套筒灌漿料在裝配式建筑中的應用及研究進展

劉庚樂 趙 鵬 秦 磊

（濟南大學，山東 濟南 250022）

隨著當今社會生產力的提高，經濟實力的不斷發展，很多國家的經濟支柱改變為建筑業。對環境污染大，生產周期長的傳統現澆模式，不能滿足國家對未來建筑業提出的要求，而建筑產業化是未來發展的趨勢，裝配式建筑使建筑業更加環保節能，建筑周期縮短，并且有著抗震防火、隔音防潮等優點，所以成為我國結構發展的重要方向。

1 背景

黨的十九大提出，要大力發展綠色生產，推進資源的節約和循環利用。2016 年，國務院在《國務院辦公廳關于大力發展裝配式建筑的指導意見》指出，要積極推進裝配式建筑的發展，明確了要規范體系、創新設計、優化生產等八項任務。根據住建部的規劃，裝配式建筑要在2025 年占新建筑比例的一半。裝配式建筑在施工過程中可以減少施工人員、降低材料消耗、減少環境污染，符合國家發展的要求。傳統的焊接和螺栓連接方式有著維修、安裝和安全等各種問題，所以逐漸被套筒灌漿連接替代[1]。 套筒、套筒灌漿料決定套筒灌漿連接的性能[2]。套筒灌漿料有著早期強度高、細骨料摻量高、流動性高等優點，性能影響著套筒灌漿連接的安全，也間接影響著結構的耐久性和安全性[3-5]。所以，研究套筒灌漿料的研究是十分必要的。

2 發展現狀

目前，裝配式建筑在大規模推廣，大部分裝配式建筑結構豎向預制構件絕大數都采用鋼筋套筒連接，并且關鍵受力部位全部采用鋼筋套筒連接，因此套筒灌漿料的質量至關重要。灌漿料技術的發展，各國科研單位都在研究上付出了很多努力，大致分為了一下幾個階段：粘土加石灰——水泥——化學類灌漿料——水泥基灌漿料[6]。化學類灌漿料存在環保問題、防火問題等，因此使用量在逐步減少。在二十世紀八十年代開始，國內外開始使用性能較好的水泥基灌漿料，基于其良好的耐久，超高的強度，極佳的流動性，價格便宜、對人沒有危害、對環境沒有污染等優點。套筒灌漿料的工作性能受很多因素的影響，近幾年，通過改變其內部因素，包括參合料、細骨料、外加劑、膠凝材料等，得到了許多符合各種特殊要求的套筒灌漿料[7]。

2.1 國外發展現狀

國外灌漿材料最早由1802 年由法國工程師charles.Berlghy 發明，主要由粘土和石灰漿液組成。主要用于注入墻體加固砌筑墻。直到1826 年，波特蘭水泥的出現為提高灌漿材料強度提供了基礎。1858 年前后，英國W.R.Kinippe 成功的制作出灌漿材料，使用的就是波特蘭水泥。隨著建筑行業的發展，許多灌漿材料不符合特定的要求，人們需要發明新的灌漿材料滿足工程的需要。1920 年，荷蘭工程師Joosten發明了化學灌漿法，后來，國際上研制出各種不同的化學類灌漿材料。

化學灌漿法在發展過程中出現了不少問題，不少人因為工程中使用化學灌漿材料導致中毒，在1974 年，日本使用丙烯酞胺灌漿液發生了大規模中毒事件，因此，丙烯酞胺在日本等國家使用受到了限制，所以人們把目光從化學灌漿材料到水泥基灌漿材料。1982 年，超細水泥基灌漿料發明，之后，德國P.Noske 發現通過一定量的超細水泥基灌漿料與水結合，得到具有良好的流動性、耐久性好、無毒無污染的超細水泥懸浮液[8]。

M.sahmaran 和N.Ozkan 等[9]人發現，灌漿料的流變性能能通過加入一定量的浮石粉來改變，浮石是一種海綿狀巖石，質量輕強度高，空隙率高，但是含有一定質量的氯離子，需要處理之后再使用。

B.Flekoglu 和B.Baradam 等[10]人發現，石灰粉的添加可以明顯的提高灌漿料的強度，填充效應使節構更加密實，通過反應生成氫氧化鈣和水化硅酸鈣凝膠，進一步優化了強度的發展。

Siong Kang Lim 等[11]研究了不同粒徑的沙子對灌漿料性能有著不同的影響，細沙可以增強灌漿料的長期強度，而粗砂可以提高早期強度。

W.G.Piasta 等[12]研究了硫酸鹽與壓應力的耦合作用下，壓應力會影響混凝土的抗硫酸鹽腐蝕，對混凝土的膨脹有一定的限制。

S.Laxmi[13]用硅酸鹽水泥與鋁酸鹽水泥復配出超早強灌漿料，這種灌漿料終凝時間15min，一小時抗壓強度10Mpa，兩小時20Mpa。

M.Saric-Coric 等[14]在灌漿料中摻入增稠劑和減水劑，發現加入增稠劑后會增加減水劑的用量，使灌漿材料有更低的泌水率，降低其抗壓強度。增稠劑和減水劑共同使用會使凝結時間增長。

