低負溫環境下早期強度對套筒灌漿料性能影響研究

聶學富

（滁州學院后勤管理與基建處，安徽 滁州 239000）

0 引 言

隨著建筑工業化的發展，裝配式建筑已經得到了相當廣泛的應用[1,2]。裝配式混凝土結構中，構件間一般采用鋼筋套筒灌漿方式進行連接，利用套筒灌漿料將不同構件間的鋼筋和套筒連接為整體[3]。由于我國地域遼闊，不同地區氣候差異較大，在整個北方及西北高原地區，每年會長時間經歷低溫及負溫氣候條件，例如黑龍江地區每年滿足正常施工的時間僅有4 個月，青藏高原年平均氣溫為-4-6.9℃[4]。低負溫環境會嚴重影響灌漿料的水化并最終影響灌漿料的性能[5-7]。確保套筒灌漿料在低負溫環境下的性能，尤其是強度發展，對于整個裝配式結構的安全和耐久性能至關重要[8]。

根據對混凝土材料的研究發現，在低負溫環境中，環境溫度會明顯影響材料強度的發展[9,10]。但如果混凝土材料受低負溫環境影響前而具備一定的早期強度，則有利于混凝土材料在低負溫環境中繼續發展其強度[11]。但目前針對灌漿料早期強度對其在低負溫環境下強度發展的影響研究還較少。

1 試驗方案及過程

1.1 試驗方案

為了研究不同低負溫環境下不同早期強度對套筒灌漿料抗壓和抗折強度的影響，共設置了3 個不同的低負溫，溫度分別為5℃、0℃和-5℃。為了使灌漿料試樣產生不同的早期強度，試樣澆筑后首先置于標準養護箱中進行預養護，預養護時間分別設為0d、0.5d、1d、2d、3d 和5d，使之產生不同的早期強度，然后再轉移至不同低負溫環境中繼續養護，并在養護齡期達到7d、14d 和28d 時測其抗壓和抗折強度。

1.2 試驗材料及過程

試驗過程中，為了配制灌漿料，根據施工現場情況，利用水泥、河砂和水為原材料配制灌漿料，采用的配合比為水泥∶河砂∶水=1∶1∶0.5。按比例稱取各原材料進行攪拌均勻，然后澆筑到試樣模具中，模具尺寸為40mm×40mm×160mm。首先置于養護箱中在標準狀態下進行預養護，養護至預定齡期（0d、0.5d、1d、2d、3d 和5d）后，轉移至不同低負溫環境。低負溫環境采用環境溫度箱形成，溫度分別設置為5℃、0℃和-5℃。然后繼續養護至不同齡期（7d、14d 和28d），利用抗壓抗折試驗機測得試樣的抗壓強度和抗折強度。

2 試驗結果及分析

2.1 早期強度分析

對不同預養護齡期的試樣進行抗壓抗折試驗，得到不同試樣的早期強度，結果如圖1所示。

圖1 不同預養護齡期灌漿料早期強度

由圖1 可以看出，灌漿料試樣經過不同時間的預養護，產生了不同大小的抗壓和抗折強度。試樣預養護時間越長，產生的早期抗壓強度和早期抗折強度越大。其中，試樣預養護齡期為0d 時，即試樣未經過預養護而一直處于低負溫環境中，試樣的早期抗壓強度和抗折強度最小且均為0MPa；當預養護時間達到5d 后，試樣的早期抗壓和抗折強度最大，分別為7.28MPa和2.51MPa。

2.2 早期強度對抗壓強度影響分析

將不同早期強度的試樣分別轉移至低負溫環境（5℃、0℃、-5℃）中繼續養護，養護齡期分別達到7d、14d和28d時，測試試樣的抗壓和抗折強度，結果如圖2—圖4所示。

圖2 5℃養護灌漿料抗壓強度柱狀圖

由圖2 可以看出，在5℃養護溫度條件下，隨養護齡期增加，各試樣的抗壓強度均在逐漸增長；試樣早期強度越大，在養護至各齡期時試樣的抗壓強度越大。當養護至7d 時，預養護5d 試樣的抗壓強度最大為9.88MPa，預養護0d 試樣的抗壓強度最小為7.31MPa，最大值為最小值的1.35 倍。隨著養護齡期繼續增加至28d，預養護0d 試樣的抗壓強度依然最小為8.35MPa，預養護5d 試樣的抗壓強度最大為11.52MPa，最大值為最小值的1.38倍。

由圖3 可知，當養護溫度為0℃時，不同早期強度試樣的抗壓強度隨養護齡期增加而逐漸增長；同時可以看出在不同養護齡期時，均呈現出早期強度越大試樣的抗壓強度越大的規律。養護齡期從7d增加至28d 過程中，預養護0d 試樣的抗壓強度從5.75MPa 增加至7.34MPa，預養護5d 試樣的抗壓強度從9.76MPa 增加至10.87MPa。當養護齡期為7d時，預養護5d 試樣的抗壓強度為預養護0d 試樣抗壓強度的1.70倍，當養護齡期增加至28d時，該值為1.48倍。

