裝配式結構后澆節點快硬無收縮混凝土的配制

段文川，李媛，梁冬，楊俊凱，周麗

（重慶建工住宅建設有限公司，重慶 400015）

0 引言

裝配式混凝土結構依靠節點及拼縫將預制構件連接成為整體[1-2]，連接節點合理的連接，保證了構件的連續性和結構的整體穩固性[3-4]，因此，節點連接的可靠性和整體性是影響裝配式結構施工的關鍵技術。通過后澆混凝土將預制構件連成一體的概念建立在與全現澆框架的強度和延性相當的基礎之上，其節點連接性能可靠，總體性能與現澆混凝土節點相當[5]。但目前后澆混凝土普遍存在施工及凝結硬化周期長，體積收縮大和易開裂的問題[6]，因而限制了裝配式結構的發展與推廣。

本文針對現有裝配式結構節點連接區域后澆混凝土的不足之處，研究開發更適用于裝配式結構的快硬無收縮混凝土，有利于促進住宅產業化過程中施工與結構一體化關鍵技術的完善與發展。

1 原材料及配合比設計

1.1 膠凝材料

唐山北極熊建材有限公司生產的硫鋁酸鹽水泥 （R·SAC42.5），理化性能見表1和表3。冀東生產的普通硅酸鹽水泥（OPC42.5R），理化性能見表2和表3。

1.2 礦物摻合料

采用珞電Ⅰ級灰，其具體性能指標見表4。礦渣為S95級，具體性能指標見表5，二者化學成分見表6。

1.3 粗細集料

表1 硫鋁酸鹽水泥的物理性能

表2 普通硅酸鹽水泥的物理性能

表3 水泥的化學成分

表4 珞電一級粉煤灰性能指標

表5 礦渣粉性能指標

表6 摻合料的化學成分

細集料采用混合砂，將機制砂和天然砂按一定比例混合，滿足二區級配。粗集料為重慶地區產卵碎石，粒徑范圍5～20mm。

1.4 外加劑

PCA聚羧酸高性能減水劑；復配膨脹劑（A生石灰；B硫鋁酸鈣）。

1.5 配合比

配合比如表7所示。

表7 C40混凝土配比表（每m3）

2 試驗方法

2.1 水泥凈漿流動度

按照 《水泥與減水劑相容性試驗方法》JC/T 1083-2008的規定進行。

2.2 混凝土工作性能

混凝土工作性的測試指標主要為坍落度，試驗按照《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》GB/T 50080-2016進行。

2.3 混凝土力學性能

混凝土力學性能試驗為立方體抗壓強度試驗，試件尺寸為100mm×100mm×100mm，按照《普通混凝土力學性能試驗方法標準》GB/T 50081-2016進行。

2.4 混凝土抗滲性

按照 《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法》GB/T 50082-2009進行。

2.5 混凝土限制膨脹率

按照 《混凝土外加劑應用技術規程》GB 50119-2013的規定測試各齡期試件長度，限制膨脹率按式（1）計算。

式中：ε為所測齡期的限制膨脹率（%）；L1為所測齡期的試件長度測量值，單位mm；L為初始長度測量值，單位mm；L0為試件的基準長度，300mm。

3 試驗結果與討論

3.1 硫鋁酸鹽水泥摻量對膠砂強度的影響

膠凝材料選擇硫鋁酸鹽水泥與硅酸鹽水泥復合體系，復合膠凝材料膠砂強度隨著硫鋁酸鹽水泥摻量的變化和齡期的不同呈現出不同的發展趨勢，見圖1。

圖1 硫鋁酸鹽水泥對膠凝材料膠砂強度的影響

對于早期強度，硫鋁酸鹽水泥摻量在0～10%內增加時，復合膠凝材料的膠砂強度持續提高，但繼續增大比例對強度的提高效果不大，這是因為硫鋁酸鹽水泥本身具有快硬早強的性質，在水化早期就生成了大量的鈣礬石，給漿體提供了較大的抗壓強度。對于28d齡期，在0～30%以內，提高硫鋁酸鹽水泥摻量對強度是有利的。隨著硫鋁酸鹽水泥摻量的進一步增加，膠凝材料的膠砂強度先降低再增加，這是由于硫鋁酸鹽水泥摻量過大導致凝結時間太快，部分水泥來不及水化；另一方面隨著水化的進行，少量CSH凝膠填充了鈣礬石的孔隙，但部分未水化水泥形成了結構薄弱點，后期強度明顯降低。硫鋁酸鹽水泥摻量在20%時復合膠凝材料的早期強度和后期強度均可達到較高強度。

