徐 馳 楊玉海 李紅霞

（中鐵津橋工程檢測有限公司，吉林 長春 130033）

裝配式建筑施工中，可以在工廠標(biāo)準(zhǔn)化、集成化預(yù)制所需使用的構(gòu)件，構(gòu)件運(yùn)輸至施工現(xiàn)場，通過吊裝、拼接、固定后即可完成，能夠確保建筑結(jié)構(gòu)的整體性。相較于常規(guī)施工方法，預(yù)制拼裝有很多優(yōu)勢，一方面，各個(gè)構(gòu)件均經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化流程生產(chǎn)，建筑質(zhì)量有保障；另一方面，省去了現(xiàn)場制作構(gòu)件環(huán)節(jié)，有效縮短了施工周期，耗能更低、環(huán)保性更好，具有良好的應(yīng)用價(jià)值[1-2]。裝配式建筑結(jié)構(gòu)施工過程中，設(shè)置梁、柱、框架結(jié)構(gòu)時(shí)，通常需要采用鋼筋連接套筒，套筒構(gòu)件的連接質(zhì)量直接影響裝配式建筑框架結(jié)構(gòu)的整體性及安全性。工程實(shí)踐中，需要保證套筒結(jié)構(gòu)能夠承受足夠次數(shù)循環(huán)荷載后，依舊保持良好的受力狀態(tài)，套筒內(nèi)部灌漿料質(zhì)量就必須得以保證，以確保結(jié)構(gòu)安全可靠[3-4]。當(dāng)前，國內(nèi)外學(xué)界已經(jīng)針對(duì)套筒灌漿材料進(jìn)行了一系列研究，并取得了很多成果，但套筒灌漿料性能與摻加外加劑種類之間關(guān)系的研究數(shù)量尚少[5-6]?；诖?，依托工程規(guī)范要求設(shè)計(jì)試驗(yàn)，評(píng)價(jià)不同外加劑種類下灌漿料的性能指標(biāo)差異，以期尋找適用性更強(qiáng)的套筒灌漿料，保障裝配式建筑施工高質(zhì)量開展。

1 材料及配合比

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)中所用水泥為采購自當(dāng)?shù)啬乘鄰S生產(chǎn)的低堿硅酸鹽水泥，強(qiáng)度等級(jí)為52.5級(jí)；所用礦物摻合料取自當(dāng)?shù)厣a(chǎn)的粉煤灰，所用粉煤灰含水量經(jīng)檢測顯示在0.2%以下；所用骨料采購自某廠商的石英砂，含泥量在0.1%以下；試驗(yàn)中用水均為試驗(yàn)室自來水；所用外加劑包含UEA-Ⅱ型膨脹劑和羧酸系高性能減水劑。

其中，膨脹劑屬塑性膨脹劑，該膨脹劑為鋁礬土、氧化鈣和碳在1700℃氮?dú)猸h(huán)境下處理后所得到的產(chǎn)品磨細(xì)制備而成。該類膨脹劑能夠在灌漿料進(jìn)入塑性階段時(shí)，充分與其中的水發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)物中包含大量氣體，氣體一方面通過灌漿料微小孔道排出結(jié)構(gòu)外，從而擴(kuò)充灌漿料內(nèi)部孔道，另一方面則部分停留于灌漿料結(jié)構(gòu)中并形成微小氣泡。在兩方面共同作用下，實(shí)現(xiàn)灌漿料的微膨脹，進(jìn)而避免塑性階段灌漿料出現(xiàn)收縮等問題。試驗(yàn)所用UEA-Ⅱ膨脹劑，經(jīng)工程實(shí)踐檢驗(yàn)，不會(huì)對(duì)鋼筋產(chǎn)生銹蝕作用；同時(shí)由于膨脹劑組分當(dāng)中不含鈉鹽，混凝土結(jié)構(gòu)內(nèi)部不會(huì)發(fā)生堿性骨料反應(yīng)；膨脹性能好，應(yīng)用后灌漿料強(qiáng)度性能顯著提升，具有良好的應(yīng)用價(jià)值。

1.2 配合比設(shè)計(jì)

依據(jù)相關(guān)規(guī)定要求試配高強(qiáng)套筒灌漿料，具體配合比見表1。

表1 試配灌漿料配合比/kg/m3

依據(jù)上述配合比，在設(shè)置水膠比始終為0.28 的基礎(chǔ)上逐漸增加膠砂比，固定微硅粉和超細(xì)礦粉摻量的同時(shí)靈活變動(dòng)粉煤灰摻量和水泥摻量，依據(jù)摻量靈活選擇外加劑用量，正常情況下膨脹劑和減水劑摻量分別取10%和0.3%。

