微珠對水泥基灌漿料力學性能的影響研究

劉衛星

（中國建筑第八工程局有限公司西北分公司，陜西 西安 710075）

0 前言

隨著經濟的快速發展以及國家可持續發展戰略的提出，能耗大、污染高的特點使傳統建筑業在當今社會中面臨著諸多挑戰。近年來，隨著裝配式建筑及 3D 打印技術的普及應用，建筑業也走向了綠色建造的發展道路。在裝配式建筑中，鋼筋套筒灌漿料對整個建筑結構的穩定性起著支撐作用。水泥基灌漿料一般是以水泥、外加劑和摻合料以及一部分細骨料為原料，經配制而成的干混料，加水拌合均勻后具有可灌注的流動性、微膨脹和高的早期和后期強度等性能[1]。現在市場中常用的灌漿料是普通硅酸鹽水泥加入早強劑等，但其效果并不是很好，主要體現在早期強度雖有所提高，但其后期強度卻有所降低，并且在水化后期，灌漿料本身會產生體積收縮造成收縮裂紋，嚴重影響了灌漿料的耐久性和體積穩定性[2,3]。

郭飛[4]發現硅微粉摻入水泥基材料中能有效改善拌合物的流動性能。桑國臣[5]通過硅酸鹽水泥和鋁酸鹽水泥等材料復配制備出具有大流動性、微膨脹、早強及強度持續穩定增長的新型水泥基灌漿料產品。粟海玉[6]等人將葡萄糖酸鈉、硼酸和緩凝劑 A 按比例復配摻入灌漿料中發現其均能滿足高鐵灌漿材料的性能指標要求。

微珠是一種新型超微粉體材料，是利用優質粉煤灰加工而成的超細且具有連續粒徑分布的一種亞微米、完美的球狀粉體產品。其具有活性高、低水化熱、抗壓強度高、流動性好等特性。本文欲探究摻入微珠后，水泥基灌漿料流動性與力學性能的變化趨勢。

1 試驗原材料及方案選取

1.1 試驗原材料

水泥：采用某公司 42.5 快硬硫鋁酸鹽水泥；粉煤灰：采用某電廠生產的Ⅱ級灰，需水比 98%，燒失量4.0%；微珠：某公司精選微珠，含水率為 1.3%，需水比為 93%；減水劑：聚羧酸高性能減水劑，減水率25%；膨脹劑：UEA-S 型高效混凝土膨脹劑；細骨料：采用去除 2.5mm 以上顆粒的河砂，細度模數為 2.1。

1.2 方案選取

試驗采用固定膠材總量法，設計水泥基灌漿料水膠比 0.35，膠砂比 1:1.2，膨脹劑摻量為 10%（內摻），微珠取代粉煤灰比例分別為 25%、50%、75%、100%，具體各組配比如表 1 所示。

表1 試驗用水泥基灌漿料配比 g

2 試驗內容

2.1 微珠水泥基灌漿料流動性試驗研究

試驗參照 GB/T 2419—2005《水泥膠砂流動度測定方法》[7]規范進行試驗，在攪拌結束后應立即進行流動度試驗。

2.2 微珠水泥基灌漿料抗折強度試驗研究

試驗采用 40mm×40mm×100mm 標準試件，抗折強度測試參照 GB/T 17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法》[8]進行。

2.3 微珠水泥基灌漿料抗壓強度試驗研究

抗壓強度試驗采用抗折強度測定后的膠砂斷塊進行測試，試驗時采用抗壓夾具使試件受壓面積為40mm×40mm。

3 試驗結果與分析

3.1 流動性能試驗結果

對水泥基灌漿料進行流動度測試，各配比測試結果如表 2 所示。

表2 各配比水泥灌漿料流動度測試結果

由表 2 可知，隨微珠摻量的增加，灌漿料流動度隨之增大，當微珠全部取代粉煤灰時，灌漿料流動度相比基準組提高 15%，原因可能是微珠顆粒較細，需水比相比粉煤灰小，從而在同水膠比情況下使灌漿料流動度增大。在試驗過程中發現，當微珠取代量超過 75% 時，灌漿料出現輕微泌水現象，在后續研究中可適當減少減水劑用量。

3.2 力學性能試驗結果

到達相應齡期后將試件從養護室取出進行抗折抗壓強度測試，各配比組試件不同齡期抗折抗壓強度變化趨勢如表 3 和圖 1、2 所示。

表3 不同配比水泥基灌漿料力學性能

圖1 不同配比水泥基灌漿料各齡期抗折強度

由圖 1 可知，3d、28d 齡期時，灌漿料抗折強度隨微珠取代量的增加而逐漸提高，微珠取代量為 100%時，灌漿量抗折強度分別為 8.5MPa 和 11.2MPa，相比基準組分別提高 13.3% 和 16.7%；7d 齡期時，灌漿料抗折強度隨微珠取代量的增加呈現出先增后減的變化趨勢，在取代量為 75% 時，抗折強度為 9.0MPa，相比基準組提高 9.8%。排除偶然因素，灌漿料抗折強度大體上隨微珠取代量的增加而提高。

圖2 不同配比水泥基灌漿料各齡期抗壓強度

圖2 中，3d 齡期時，灌漿料抗壓強度隨微珠取代量的增加而提高；7d、28d 齡期時，灌漿料抗壓強度均隨微珠取代量的增加先增后減，且在取代量為 75% 時達到峰值；微珠取代量為 75% 時，水泥基灌漿料各齡期抗壓強度分別為 40.9MPa、46.2MPa 及 57.6MPa，相比基準組分別提高 7.6%、5.0%、10.1%。

水泥基灌漿料抗折、抗壓強度隨微珠的引入均有較大提高，主要原因可能是微珠細度比粉煤灰小，在灌漿料內部起到填充作用，提高了灌漿料內部的密實度；其次，微珠含有較多的 SiO2、Al2O3等活性物質，能與水泥中游離的氫氧化鈣發生二次反應，生成較多穩定性好、強度高的水化硅酸鈣，從而提高了灌漿料的強度。

4 結論

（1）隨微珠取代量的增加，水泥基灌漿料流動度隨之變大。

（2）水泥基灌漿料抗折強度隨微珠取代量的增加而逐漸增大，當全部取代粉煤灰時，其 28d 抗折強度可達 11.2MPa。

（3）微珠取代粉煤灰，取代量為 75% 時，灌漿料抗壓強度最大，其 3d、7d、28d 抗壓強度分別為40.9MPa、46.2MPa 及 57.6MPa。