3.2 膨脹劑對膠砂水中限制膨脹率的影響

復配膨脹劑原材料為A生石灰、B硫鋁酸鈣。二者按照A∶B=1∶1、1∶2和2∶1三種比例混合得到3中膨脹劑，膠凝材料為硫鋁酸鹽水泥摻量20%的復合膠凝材料。7d水中限制膨脹率的測試結果見圖2。

圖2 不同膨脹劑的7d水中限制膨脹率

從圖2可知，三種膨脹劑均滿足標準規定的要求（7d水中膨脹率大于等于0.025%），且以A:B=2:1的效果最好。這是因為復合膠凝體系中摻有20%的硫鋁酸鹽水泥，體系中的三氧化硫含量較高，含氧化鈣的膨脹劑除了氧化鈣水化產生的體積膨脹外，其水化產物還為膠凝體系提高了鈣含量，對硫鋁酸鹽膨脹劑起到了一定促進作用，二者產生了較好的疊加效益。

3.3 減水劑對凈漿流動度的影響

選擇應用比較廣泛的聚羧酸減水劑（PCA）進行試驗，見圖3。

圖3 PAC摻量對凈漿流動度的影響

試驗結果表明：摻有PCA減水劑的水泥漿體初始流動度較大，飽和點明顯，為1.0%左右；30min后PCA減水劑飽和摻量凈漿流動度損失小，PCA減水劑可以使復合膠凝材料水泥漿體具有良好的流動性。

3.4 礦物摻合料對混凝土坍落度的影響

試驗在相同的水膠比條件下，保持膠凝材料的總量不變，比較摻合料的摻加量對混凝土性能的影響，配比見表8。

從摻合料種類和摻量對新拌混凝土坍落度的影響分析，粉煤灰對坍落度的影響較礦粉更加明顯，因為粉煤灰顆粒呈球形，對流動性貢獻較大；而復合以后的效果，隨著摻合料摻量的增加，坍落度逐步提高。

表8 不同摻合料摻量的復合膠凝材料混凝土配合比及初始坍落度

3.5 礦物摻合料摻量對混凝土抗壓強度的影響

試驗配比仍采用表8中的配比設計，抗壓強度測試結果見圖4。

圖4 礦物摻合料摻量對混凝土抗壓強度的影響

在復合膠凝體系的混凝土中，加入摻合料后，強度有所降低，尤其是早期強度降低明顯，且摻量越高降低幅度越大。因此礦物摻合料用量不應過大。

3.6 混凝土配合比設計及混凝土性能

根據實驗結果以及現行普通混凝土配合比設計標準（《普通混凝土配合比設計規程》JGJ 55-2011）進行配合比設計，見表9，并對其抗壓強度、坍落度、限制收縮率和抗滲性能進行測試。

3.6.1 配合比設計

混凝土配合比如表9所示，設計強度為C40。

表9 C40混凝土配比表（每m3）

3.6.2 抗壓強度

試驗結果見圖5，所設計的快硬無收縮混凝土，早期強度發展迅速，后期強度也有明顯增長，滿足設計要求

3.6.3 坍落度

坍落度測試結果見表10。經測定，所設計的適用于裝配式構件的快硬無收縮混凝土的工作性能可滿足實際施工需求。

圖5 混凝土的強度發展

表10 坍落度測試結果

3.6.4 限制膨脹率

經測定，所設計的快硬無收縮混凝土，14d水中的限制膨脹率為0.026%，然后放入溫度20℃、濕度大于60%的環境中至28d齡期，測定體積變形結果為0.005%，說明混凝土早期具有微膨脹性能，且隨著齡期的增長，混凝土的膨脹沒有發生倒縮，這就有利于提高混凝土與預制構件間的粘結力，從而提高結構的整體受力。

3.6.5 抗滲性能

根據表9進行配合比設計并對其抗滲性能進行測試，測試結果如表11所示。

表11 抗滲試驗結果

結果表明：混凝土可達到P9抗滲等級，說明混凝土的內部結構密實。

4 結論

（1）根據硫鋁酸鹽水泥和普通硅酸鹽水泥的性能特點，將二者復合，利用高效減水劑、緩凝劑、早強劑和礦物摻合料對其性能進行優化，制備了高流動性、高強度、無收縮的混凝土，其中硫鋁酸鹽水泥用量不宜超過20%，礦物摻合料用量不宜超過20%。

（2）所配制的混凝土1d強度達24.6MPa，28d強度達54.8MPa，28d空氣中限制膨脹率為0.005%，抗滲性能好，工作性好，完全滿足工程需求。