淺析大摻量礦渣套筒灌漿料力學(xué)性能

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摘要：研究了不同種類、不同活性、不同摻量的礦物摻合料對(duì)套筒灌漿料力學(xué)性能的影響，并開(kāi)發(fā)了一種用于評(píng)價(jià)套筒灌漿料與鋼筋套筒握裹性能的測(cè)試方法。結(jié)果表明，與微珠粉、硅灰以及偏高嶺土相比，高活性礦渣粉的摻入能顯著改善套筒灌漿料的力學(xué)性能，且摻量占總材料質(zhì)量15%時(shí)效果最佳，28d抗壓強(qiáng)度達(dá)到135.4MPa。大摻量高活性礦渣套筒灌漿料能使灌漿料握裹力提高40%～60%。

關(guān)鍵詞：套筒灌漿料；礦物摻合料；力學(xué)性能；鋼筋套筒握裹力

前言

隨著建筑產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，作為建筑業(yè)發(fā)展重要方向的建筑工業(yè)化逐漸成為行業(yè)關(guān)注與研究的熱點(diǎn)，裝配式混凝土結(jié)構(gòu)則是建筑工業(yè)化的重要內(nèi)容，它具有高效率、低能耗和環(huán)保等特點(diǎn)[1]。在裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中，預(yù)制構(gòu)件的連接是影響結(jié)構(gòu)安全的關(guān)鍵，鋼筋套筒灌漿連接技術(shù)是構(gòu)成結(jié)構(gòu)整體性的關(guān)鍵手段之一[2]。鋼筋連接用套筒灌漿料（簡(jiǎn)稱套筒灌漿料）作為影響結(jié)構(gòu)可靠性的核心材料，近年來(lái)被國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛研究。研究方向涵蓋了套筒灌漿料物理性能[3]、低溫套筒灌漿料應(yīng)用性能[4-5]、鋼筋套筒灌漿連接件拉拔試驗(yàn)[6-7]、環(huán)境溫度對(duì)鋼筋套筒灌漿連接接頭性能的影響[8]及套筒灌漿料在橋梁工程中的應(yīng)用[9]等。已有的研究大都針對(duì)套筒灌漿料或鋼筋套筒灌漿連接試件性能，而關(guān)于套筒灌漿料鋼筋握裹強(qiáng)度的研究卻鮮有報(bào)道。本文擬研究不同礦物摻合料對(duì)套筒灌漿料力學(xué)性能的影響，并開(kāi)發(fā)了一種評(píng)價(jià)套筒灌漿料對(duì)鋼筋握裹性能的試驗(yàn)方法。

1試驗(yàn)

1.1原材料

膠凝材料：武漢華新水泥股份有限公司生產(chǎn)的P•O52.5水泥、深圳道特科技有限公司生產(chǎn)的精細(xì)沉珠（微珠粉）、山東盛世高鐵工程材料有限公司生產(chǎn)的活性礦渣粉、內(nèi)蒙古三鑫高嶺土有限責(zé)任公司生產(chǎn)的偏高嶺土、武漢源錦商品混凝土有限公司提供的硅灰，膠凝材料的主要化學(xué)成分見(jiàn)表1，水泥的物理力學(xué)性能見(jiàn)表2，微珠粉、偏高嶺土和礦渣粉的主要性能見(jiàn)表3。砂：連續(xù)級(jí)配的石英砂；減水劑：江蘇兆佳建材科技有限公司生產(chǎn)的ZJ-PC8010型高性能聚羧酸減水劑，減水率25%；膨脹劑：武漢善達(dá)化工有限公司生產(chǎn)的AC7000塑性膨脹劑，純度≥97%；保水劑：廣東龍湖科技股份有限公司生產(chǎn)的MT400PFV型保水劑；消泡劑：江蘇兆佳建材科技有限公司生產(chǎn)的D132型有機(jī)硅類消泡劑，有效固含量≥98%。

1.2試驗(yàn)方法

套筒灌漿料基本配合比：膠砂比1.5，水膠比0.217，礦物摻合料摻量占膠凝材料質(zhì)量的25%，摻加適量功能助劑。以某廠家市售的套筒灌漿料為基準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比，該產(chǎn)品符合JG/T408—2013《鋼筋連接用套筒灌漿料》各項(xiàng)指標(biāo)要求。（1）套筒灌漿料力學(xué)性能研究調(diào)整套筒灌漿料的配合比，分別摻入不同種類、不同活性、不同摻量的礦物摻合料，再通過(guò)粉劑聚羧酸減水劑調(diào)節(jié)漿體狀態(tài)，使套筒灌漿料具有良好的流動(dòng)性能。截錐流動(dòng)度試驗(yàn)方法參考GB/T50448—2015《水泥基灌漿材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》。將上述不同配比的套筒灌漿料用40mm×40mm×160mm三聯(lián)試模成型試塊，并在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱[溫度（20±1）℃、相對(duì)濕度95%]中養(yǎng)護(hù)1d后拆模，然后放入20℃水中養(yǎng)護(hù)到規(guī)定齡期，按照GB/T17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》測(cè)試抗折和抗壓強(qiáng)度。（2）鋼筋套筒灌漿連接試件握裹強(qiáng)度測(cè)試①準(zhǔn)備鋼筋和套筒：鋼筋等級(jí)為HRB400E，長(zhǎng)度（15±1）cm，且切割面須平整以便精確測(cè)試長(zhǎng)度；半灌漿套筒為規(guī)格16mm的球墨鑄鐵套筒。②綁扎鋼筋套筒：所有鋼筋插入套筒深度均控制在（5±0.4）cm。③灌漿：將套筒灌漿料按相應(yīng)的用水量加水?dāng)嚢璩删鶆驖{體，注入綁扎好的鋼筋套筒內(nèi)，并用橡膠塞封堵注漿口和出漿口，制得鋼筋套筒灌漿連接試件。④灌漿料試件成型：使用40mm×40mm×160mm的三聯(lián)試模成型試件，并與鋼筋套筒灌漿連接試件同條件養(yǎng)護(hù)。⑤試件養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期后，測(cè)試對(duì)應(yīng)灌漿料試件的強(qiáng)度，并對(duì)鋼筋套筒灌漿連接試件進(jìn)行抗拉性能測(cè)試，記錄鋼筋拔出的最大力值，計(jì)算灌漿料的握裹強(qiáng)度。表4為鋼筋套筒灌漿連接用灌漿料基準(zhǔn)配合比。圖1和圖2分別是成型后的鋼筋套筒灌漿連接試件以及對(duì)應(yīng)的抗拉性能測(cè)試試驗(yàn)?？估阅軠y(cè)試中，由于鋼筋與灌漿料接觸面上的剪應(yīng)力低于套筒內(nèi)壁與灌漿料接觸界面的剪應(yīng)力，當(dāng)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)持續(xù)加載時(shí)，鋼筋會(huì)從灌漿料中拔出，試驗(yàn)結(jié)束。握裹強(qiáng)度按式（1）計(jì)算：