圖3 0℃養護灌漿料抗壓強度柱狀圖

當養護溫度為-5℃時，由圖4可以看出，相對比養護溫度為5℃和0℃的養護溫度，試樣抗壓強度呈現相似的規律，但由于養護溫度較低，相同齡期下試樣的抗壓強度整體偏低。養護齡期從7d 增加至28d過程中，恒低負溫養護試樣抗壓強度從2.65MPa增加至4.22MPa，預養護5d 試樣的抗壓強度從7.56MPa增加至7.93MPa。當養護齡期從7d增長為28d 時，預養護5d 試樣的抗壓強度與預養護0d 試樣抗壓強度的比值從2.85倍變為1.88倍。

圖4 -5℃養護灌漿料抗壓強度柱狀圖

由圖2、圖3、圖4 分析可知，不同早期強度灌漿料在5℃、0℃和-5℃養護條件下，隨著養護齡期的增加，試樣的抗壓強度均會逐漸增加。且養護溫度越高，試樣所獲得的抗壓強度越大，在相同齡期條件下-5℃養護溫度時試樣的抗壓強度明顯小于5℃和0℃養護溫度。在相同養護溫度和相同養護齡期時，早期強度越大的試樣，其所達到的抗壓強度越大。并且根據不同養護溫度下，預養護0d和預養護5d 試樣的抗壓強度關系發現，養護溫度越低，不同早期強度試樣間的差值越大，說明養護溫度越低，早期強度對抗壓強度的發展影響越大，較高的早期強度有利于灌漿料強度在低負溫環境下的發展。

2.3 早期強度對抗折強度影響分析

將不同早期強度的試樣置于5℃、0℃和-5℃養護環境中繼續養護，齡期養護至7d、14d 和28d 時分別測其抗折強度，結果如圖5—圖7所示。

圖5 5℃養護灌漿料抗折強度柱狀圖

由圖5可知，5℃養護溫度下，在相同齡期，試樣的早期強度越大，試樣所達到的抗折強度越大。預養護0d 試樣的抗折強度最小，隨養護齡期增加，試樣抗折強度從2.27MPa增加到3.2MPa；預養護5d試樣的抗折強度最大，隨養護齡期增加，試樣抗折強度從5.13MPa 增加到5.4MPa。在養護齡期從7d 增長至28d 時，抗折強度最大值和最小值的比值由2.26倍變化為1.69倍。

由圖6 可知，在0℃溫度養護條件下，試樣抗折強度隨齡期的增長逐漸增加，但試樣整體抗折強度較5℃時明顯偏低。養護7d 時，恒低負溫養護試樣抗折強度最低為2.05MPa，預養護5d 試樣抗折強度最大為4.06MPa，為最小抗折強度的1.98 倍。養護齡期28d 時，恒低負溫養護試樣抗折強度最小為2.91MPa，預養護5d 試樣抗折強度最大為4.34MPa，為最小值的1.49倍。

圖6 0℃養護灌漿料抗折強度柱狀圖

由圖7可以看出，養護溫度為-5℃時，試樣整體抗折強度比5℃養護時低，且與0℃時相差不大。當養護齡期7d時，恒低負溫養護試樣抗折強度最低為1.84MPa，預養護5d 試樣抗折強度最大為3.94MPa，為最小強度的2.14 倍。養護齡期為28d 時，恒低負溫養護試樣抗折強度增長為2.87MPa，預養護5d 試樣抗折強度增長為4.18MPa，為預養護0d 試樣抗折強度的1.46倍。

圖7 -5℃養護灌漿料抗折強度柱狀圖

由圖5、圖6、圖7 可知，在不同養護溫度下，灌漿料試樣的抗折強度均隨齡期的增長而增加，但5℃時增加比較明顯，0℃和-5℃時明顯增長緩慢。同時發現，試樣早期強度越大，在相同養護溫度和養護齡期時，試樣所達到的抗折強度越大。說明試樣早期強度的存在，明顯有利于其在低負溫環境下抗折強度的增長，且早期強度越大，試樣后期所能夠達到的強度越大。在同一溫度下，隨養護時間的增加，抗折強度最大值與最小值間的差距在逐漸減小。

3 結 論

1.在不同低負溫環境下，套筒灌漿料試樣隨齡期的增長，抗壓和抗折強度均逐漸增加。對于抗壓強度，-5℃養護溫度時，其強度明顯低于5℃和0℃養護條件；對于抗折強度，0℃和-5℃養護時強度相差不大且明顯低于5℃養護條件。

2.對于抗壓強度，在相同的養護溫度和養護齡期時，早期抗壓強度越大，試樣最終獲得的抗壓強度也就越大。同時，養護溫度越低，早期強度對后期強度增長產生的影響越明顯。

3.對于抗折強度，在相同的養護溫度和養護齡期時，早期抗折強度越大，試樣最終獲得的抗折強度也就越大。但同時發現，在同一低負溫環境下，隨養護齡期的增加，試樣抗折強度最大值與最小值間的差距在逐漸減小。