水泥基套筒灌漿料性能研究

孟凡雷 劉芳

西卡（中國）有限公司 天津 300122

2019年10月發布，2020年6月實施的《JG/T408-2019：鋼筋連接用套筒灌漿料》對套筒灌漿料的性能做出了修改和規定，其中修改了豎向膨脹率的指標范圍，新標準額外關注了套筒灌漿料的耐久性能，增加了28d自干燥收縮（≤0.04的性能指標）。

套筒灌漿料必須具備一定的微膨脹性能，而膨脹性能又與很多因素有關，在硫鋁酸鹽水泥-硅酸鹽水泥-石膏三元復合體系中，DaiYS通過石膏的摻量控制鈣礬石的生成量，進而控制膨脹率；徐玲琳研究了石膏類型對硫鋁酸鹽水泥-硅酸鹽水泥體系漿體膨脹的影響。在硅酸鹽水泥-硫鋁酸鹽體系中，膨脹劑的加入對提高鋼筋連接節點粘結力具有決定性作用。汪秀石發現套筒灌漿料的膨脹率隨膨脹劑摻量增加呈現增長趨勢，但量小于8.0%時，膨脹效果較差，摻量大于12.0%時，對流動度和強度會產生不利影響[1-4]。

本文在此基礎上，研究硫鋁酸鹽水泥、石灰石粉和膨脹劑對套筒灌漿料力學性能及膨脹性能的影響，并對原套筒灌漿料配方進行優化，得到滿足新標準要求的套筒灌漿料配方。

1 試驗原材料和試驗方法

1.1 原材料

水泥為廣元海螺水泥有限責任公司的P·O52.5R和SAC42.5R水泥。礦粉為武漢市盛大材料有限責任公司的S105級超細礦粉。石灰石粉為細度400目石灰石粉。減水劑為西卡聚羧酸高性能減水劑粉劑540P。消泡劑選用日本圣諾DEFOAMER60-FP消泡劑。所有原材料均符合相關國家標準要求。

1.2 試驗方法

抗壓強度測試參照GB/T17671中的有關規定執行；豎向膨脹率參照JG/T408-2019《鋼筋連接用套筒灌漿料》附錄C的有關規定執行，此外增加了常溫型套筒灌漿料豎向膨脹率非接觸式測量法；自干燥收縮試驗參照JG/T408-2019附錄D的有關規定執行。

2 試驗結果與討論

2.1 硫鋁酸鹽水泥的影響

在硅酸鹽水泥-硫鋁酸鹽水泥體系中，硫鋁酸鹽水泥主要起到早強和速凝的作用，本小節中通過控制變量法，固定其他摻量不變，硫鋁酸鹽水泥（SAC）的摻量分別為4%、6%、8%、10%進行試驗，抗壓強度結果見圖1，豎向膨脹率結果見表1。

圖1 硫鋁酸鹽水泥摻量對套筒灌漿料抗壓強度的影響

表1 硫鋁酸鹽水泥摻量對套筒灌漿料豎向膨脹率的影響

結果表明：隨著硫鋁酸鹽水泥摻量增加，套筒灌漿料的1d抗壓強度逐漸增加，3d和28d抗壓強度影響不大，硫鋁酸鹽水泥縮短了漿體的塑性階段時間，導致3h豎向膨脹率逐漸增加，24-3h豎向膨脹率逐漸減小，套筒灌漿料之間存在著1d抗壓強度和豎向膨脹率之間相互制約。

2.2 石灰石粉的影響

礦物摻合料取代水泥作為膠凝材料，對套筒灌漿料的力學性能和膨脹性能有一定影響。本小節中通過控制變量法，固定其他摻量不變，石灰石粉的摻量分別為0%、5%、10%、15%、20%進行試驗，抗壓強度結果見圖2，豎向膨脹率結果見表2。

圖2 石灰石粉摻量對套筒灌漿料抗壓強度的影響

表2 石灰石粉對套筒灌漿料豎向膨脹率的影響

結果表明：隨著石灰石粉摻量的增加，替換部分硅酸鹽水泥，套筒灌漿料的1d、3d和28d抗壓強度逐漸減小，同樣套筒灌漿料之間存在著1d抗壓強度和豎向膨脹率相互制約的關系，隨著1d強度的逐漸減小，3h豎向膨脹率逐漸減小，24-3h膨脹率逐漸增大。這種相互制約的關系可能與膨脹劑有關。

2.3 膨脹劑的的影響

膨脹劑摻量過高會導致套筒灌漿料體積穩定性不好，容易發生開裂，而膨脹劑摻量過低又會導致膨脹源不足，早期豎向膨脹不合格，適宜的膨脹劑摻量尤為重要，在本小節中，固定其他摻量不變，膨脹劑按摻量分別為5%、10%、15%、20%進行試驗，抗壓強度和豎向膨脹率結果見表3。

表3 膨脹劑摻量對套筒灌漿料的抗壓強度和豎向膨脹率的影響

結果表明：隨著膨脹劑摻量的增加，套筒灌漿料的3h、24h豎向膨脹率和24-3h豎向膨脹率逐漸增大，1d和3d強度影響不大，當膨脹劑摻量增加至20%時，試塊28d發生開裂。膨脹劑的摻量不宜超過15%。

2.4 自制鋼筋連接用套筒灌漿料配方優化

結合上述試驗規律，對自制鋼筋連接用套筒灌漿料配方進行完善，優化硫鋁酸鹽水泥摻量、石灰石粉摻量和膨脹劑摻量，制備出滿足JG/T408-2019《鋼筋連接用套筒灌漿料》的自制鋼筋連接用套筒灌漿料。實驗結果見表5。

表4 優化前后套筒灌漿料的性能測試

3 結語

通過研究硫鋁酸鹽水泥摻量、石灰石粉摻量和膨脹劑摻量對套筒灌漿料抗壓強度和豎向膨脹率的影響，可得到如下結論：

（1）隨著硫鋁酸鹽水泥摻量增加，套筒灌漿料的1d抗壓強度逐漸增加，硫鋁酸鹽水泥對套筒灌漿料1d強度影響顯著，縮短了塑性階段時間，導致其3h豎向膨脹率過高，24h豎向膨脹率不夠，套筒灌漿料之間存在著1d抗壓強度和豎向膨脹率之間相互制約。

（2）隨著石灰石粉摻量的增加，替換部分硅酸鹽水泥，套筒灌漿料的1d、3d和28d抗壓強度逐漸減小，同樣套筒灌漿料之間存在著1d抗壓強度和豎向膨脹率相互制約的關系，這種相互制約的關系可能與膨脹劑有關。

（3）隨著膨脹劑摻量的增加，套筒灌漿料豎向膨脹率逐漸增大，膨脹劑的摻量不宜超過15%。

（4）自制鋼筋連接用套筒灌漿料通過優化硫鋁酸鹽水泥摻量、石灰石粉摻量和膨脹劑摻量，可以得到早強、高強、大流動度、微膨脹無收縮的產品，完全滿足新標準的性能要求。