2.2 國內發展現狀

20 世紀70 年代，我國引進大量國外大型設備，但是安裝時候遇到了問題，安裝設備需要大量灌漿材料，我國開始了灌漿料的研發工作，早期灌漿料為化學類灌漿料，有著毒性大、價格貴等問題。隨著工業發展，設備安裝需要更高的精度，在原有的工藝下，我國在20 世紀80 年代研制微膨脹的無機灌漿料并取得成功[15]。經過多年的研究，我國的灌漿料從單純的機械安裝到混凝土結構的修補。傳統灌漿料應用在灌漿套筒中會暴露出很多問題，因此要研制出特殊的灌漿料，在性質上要有微膨脹，凝結時間長特點，方便與套筒連接和工人施工[16]。通過試驗發現水泥種類、礦物摻合料、減水劑及膨脹劑都會對灌漿料性能產生影響。

李嶠玲[17]通過研究發現，石灰可以緩解泌水、增加膨脹率和早期強度，最佳摻量為百分之二，最佳硫鋁酸鹽水泥與普通硅酸鹽水泥比例為8∶2，膠砂比為1∶1.2。普通硅酸鹽水泥摻量的增大，會導致干縮率變大、灌漿料的早期和后期強度降低、后期流動性的下降。

林榮峰[18]通過實驗發現，聚羧酸相比萘系和氨系具有良好保坍能力，可以增強灌漿料的強度，設計合適的配合比會有良好的性能在灌漿料性能試驗中得到，要得到流動性能更好的灌漿料可以加入一定量的礦粉或粉煤灰，或者加入一定量的消泡劑，消泡劑也可以增加灌漿料的強度，并且使強度提高29%以上。

董軍軍[19]研究表明，增強套筒灌漿料的早期強度可以添加硅灰，增加后期強度可以添加礦粉，粉煤灰是影響后期膨脹率的一個因素，硅灰和礦粉復摻顯著影響3h 豎向膨脹率，而對24h 豎向膨脹率影響較小，石膏摻入可以發生反應生成鈣礬石。

李天水[20]通過研究發現，塑性膨脹劑可以有效緩解收縮，可以與消泡劑協同工作，產生必要的膨脹，利用高性能混凝土制備理論制備高性能水泥基，對緊密堆積模型進行計算，初步算出質量比，在Alfred 致密堆積模型時，調整模型系數q，取為0.19。

灌漿料性能會受到膠凝劑、骨料、外加劑、礦物摻合料等內部因素的影響，當在灌漿料使用的過程中會隨著外界因素的變化，受到不同作用的影響，比如高低溫、凍融循環、外界溶液侵蝕等。現在，許多研發人員對外界因素對灌漿料影響做出了相當多的探索，得出了結論。

張琪[21]通過研究發現普通硅酸鹽水泥和鋁酸鹽水泥共同作用，在600℃時，抗壓強度上升，在600℃到800℃區間，強度下降。高溫處理對超早強灌漿料的彈性模量影響很小，加固梁的極限荷載有所降低，抗彎性能影響較小。

馮世賢[22]通過實驗發現灌漿料的彈性模量隨著溫度升高而降低，隨著滲水率的增加而降低，粘結性能在單調荷載作用下，鋼筋與灌漿料的極限粘結應力，加卸載剛度，隨溫度升高而下降，經過高溫后，無箍筋試件的極限粘結應力、極限粘結位移小于有箍筋試件，溫度小于350℃時，有無箍筋粘結試件剛度變化不大，溫度等于550℃，有箍筋試件大于無箍筋試件。

任慧超[23]通過正交試驗配制出一種耐腐蝕灌漿料，且該灌漿料能經受住125 次凍融循環，并且在5%硫酸鹽及海水侵蝕30 次以上后，耐腐蝕系數仍大于0.75，具有良好的耐久性。

杭鑫坤[6]摻加一定量的硝酸鈉為防凍劑，研制出兩種低溫套筒灌漿料，對其豎向膨脹率，溫度影響、長期強度、氯離子含量進行試驗，滿足各方面標準要求。

于丹紅[24]進行了灌漿料在不同濃度鹽溶液進行凍融循環試驗，得到灌漿料強度和質量隨著凍融次數的增加現增加后降低，20%鹽溶液有利于試件抗凍。研究了灌漿料在不同濃度的鹽溶液浸泡會使試件耐腐蝕系數隨時間先增加后降低。

隨著現代工程的發展，傳統套筒灌漿料已經不能滿足要求，使得人們不得不進一步研究新型，符合現代工藝要求的套筒灌漿料。

3 結語

學術界進行了灌漿料各個方面的研究，對以后開發新型套筒灌漿料有著一定的借鑒意義，但還出現了一系列未能解決的問題。

第一，灌漿料仍需要解決膨脹和早強問題，需要在組分、性能關系和外加劑方面尋求突破。

第二，現階段灌漿料受環境因素影響較大，局限在一定溫度下才可以施工，否則影響水化，因此需要進一步研究。

第三，套筒灌漿料價格比較昂貴，在以后研究中，尋找新型外加劑和骨料有著重要意義。