2結(jié)果與討論

2.1不同礦物摻合料對(duì)套筒灌漿料力學(xué)性能的影響

不同礦物摻合料對(duì)套筒灌漿料性能影響的試驗(yàn)配合比和性能測(cè)試結(jié)果如表5~表7所示。由表5可見(jiàn)，隨著硅灰摻量的增加，套筒灌漿料的1、3、28d抗壓強(qiáng)度均先提高后降低，當(dāng)硅灰摻量為2%時(shí)抗壓強(qiáng)度最高。這是由于在一定摻量范圍內(nèi)硅灰具有潤(rùn)滑及密實(shí)填充作用，使得抗壓強(qiáng)度有一定幅度的提高[10]。而硅灰摻量超過(guò)2%時(shí)，套筒灌漿料的工作性能變差，漿體內(nèi)部不密實(shí)，導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度有輕微下降。由表6可見(jiàn)，隨著偏高嶺土摻量的增加、礦渣粉摻量減少，套筒灌漿料各齡期抗壓強(qiáng)度逐漸降低。一方面是由于偏高嶺土是一種層狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì)，能夠快速吸收水分，使得水泥顆粒向微細(xì)偏高嶺土周?chē)繑n，形成“粘稠點(diǎn)”，降低了水泥膠砂的流動(dòng)性；另一方面是因?yàn)樗x用的偏高嶺土活性指數(shù)較礦渣粉小，從而導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度降低。由表7可見(jiàn)，隨微珠粉摻量的增加，砂漿的流動(dòng)度增大，這是由于微珠粉是從粉煤灰中提取出來(lái)的一種全球狀、連續(xù)粒徑分布、超細(xì)、實(shí)心的硅鋁酸鹽材料，具有“滾珠效應(yīng)”，可改善砂漿和水泥的流變性，降低黏度。隨微珠粉摻量的增加和礦渣粉摻量的減小，套筒灌漿料的1、3d抗壓強(qiáng)度明顯降低，28d抗壓強(qiáng)度略微降低。這主要是因?yàn)槲⒅榉劢档土嗽缙诜磻?yīng)水化熱，摻量越高，早期抗壓強(qiáng)度越低。而其活性和填充性對(duì)套筒灌漿料后期抗壓強(qiáng)度又有一定的提高作用。

2.2鋼筋套筒灌漿連接試件的握裹強(qiáng)度

帶肋鋼筋與套筒灌漿料之間粘結(jié)性能研究是鋼筋套筒灌漿連接接頭應(yīng)用的理論基礎(chǔ)。帶肋鋼筋與灌漿料之間的粘結(jié)力由3部分組成[11]：（1）灌漿料膠體與鋼筋表面的化學(xué)膠結(jié)力；（2）鋼筋與灌漿料接觸面處的摩擦力；（3）鋼筋肋與灌漿料的機(jī)械咬合作用。表8為不同規(guī)格鋼筋、相同規(guī)格套筒時(shí)，鋼筋套筒灌漿（按表4配比）連接試件的握裹性能。由表8可以看出：隨著鋼筋直徑增大，鋼筋套筒連接試件內(nèi)的漿體厚度減小，試件極限承載力增大，握裹強(qiáng)度呈增大趨勢(shì)，這與文獻(xiàn)[12]的研究結(jié)果一致。但并不是鋼筋套筒連接試件內(nèi)漿體厚度越小越好，還要考慮到現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)方便鋼筋插入、方便灌漿施工等情況。圖3為不同齡期套筒灌漿料抗壓強(qiáng)度和握裹強(qiáng)度增長(zhǎng)曲線。從圖3可以看出，鋼筋套筒連接試件的握裹強(qiáng)度與連接二者的灌漿料抗壓強(qiáng)度呈正相關(guān)性，灌漿料抗壓強(qiáng)度越高，握裹強(qiáng)度越高。另一方面，由于高活性礦渣粉的摻入，套筒灌漿料早期強(qiáng)度增長(zhǎng)迅速，后期強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢，相應(yīng)的握裹強(qiáng)度也表現(xiàn)出相同的發(fā)展規(guī)律。

作者：鄒偉 周壯 吳文選 葉顯 孔金鳴 單位：武漢源錦建材科技有限公司