淺析大摻量礦渣套筒灌漿料力學(xué)性能

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摘要：研究了不同種類、不同活性、不同摻量的礦物摻合料對套筒灌漿料力學(xué)性能的影響，并開發(fā)了一種用于評價套筒灌漿料與鋼筋套筒握裹性能的測試方法。結(jié)果表明，與微珠粉、硅灰以及偏高嶺土相比，高活性礦渣粉的摻入能顯著改善套筒灌漿料的力學(xué)性能，且摻量占總材料質(zhì)量15%時效果最佳，28d抗壓強度達(dá)到135.4MPa。大摻量高活性礦渣套筒灌漿料能使灌漿料握裹力提高40%～60%。

關(guān)鍵詞：套筒灌漿料；礦物摻合料；力學(xué)性能；鋼筋套筒握裹力

前言

隨著建筑產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級，作為建筑業(yè)發(fā)展重要方向的建筑工業(yè)化逐漸成為行業(yè)關(guān)注與研究的熱點，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)則是建筑工業(yè)化的重要內(nèi)容，它具有高效率、低能耗和環(huán)保等特點[1]。在裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中，預(yù)制構(gòu)件的連接是影響結(jié)構(gòu)安全的關(guān)鍵，鋼筋套筒灌漿連接技術(shù)是構(gòu)成結(jié)構(gòu)整體性的關(guān)鍵手段之一[2]。鋼筋連接用套筒灌漿料（簡稱套筒灌漿料）作為影響結(jié)構(gòu)可靠性的核心材料，近年來被國內(nèi)外學(xué)者廣泛研究。研究方向涵蓋了套筒灌漿料物理性能[3]、低溫套筒灌漿料應(yīng)用性能[4-5]、鋼筋套筒灌漿連接件拉拔試驗[6-7]、環(huán)境溫度對鋼筋套筒灌漿連接接頭性能的影響[8]及套筒灌漿料在橋梁工程中的應(yīng)用[9]等。已有的研究大都針對套筒灌漿料或鋼筋套筒灌漿連接試件性能，而關(guān)于套筒灌漿料鋼筋握裹強度的研究卻鮮有報道。本文擬研究不同礦物摻合料對套筒灌漿料力學(xué)性能的影響，并開發(fā)了一種評價套筒灌漿料對鋼筋握裹性能的試驗方法。

1試驗

1.1原材料

膠凝材料：武漢華新水泥股份有限公司生產(chǎn)的P•O52.5水泥、深圳道特科技有限公司生產(chǎn)的精細(xì)沉珠（微珠粉）、山東盛世高鐵工程材料有限公司生產(chǎn)的活性礦渣粉、內(nèi)蒙古三鑫高嶺土有限責(zé)任公司生產(chǎn)的偏高嶺土、武漢源錦商品混凝土有限公司提供的硅灰，膠凝材料的主要化學(xué)成分見表1，水泥的物理力學(xué)性能見表2，微珠粉、偏高嶺土和礦渣粉的主要性能見表3。砂：連續(xù)級配的石英砂；減水劑：江蘇兆佳建材科技有限公司生產(chǎn)的ZJ-PC8010型高性能聚羧酸減水劑，減水率25%；膨脹劑：武漢善達(dá)化工有限公司生產(chǎn)的AC7000塑性膨脹劑，純度≥97%；保水劑：廣東龍湖科技股份有限公司生產(chǎn)的MT400PFV型保水劑；消泡劑：江蘇兆佳建材科技有限公司生產(chǎn)的D132型有機硅類消泡劑，有效固含量≥98%。

1.2試驗方法

套筒灌漿料基本配合比：膠砂比1.5，水膠比0.217，礦物摻合料摻量占膠凝材料質(zhì)量的25%，摻加適量功能助劑。以某廠家市售的套筒灌漿料為基準(zhǔn)進(jìn)行對比，該產(chǎn)品符合JG/T408—2013《鋼筋連接用套筒灌漿料》各項指標(biāo)要求。（1）套筒灌漿料力學(xué)性能研究調(diào)整套筒灌漿料的配合比，分別摻入不同種類、不同活性、不同摻量的礦物摻合料，再通過粉劑聚羧酸減水劑調(diào)節(jié)漿體狀態(tài)，使套筒灌漿料具有良好的流動性能。截錐流動度試驗方法參考GB/T50448—2015《水泥基灌漿材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》。將上述不同配比的套筒灌漿料用40mm×40mm×160mm三聯(lián)試模成型試塊，并在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護箱[溫度（20±1）℃、相對濕度95%]中養(yǎng)護1d后拆模，然后放入20℃水中養(yǎng)護到規(guī)定齡期，按照GB/T17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》測試抗折和抗壓強度。（2）鋼筋套筒灌漿連接試件握裹強度測試①準(zhǔn)備鋼筋和套筒：鋼筋等級為HRB400E，長度（15±1）cm，且切割面須平整以便精確測試長度；半灌漿套筒為規(guī)格16mm的球墨鑄鐵套筒。②綁扎鋼筋套筒：所有鋼筋插入套筒深度均控制在（5±0.4）cm。③灌漿：將套筒灌漿料按相應(yīng)的用水量加水?dāng)嚢璩删鶆驖{體，注入綁扎好的鋼筋套筒內(nèi)，并用橡膠塞封堵注漿口和出漿口，制得鋼筋套筒灌漿連接試件。④灌漿料試件成型：使用40mm×40mm×160mm的三聯(lián)試模成型試件，并與鋼筋套筒灌漿連接試件同條件養(yǎng)護。⑤試件養(yǎng)護至規(guī)定齡期后，測試對應(yīng)灌漿料試件的強度，并對鋼筋套筒灌漿連接試件進(jìn)行抗拉性能測試，記錄鋼筋拔出的最大力值，計算灌漿料的握裹強度。表4為鋼筋套筒灌漿連接用灌漿料基準(zhǔn)配合比。圖1和圖2分別是成型后的鋼筋套筒灌漿連接試件以及對應(yīng)的抗拉性能測試試驗。抗拉性能測試中，由于鋼筋與灌漿料接觸面上的剪應(yīng)力低于套筒內(nèi)壁與灌漿料接觸界面的剪應(yīng)力，當(dāng)萬能試驗機持續(xù)加載時，鋼筋會從灌漿料中拔出，試驗結(jié)束。握裹強度按式（1）計算：

