòng)度經(jīng)時(shí)損失率、濕表觀密度等拌合物性能，以及抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和孔結(jié)構(gòu)在內(nèi)的硬化結(jié)構(gòu)性能特征的影響。主要結(jié)論如下：

（1） 當(dāng)消泡劑摻量由0%增加到0.025 0%時(shí)，灌漿料的流動(dòng)度先增加，超過(guò)一定限度后又逐漸降低。但消泡劑摻量對(duì)灌漿料30 min 流動(dòng)度損失率的影響不大。

（2） 與不摻消泡劑相比，灌漿料中摻消泡劑后，濕表觀密度增大，增大幅度為1.43%～5.11%。

（3） 當(dāng)消泡劑摻量由0%增加到0.025 0%時(shí)，所有齡期的硬化灌漿料抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度均基本呈現(xiàn)先增加后趨于穩(wěn)定的趨勢(shì)。消泡劑能夠顯著提高灌漿料的抗壓強(qiáng)度，在灌漿料中的最佳摻量為0.005 0%～0.007 5%。

（4） 與不摻消泡劑相比，灌漿料中摻入消泡劑后，在6～30 nm 的孔徑范圍，孔體積增加；在30 nm～60μm 的孔徑范圍，孔體積降低；在60～300μm的孔徑范圍，消泡劑摻量為0.002 5%和0.007 5%時(shí)，孔體積增加，消泡劑摻量為0.005 0%和0.010 0%時(shí)，孔體積降低。

（5） 消泡劑摻量由0%增加到0.010 0%時(shí)，灌漿料的孔隙率先不斷下降，而后略有增加。