□□ 蔡雪玲

(江蘇奧萊特新材料股份有限公司,江蘇 南京 211505)

引言

近年來,我國提出“碳達峰、碳中和”的雙碳目標,各行各業(yè)都面臨產(chǎn)業(yè)方向調(diào)整[1]。裝配式混凝土結(jié)構(gòu)是建筑產(chǎn)業(yè)化發(fā)展方向之一,裝配式建筑具有高效率、環(huán)保和低碳等優(yōu)點,符合當前社會發(fā)展要求[2-3]。裝配式混凝土節(jié)點連接普遍采用鋼筋套筒連接技術(shù),在裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中,性能優(yōu)異的套筒灌漿料是實現(xiàn)縱向連接的關(guān)鍵,其性能優(yōu)劣對結(jié)構(gòu)體系的整體性和抗震性能有著至關(guān)重要的作用[4]。套筒灌漿料配制多采用水泥搭配添加劑。張亞梅等[5-6]公開了鋼筋套筒連接用的超強灌漿材料,所用水泥為硅酸鹽水泥,但未添加任何早強和促凝成分,很難達到早強要求。李宗陽[7]配制出高工作性、高強度的硫鋁酸鹽水泥基套筒灌漿料。鄧小旭等[8]采用硫鋁酸鹽水泥與硅酸鹽水泥復(fù)配制備套筒灌漿料,但使用了多種外加劑,包括膨脹組分、減水劑、穩(wěn)定劑、增稠劑及膨脹劑等,且其中膨脹組分和穩(wěn)定劑是各種添加劑復(fù)配而成的。陳競等[9]也采用硫鋁酸鹽水泥與硅酸鹽水泥復(fù)配,通過使用多種外加劑,制備出套筒灌漿料。戢文占等[10]研究配制出了28 d抗壓強度>120 MPa,且其他各項技術(shù)性能優(yōu)異的高強鋼筋連接用套筒灌漿料產(chǎn)品。因此,擬以外加劑摻量為變量,研究了減水劑、緩凝劑、早強劑對常溫型套筒灌漿料工作性能及早期強度的影響規(guī)律,得到其合理摻量。

1 試驗

1.1 試驗原材料

試驗所用水泥為江南小野田生產(chǎn)的P·II 52.5水泥,密度為3.13 g·cm-3,所用硫鋁酸鹽水泥為唐山北極熊生產(chǎn)的快硬硫鋁酸鹽水泥R·SAC 42.5水泥,水泥物理性能見表1。

試驗所用礦粉為S95級礦粉,密度為2.82 g·cm-3、比表面積為472 m2·kg-1,需水量比為101%,28 d活性指數(shù)為98%。

試驗所用粉煤灰為I級粉煤灰,密度為2.24 g·cm-3、比表面積為440 m2·kg-1,需水量比為94%。

試驗所用硅灰為SF硅灰,密度為2.15 g·cm-3、比表面積為19 640 m2·kg-1,需水量比為117%,7 d活性指數(shù)為112%。

試驗所用石英砂為兩種粒級0.425～0.850 mm(20～40目)及0.180～0.425 mm(40～80目)復(fù)配,復(fù)配后的粒徑范圍為0.2～0.9 mm連續(xù)集配砂子。

試驗所用膨脹劑為武漢三源特種建材生產(chǎn)的UEA型膨脹劑,其性能符合GB 23439—2017《混凝土膨脹劑》要求。塑性膨脹劑為唐山北極熊提供,外觀黃色。

試驗所用減水劑為江蘇奧萊特新材料股份有限公司生產(chǎn)的聚羧酸高性能固體減水劑,外觀為白色粉末,減水率高,易溶解。

試驗所用早強劑為硫酸鈉與甲酸鈣按1∶1比例復(fù)配,緩凝劑為半水石膏與葡萄糖酸鈉,半水石膏初凝時間為7 min,終凝時間為22 min。

1.2 試驗方法

試驗采用灌漿料膠材體系配合比為硅酸鹽水泥80份、硫鋁酸鹽水泥20份、粉煤灰11份、礦粉11份和硅灰5份,試驗固定水膠比為0.22,膠砂比為1∶1,固定膨脹劑用量為水泥的8%,塑性膨脹劑為水泥的0.2%,消泡劑摻量為膠材的0.2%。

按照JG/T 408—2019《鋼筋連接用套筒灌漿料》中常溫型套筒灌漿料性能試驗方法的要求,在滿足試驗和養(yǎng)護條件的實驗室內(nèi)進行相關(guān)試驗,在相同配合比的套筒灌漿料中加入不同摻量的減水劑、早強劑和緩凝劑,研究其對灌漿料流動度、1 d早期抗壓強度及豎向膨脹率的影響。