1.3 配合比試驗(yàn)結(jié)果

對(duì)試配混合料進(jìn)行性能試驗(yàn)，以結(jié)果為依據(jù)即可進(jìn)一步探究水膠比、外加劑和礦物摻合料等因素對(duì)灌漿料性能的影響，所得結(jié)果見表2。

表2 試配不同配合比下混合料性能

結(jié)合表2可知，各組混合料均具有良好的流動(dòng)度水平，試驗(yàn)過程中并未發(fā)生混合料泌水等問題，A 組配合比下混合料1d 強(qiáng)度水平較低，略低于35MPa 的性能規(guī)范要求，其余性能水平良好，而除A組以外各組均具有良好的性能指標(biāo)水平。

對(duì)比各組配合比下混合料的性能水平，結(jié)果顯示各組混合料的流動(dòng)度、強(qiáng)度水平均隨膠砂比的提升而逐漸提升，但膠砂比達(dá)到0.95 時(shí)混合料的強(qiáng)度整體略有降低且流動(dòng)度有所降低。綜合考慮下認(rèn)為C配合比下混合料具有更加優(yōu)異的綜合性能，因此，取該組配合比為基準(zhǔn)開展后續(xù)試驗(yàn)。

2 水膠比對(duì)灌漿料的性能影響

裝配式建筑采用高強(qiáng)套筒灌漿料施工時(shí)通常所用灌漿料會(huì)在水泥硬化過程中表現(xiàn)出一定收縮，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)整體早期抗壓強(qiáng)度相對(duì)較低，同時(shí)膨脹性能難以滿足工程規(guī)范要求。不同區(qū)域所制備灌漿料之間也表現(xiàn)出一定的地域差異性，其原因主要在于不同地區(qū)制備灌漿料所用原材料存在一定差異，因而各工程所用灌漿料材料不同，同時(shí)不同地域特征下灌漿料制備所受影響不同，導(dǎo)致同樣的灌漿料可能在不同區(qū)域表現(xiàn)出差異較大的基礎(chǔ)性能[7-8]。文中取工程所在區(qū)域材料，分別取0.27～0.32水膠比制備灌漿料混合料并分別評(píng)價(jià)不同組材料的強(qiáng)度、流動(dòng)度差異，所得結(jié)果如圖1、圖2、圖3所示。

圖1 水膠比與流動(dòng)性關(guān)系

圖2 水膠比與抗壓強(qiáng)度關(guān)系

圖3 水膠比與抗折強(qiáng)度關(guān)系

結(jié)合圖中1～圖3可知，混合料30min流動(dòng)度和初始流動(dòng)度均隨水膠比提升而不斷提升，其中水膠比處于較低水平時(shí)混合料表面流動(dòng)低于規(guī)范要求，而提升水膠比至0.31 時(shí)混合料已經(jīng)出現(xiàn)表面輕微泌水問題，進(jìn)一步提升水膠比至0.32則泌水問題更加嚴(yán)重。除上述以外各其他水膠比條件下混合料具有良好流動(dòng)性能。

混合料的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度隨水膠比提升均有所降低，其中強(qiáng)度最大值出現(xiàn)于水膠比為0.27條件下，此時(shí)28d抗壓強(qiáng)度和28d抗折強(qiáng)度分別達(dá)到113MPa和15.7MPa。當(dāng)水膠比提升至0.31 時(shí)抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度均已經(jīng)降低至較低水平，難以滿足規(guī)范要求。

經(jīng)對(duì)比可知，水膠比取值范圍在0.28～0.30 區(qū)間范圍內(nèi)灌漿料具有良好性能。

3 外加劑對(duì)灌漿料的性能影響

3.1 減水劑

高效減水劑的摻量會(huì)對(duì)高性能水泥基材料基本性能產(chǎn)生直接影響，試驗(yàn)中所用高效減水劑的廠家建議摻量為0.30%，試驗(yàn)以此為依據(jù)，設(shè)計(jì)減水劑摻量為膠凝材料的0.20%～0.35%并分別制作灌漿材料拌和物，分析各組混合料的齡期強(qiáng)度和流動(dòng)性能。所得結(jié)果顯示，初始流動(dòng)度方面，混合料流動(dòng)性隨減水劑摻量提升而表現(xiàn)為增加趨勢，其中摻量在0.24%～0.28%時(shí)流動(dòng)度增速較快，摻量提升至0.32%時(shí)增加速度較低，提升至0.35%時(shí)混合料流動(dòng)度反而有所降低。而30min 流動(dòng)度隨減水劑摻量提升表現(xiàn)出大致相同的增長曲線，但曲線從頭到尾均為增長，增長過程相對(duì)平滑。綜合來看，減水劑摻量取值范圍在0.26%～0.30%左右時(shí)對(duì)流動(dòng)性的改良達(dá)到最佳效果。