2結(jié)果與討論

2.1不同礦物摻合料對套筒灌漿料力學(xué)性能的影響

不同礦物摻合料對套筒灌漿料性能影響的試驗配合比和性能測試結(jié)果如表5~表7所示。由表5可見，隨著硅灰摻量的增加，套筒灌漿料的1、3、28d抗壓強度均先提高后降低，當(dāng)硅灰摻量為2%時抗壓強度最高。這是由于在一定摻量范圍內(nèi)硅灰具有潤滑及密實填充作用，使得抗壓強度有一定幅度的提高[10]。而硅灰摻量超過2%時，套筒灌漿料的工作性能變差，漿體內(nèi)部不密實，導(dǎo)致抗壓強度有輕微下降。由表6可見，隨著偏高嶺土摻量的增加、礦渣粉摻量減少，套筒灌漿料各齡期抗壓強度逐漸降低。一方面是由于偏高嶺土是一種層狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，能夠快速吸收水分，使得水泥顆粒向微細(xì)偏高嶺土周圍靠攏，形成“粘稠點”，降低了水泥膠砂的流動性；另一方面是因為所選用的偏高嶺土活性指數(shù)較礦渣粉小，從而導(dǎo)致抗壓強度降低。由表7可見，隨微珠粉摻量的增加，砂漿的流動度增大，這是由于微珠粉是從粉煤灰中提取出來的一種全球狀、連續(xù)粒徑分布、超細(xì)、實心的硅鋁酸鹽材料，具有“滾珠效應(yīng)”，可改善砂漿和水泥的流變性，降低黏度。隨微珠粉摻量的增加和礦渣粉摻量的減小，套筒灌漿料的1、3d抗壓強度明顯降低，28d抗壓強度略微降低。這主要是因為微珠粉降低了早期反應(yīng)水化熱，摻量越高，早期抗壓強度越低。而其活性和填充性對套筒灌漿料后期抗壓強度又有一定的提高作用。

2.2鋼筋套筒灌漿連接試件的握裹強度

帶肋鋼筋與套筒灌漿料之間粘結(jié)性能研究是鋼筋套筒灌漿連接接頭應(yīng)用的理論基礎(chǔ)。帶肋鋼筋與灌漿料之間的粘結(jié)力由3部分組成[11]：（1）灌漿料膠體與鋼筋表面的化學(xué)膠結(jié)力；（2）鋼筋與灌漿料接觸面處的摩擦力；（3）鋼筋肋與灌漿料的機械咬合作用。表8為不同規(guī)格鋼筋、相同規(guī)格套筒時，鋼筋套筒灌漿（按表4配比）連接試件的握裹性能。由表8可以看出：隨著鋼筋直徑增大，鋼筋套筒連接試件內(nèi)的漿體厚度減小，試件極限承載力增大，握裹強度呈增大趨勢，這與文獻(xiàn)[12]的研究結(jié)果一致。但并不是鋼筋套筒連接試件內(nèi)漿體厚度越小越好，還要考慮到現(xiàn)場施工時方便鋼筋插入、方便灌漿施工等情況。圖3為不同齡期套筒灌漿料抗壓強度和握裹強度增長曲線。從圖3可以看出，鋼筋套筒連接試件的握裹強度與連接二者的灌漿料抗壓強度呈正相關(guān)性，灌漿料抗壓強度越高，握裹強度越高。另一方面，由于高活性礦渣粉的摻入，套筒灌漿料早期強度增長迅速，后期強度增長緩慢，相應(yīng)的握裹強度也表現(xiàn)出相同的發(fā)展規(guī)律。

作者：鄒偉 周壯 吳文選 葉顯 孔金鳴 單位：武漢源錦建材科技有限公司