2 試驗結(jié)果及分析

2.1 減水劑摻量對套筒灌漿料性能的影響

減水劑是影響灌漿料性能的重要因素,通過設(shè)定灌漿料膠凝材料配合比、砂漿比和水膠比等參數(shù)不變,研究減水劑對灌漿料性能的影響。JG/T 408—2019中常溫型套筒灌漿料初始流動度要求>300 mm,經(jīng)試驗,當外加劑摻量為0.5%時,灌漿料流動度為304 mm,通過設(shè)定減水劑摻量為0.5%、0.6%、0.7%、0.8%、0.9%和1.0%,研究其對灌漿料流動度、1 d抗壓強度和豎向膨脹率的影響。

2.1.1減水劑摻量對套筒灌漿料流動度的影響

減水劑摻量對灌漿料流動性的影響如圖1所示。由圖1可知,隨著減水劑摻量的提高,灌漿料的初始流動度逐漸增大,摻量為0.8%時達到最大值,摻量>0.8%時,初始流動度不再增加;摻量達到1.0%時,灌漿料出現(xiàn)泌水,影響灌漿料的和易性,此時灌漿料無法滿足JG/T 408—2019中泌水率為0的要求。由于聚羧酸減水劑中極性基團數(shù)目較多,對水泥顆粒的吸附能力極強,具有減緩水泥水化速度的作用,在經(jīng)過一段時間的水化后,仍可以較穩(wěn)定的吸附于水泥顆粒表面、穩(wěn)定分散,促使水泥水化體系流動性能經(jīng)時損失小。灌漿料30 min流動度隨著減水劑摻量提高逐漸增大,與初始流動度的差值逐漸減小。綜合考慮灌漿料和易性及成本,減水劑摻量不宜>0.8%。

2.1.2減水劑摻量對套筒灌漿料1 d強度的影響

減水劑摻量對灌漿料早期強度的影響如圖2所示。由圖2可知,隨著減水劑摻量的提高,灌漿料1 d強度先小幅度增大后減小,在摻量為0.7%時強度最大。由于加入減水劑后,水泥顆粒表面形成了吸附膜,減少了漿體的毛細孔隙,能有效減少灌漿料水分蒸發(fā)以形成致密的結(jié)構(gòu),提高灌漿料的強度。灌漿料內(nèi)水泥水化速度隨外加劑摻量提高而減緩,但當減水劑摻量過高時,灌漿料和易性較差,出現(xiàn)泌水,導(dǎo)致強度降低。

圖2 外加劑摻量對灌漿料強度的影響

2.1.3減水劑摻量對套筒灌漿料豎向膨脹率的影響

減水劑摻量對灌漿料豎向膨脹率的影響如圖3和圖4所示。由圖3和圖4可知,隨著減水劑摻量的提高,灌漿料3 h豎向膨脹率逐漸降低,24 h略有波動,但變化范圍不大,24 h與3 h差值逐漸增大。減水劑加入后,與水泥顆粒發(fā)生吸附作用,減水劑吸附到C3A表面,C3A是形成鈣礬石的重要水化產(chǎn)物之一,減水劑的加入抑制了鈣礬石的生長速度,進而影響灌漿料的膨脹速率。而減水劑對24 h豎向膨脹率影響不大,因而導(dǎo)致24 h與3 h差值逐漸增大。

圖4 外加劑摻量對膨脹率差值的影響

2.2 早強劑摻量對套筒灌漿料性能的影響

早強劑摻量能加速水泥水化速度,促進灌漿料早期強度的發(fā)展,將多種類型的早強劑復(fù)合使用可以提高灌漿料的綜合性能。通過設(shè)定灌漿料膠材體系配合比、膠砂比、水膠比和減水劑摻量,設(shè)定早強劑摻量為膠凝材料的0.1%、0.2%、0.3%、0.4%和0.5%,研究其對灌漿料流動度、強度和豎向膨脹率的影響。

2.2.1早強劑摻量對套筒灌漿料流動度的影響

早強劑摻量對灌漿料流動性的影響如圖5所示。由圖5可知,隨著早強劑摻量的提高,初始流動度及30 min流動度均減小,早強劑摻量提高對灌漿料流動性及流動度保持性能均有不利影響;早強劑摻量為0.3%時,灌漿料30 min流動度不能滿足JG/T 408—2019的要求;早強劑摻量為0.4%,灌漿料初始流動度與30 min流動度均不能滿足JG/T 408—2019的要求。