隨減水劑摻量提升，混合料的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度變化過程則具有一定離散性，均為先逐漸提升，摻量提升至0.26%～0.28%左右時(shí)略有降低[9-10]。其中減水劑摻量為0.26%時(shí)抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值，而后進(jìn)一步提升減水劑摻量則抗壓強(qiáng)度逐漸降低。減水劑摻量取0.26%時(shí)抗折強(qiáng)度均達(dá)到最大值，而后隨摻量進(jìn)一步增加而逐漸降低。綜合考慮下建議取0.26%～0.28%減水劑摻量以獲得最佳的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度改良效果。

綜合考慮經(jīng)濟(jì)效益和應(yīng)用性能，后續(xù)試驗(yàn)中采用0.28%減水劑摻量。

3.2 膨脹劑

灌漿料硬化過程中會(huì)在溫度、干燥、灌漿料自身反應(yīng)等效應(yīng)共同影響下導(dǎo)致結(jié)果出現(xiàn)收縮，收縮應(yīng)力作用下很容易導(dǎo)致材料出現(xiàn)裂縫，對(duì)灌漿料承載性能產(chǎn)生不利影響，雖然隨時(shí)間推進(jìn)，收縮效果會(huì)有所減緩，但如果能夠采取有效措施抑制混合料收縮則能夠有效保障其工廠應(yīng)用效果[11-12]。而膨脹劑組分能夠使得高強(qiáng)套筒灌漿料與鋼筋結(jié)構(gòu)之間形成明顯預(yù)壓力，進(jìn)而使得鋼筋連接節(jié)點(diǎn)具有相對(duì)更強(qiáng)的粘結(jié)力，在相同粘結(jié)力條件下所用鋼筋結(jié)構(gòu)總量更少，在相同用量下則能進(jìn)一步提高結(jié)構(gòu)整體性，保障材料使用性能，具有良好應(yīng)用效益。

分析膨脹劑摻量與混合料膨脹率之間關(guān)系，結(jié)果顯示3h 膨脹率、24h 與3h 膨脹率差值均隨膨脹劑摻量的提升而逐漸增加，其中膨脹劑摻量在8%以下時(shí)雖然也能有一定膨脹作用，但整體來看膨脹效果較差，甚至?xí)霈F(xiàn)部分試塊收縮的問題，難以滿足工程應(yīng)用需求。提升膨脹劑摻量至13%過程中，兩者數(shù)據(jù)提升速度越來越快，且具體數(shù)值均滿足工程規(guī)范要求。但摻量提升至一定程度時(shí)也會(huì)對(duì)混合料的強(qiáng)度、流動(dòng)度等性能產(chǎn)生不利影響，綜合考慮下決定采用9%為膨脹劑摻量，在滿足配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上滿足工程應(yīng)用效果。

4 結(jié)語

綜上所述，本研究試驗(yàn)分析了高強(qiáng)套筒灌漿料的配合比設(shè)計(jì)及膨脹劑、減水劑的摻入對(duì)灌漿料性能的影響，并得出如下結(jié)論：

（1）采用配合比C時(shí)混合料的力學(xué)性能、流動(dòng)度性能均達(dá)到相對(duì)較高水平，此時(shí)抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度最大值分別達(dá)到101MPa和14.8MPa。

（2）混合料流動(dòng)度隨水膠比提升而逐漸提升，但水膠比提升至一定幅度后反而會(huì)導(dǎo)致灌漿料泌水問題，且會(huì)對(duì)強(qiáng)度產(chǎn)生明顯負(fù)面作用。

（3）灌漿料的流動(dòng)度性能隨減水劑摻量提升而逐漸增強(qiáng)，其中減水劑摻量在0.3%之前時(shí)流動(dòng)度提升速度較快，進(jìn)一步增加摻量則提升速度放緩，同時(shí)過高的減水劑摻量會(huì)對(duì)材料強(qiáng)度產(chǎn)生不利影響，綜合考慮下認(rèn)為高效減水劑摻量取0.28%時(shí)材料具有最佳的強(qiáng)度和流動(dòng)性能。

（4）膨脹劑摻量提升過程中灌漿量膨脹率逐漸提升，能夠使得鋼筋連接節(jié)點(diǎn)的粘結(jié)力不斷增強(qiáng)，但摻量提升至一定程度時(shí)也會(huì)對(duì)混合料的強(qiáng)度、流動(dòng)度等性能產(chǎn)生不利影響，綜合考慮下決定采用9%為膨脹劑摻量，在滿足配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上滿足工程應(yīng)用效果。