钢筋套筒灌浆料作为干混砂浆的重要一员, 广泛应用于装配式建筑的主体连接领域, 该连接方式出现弥补了传统钢筋连接的不足^[1]。但因其特殊的工作环境, 对产品的的要求较高, 主要包括:无收缩、早强、高强以及较好的流动性^[2]。这就对灌浆料的组成提出了较高的要求。

灌浆料的组成包括主体的胶凝材料、集料以及助剂的部分, 与普通混凝土类似, 不同的原材料、水灰比及养护都会对强度造成一定的影响^[3]。

现今灌浆料的配置以高铝水泥和硅酸盐水泥复配作为主流方式。高铝水泥的快干、早强高强和微膨胀的特性提供灌浆料的早期强度, 而硅酸盐水泥后期强度高, 可以较好的弥补高铝水泥后期收缩和强度的降低, 使得水泥的强度可以维持在一个较高的标准之上。

本文所做的实验目的主要有2点, 第1是探讨高铝水泥与硅酸盐水泥较好的配比, 第2是比较减水剂加入量对灌浆料性能的影响。

本实验采用原材料包括:800目硅灰、CA50-900A, 郑州康辉建材有限公司;河沙20目~40目、60目~80目, 上海雷霞实业有限公司;海螺52.5水泥;聚羧高性能酸减水剂, 上海钦和化工有限公司。

钢筋套筒灌浆料的技术指标主要包括流动度、竖向膨胀率、抗压强度、沁水率和氯离子含量5个方面。流动度测试按照GB/T 2419《水泥胶砂流动度测定方法》中的测试方法进行;竖向膨胀率按照JG/T 408-2013《钢筋连接用套筒灌浆料》中的要求进行测试;抗压强度测试按照GB/T17671《水泥胶砂强度检测方法》中的要求进行测试;沁水率的测试按照GB/T50080-2002《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》进行测试;氯离子含量的测试因所选原料均未为含氯的化合物, 所以整体氯离子含量肯定满足要求, 故而不做测试。

限定灌浆料主体 (包括水泥、河沙2大类) 1000g, 采用控制变量方法进行实验, 一是改变高铝水泥与硅酸盐水泥的配比, 控制其他材料的加入量不变, 探讨配比对水泥性能的影响;二是只改变聚羧酸减水剂的加入量, 记录对加水量的影响, 同时入模养护了解减水剂的量对1d, 3d强度的影响。

测试的要求需要满足表1中各个标准。

一般而言, 高铝水泥与硅酸盐水泥并不能互相混合使用, 这是因为会发生闪凝现象, 本文选取特定的高铝水泥与硅酸盐水泥探讨两者比例在何种范围之内会有直观的闪凝现象出现。因此, 本节通过仅改变高铝水泥与硅酸盐水泥两者比例, 控制这两者总质量不变, 控制河沙 (为保证灌浆料具有较好的级配性能, 选取20目~40目与60目~80目的河沙质量比为1:1作为基本配比) 、减水剂 (加入量的选取为文献推荐值^[4]) 、硅灰 (用以改变灌浆料的流动性) 、加水的量一致, 探讨两者间不同比例混合的发生闪凝现象的差异。

从表2和图1中可以看出, 当高铝水泥与硅酸盐水泥的配比在1:5~2:1之间波动时, 30min的流动度都会变为0, 当配比在1:3~1:1之间波动时, 会发生闪凝现象, 该反应主要是因为两者混合后CH与AH₃反应生成C₃AH₆造成的。同样, 从表3和图1中也可以看出, 当高铝水泥量占到主体的时候, 短时间内并不会出现闪凝现象, 这也说明, 当CH的总体含量较低时, CH与AH₃反应生成C₃AH₆并不会有宏观的表现, 即产生闪凝现象。这就降低了对初期水泥浆体成型的影响。而在后期 (7d以后) 高铝水泥强度下降的过程中, 硅酸盐水泥中的C₃S和C₂S逐渐水化生成水化硅酸钙与氢氧化钙, 大大提升了灌浆料的后期强度, 从而保证了作为灌浆料体系的整体性能。

作为高性能聚羧酸减水剂, 在砂浆领域有着广泛的应用。聚羧酸减水剂主要是通过提高水泥凝聚体的分散度, 改变结合水、吸附水和游离水的比例, 提高游离水量, 从而提高水泥浆的流动性和稳定性。当然, 减水剂的用量需要在一个范围之内。当减水剂加入量过少时, 对灌浆料的减水效果将不会有很明显的表现;当减水剂加入量过大时, 对减水性能的提升并不会有所提高, 同时还会大幅增加灌浆料的成本, 这对产品进入市场是不利的。因而, 需要研究该减水剂的加入量对灌浆料体系的影响, 寻找较好的加入比例, 控制成本。

在灌浆料体系中, 高铝水泥与硅酸盐水泥的作为胶凝材料的主体, 两者的加入量很大程度上决定了整个灌浆料的成本。作为售价远高于硅酸盐水泥的高铝水泥, 在保证灌浆料性能的前提下, 需要尽量减少高铝水泥的用量, 来寻求合适的性价平衡点。通过3.3.1节中测试的结果, 选取高铝水泥与硅酸盐水泥质量比为2:1, 只改变聚羧酸减水剂的加入量, 其他保持不变, 来探讨该种减水剂加入量对灌浆料性能影响的差异。

从表3和图2中可以看出, 当减水剂量从1开始增加到3时, 0min和30min的流动度都有很大幅度的提高。而当减水剂量继续增加时, 0min和3min的流动度已经基本趋于稳定, 并未出现大幅增加或减少的情况, 因而基本可以确定该种减水剂在当总含量在0.3%左右时候, 对该灌浆料的减水效果已经达到一个定值。同时, 观察表3与图3中28d的抗压强度, 可以发现, 当该种聚羧酸减水剂加入量超过0.7%时, 其抗压强度有少许下降, 但对1d和3d的强度影响基本趋近于0。这可能是因为该减水剂在水泥与水界面产生的吸附层对硅酸盐水泥例子的絮凝结构凝聚会起到一定的空间阻碍作用, 当该减水剂加入量过大时, 会对后期硅酸盐水泥中的C₃S的水化产生一定影响, 从而对整体强度的少许降低。

作为灌浆料体系中胶凝材料的水泥和重要的减水剂组分, 这两者都直接影响着灌浆料的整体性能。探讨这两者的改变对灌浆料体系的影响, 在现今装配式建筑体系逐渐成为主流建筑体系的趋势下, 有十分重要的意义。通过调节高铝水泥与硅酸盐水泥的质量配比, 得出当两者比例为2:1时, 并不会出现闪凝现象, 同时也可以保证后期强度可以满足≥85MPa的钢筋套筒灌浆料的要求。同样, 改变灌浆料体系中的聚羧酸减水剂的含量, 将会, 将会有一个较好的性能, 同时拥有较低的成本。

本文研究的灌浆料体系经检验已满足JG/T 408-2013《钢筋连接用套筒灌浆料》的各项标准, 截取该种材料开发过程中相对重要的两个部分进行叙述。