圖5 早強劑摻量對灌漿料流動度的影響

2.2.2早強劑摻量對套筒灌漿料1 d及28 d強度的影響

早強劑摻量對灌漿料強度的影響如圖6所示。由圖6可知,隨著早強劑摻量提高,1 d強度逐漸提高;摻量>0.2%時,強度增長趨于平緩;摻量>0.4%時,1 d強度開始出現(xiàn)下滑,則較優(yōu)的摻量應(yīng)為0.2%～0.3%。

圖6 早強劑摻量對灌漿料強度的影響

2.2.3早強劑摻量對套筒灌漿料豎向膨脹率的影響

早強劑摻量對灌漿料豎向膨脹率的影響如圖7和圖8所示,由圖7和圖8可知,隨著早強劑摻量的提高,3 h與24 h豎向膨脹率均先增大后減小;當摻量為0.3%時達到最大值,早強劑摻量對灌漿料24 h與3 h豎向膨脹率差值影響不大。

圖7 早強摻量對豎向膨脹率的影響

圖8 早強劑摻量對膨脹率差值的影響

2.3 緩凝劑摻量對套筒灌漿料性能的影響

使用硅酸鹽水泥與硫鋁酸鹽水泥二元膠材體系制備套筒灌漿料時,硫鋁酸鹽水泥水化速度快,早期強度發(fā)展快,可能會造成早期膨脹率發(fā)展快,后期膨脹率小等問題,在套筒灌漿料中加入一定摻量的緩凝劑可改善灌漿料的性能。采用葡萄糖酸鈉與酒石酸按7∶3比例復(fù)配緩凝劑,在其他試驗條件不變的情況下,設(shè)定緩凝劑的摻量為0.05%、0.10%、0.15%、0.20%和0.25%,研究其對套筒灌漿料性能的影響。

2.3.1緩凝劑摻量對灌漿料流動性的影響

緩凝劑摻量對灌漿料流動性的影響如圖9所示。由圖9可知,隨著緩凝劑摻量的提高,灌漿料初始流動度與30 min流動度均逐漸增大;初始流動度增大速度<30 min流動度,說明緩凝劑對30 min流動度影響更大;緩凝劑可以延長水泥水化誘導(dǎo)期,從而延長灌漿料的凝結(jié)時間,提高灌漿料流動度的保持性能。

圖9 緩凝劑摻量對灌漿料流動度的影響

2.3.2緩凝劑摻量對灌漿料強度的影響

緩凝劑摻量對灌漿料1 d強度的影響如圖10所示。由圖10可知,隨著緩凝劑摻量的提高,1 d強度先小幅度增大后減小,同時灌漿料凝結(jié)時間延長,導(dǎo)致灌漿料早期強度降低。

圖10 緩凝劑摻量對灌漿料強度的影響

2.3.3緩凝劑摻量對灌漿料豎向膨脹率的影響

緩凝劑摻量對灌漿料豎向膨脹率的影響如圖11和12所示。隨著緩凝劑摻量的提高,3 h與24 h豎向膨脹率均逐漸減小,3 h豎向膨脹率減小速度快于24 h,3 h與24 h豎向膨脹率差值先增大后減小;緩凝劑使得硫鋁酸鹽水泥和硅酸鹽水泥的水化誘導(dǎo)期延長,C3S的水解速度減緩,進而影響鈣礬石的生長速度,降低灌漿料的豎向膨脹率;緩凝劑摻量>0.2%時,灌漿料凝結(jié)時間過長,24 h豎向膨脹率降低速度加快,導(dǎo)致灌漿料3 h與24 h豎向膨脹率之差減小。

圖11 緩凝劑摻量對豎向膨脹率的影響

圖12 緩凝劑摻量對膨脹率差值的影響

3 結(jié)論

3.1 減水劑摻量對套筒灌漿料性能的影響較大。其摻量的提高能夠增大灌漿料流動度,增大灌漿料3 h與24 h豎向膨脹率之差,減小灌漿料的3 h豎向膨脹率,對灌漿料的強度影響不大,最佳摻量為0.7%～0.8%。

3.2 早強劑摻量的提高可增大灌漿料3 h及24 h的豎向膨脹率,提高灌漿料的早期強度,對灌漿料3 h與24 h的豎向膨脹率之差影響較小,最佳摻量為0.3%。

3.3 緩凝劑摻量的提高可增大灌漿料30 min流動度。當摻量≯0.2%時,可提高灌漿料3 h與24 h的豎向膨脹率之差;緩凝劑會影響灌漿料3 h與24 h的豎向膨脹率的增長,摻量過高時影響灌漿料的早期強度,對灌漿料初始流動度影響較小,緩凝劑最佳摻量為0.2%。