章　凱，葉基業(yè)

(1.浙江省建筑科學(xué)設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 310012；2.盈德氣體集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310007)

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加固用高性能水泥復(fù)合砂漿的研制

章凱1，葉基業(yè)2

(1.浙江省建筑科學(xué)設(shè)計研究院有限公司，浙江 杭州 310012；2.盈德氣體集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310007)

摘要：通過正交試驗(yàn)研究，結(jié)合國家規(guī)范《砌體結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范(GB 50702—2011)》中對于水泥復(fù)合砂漿力學(xué)性能及工作性能的相關(guān)要求，成功研制開發(fā)了一種新的加固用高性能水泥復(fù)合砂漿。

關(guān)鍵詞：加固；正交試驗(yàn)；正拉粘結(jié)強(qiáng)度

高性能水泥復(fù)合砂漿是以硅酸鹽水泥和高性能混凝土摻合料為主要成分，以及外加劑和少量有機(jī)纖維，加水和砂拌合而成的一種具有良好工作度的砂漿，硬化養(yǎng)護(hù)至設(shè)計強(qiáng)度后，具有高強(qiáng)度、低收縮，高抗裂性、密實(shí)性好，并與原構(gòu)件混凝土表面有較高的粘結(jié)強(qiáng)度[1]。該材料具有一般水泥砂漿無法比擬的優(yōu)越性，使得用這種新型復(fù)合材料加上鋼筋網(wǎng)形成的薄層片材加固混凝土結(jié)構(gòu)成為可能。通過一系列的實(shí)驗(yàn)研究，我們成功開發(fā)了一種新的加固用高性能水泥復(fù)合砂漿。本文將著重介紹其組成及配合比的研制過程。

1實(shí)驗(yàn)用原料及測試方法

1.1實(shí)驗(yàn)用原材料

1)水泥：采用海螺牌PO42.5水泥作為水泥復(fù)合砂漿的主要膠凝材料，其物理性能見表1。

表1　普通硅酸鹽水泥化學(xué)成分　%

2)砂：配制水泥復(fù)合砂漿，其骨料選用中砂，細(xì)度模數(shù)不宜小于2.5，質(zhì)量應(yīng)符合《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)(JGJ 52—2006)》的規(guī)定；本試驗(yàn)采用贛江中砂，砂的性能見表2。

表2　砂的性能指標(biāo)

3)硅灰：本文選用貴州海天牌硅灰作為高強(qiáng)礦物摻合料，比表面積為20 m2/g；

4)特種水泥砂漿專用增稠粉：由浙江建科新材料開發(fā)有限公司生產(chǎn)，是一款在特種砂漿中應(yīng)用的保水增稠材料，同時有一定的增強(qiáng)作用；

5)UEA型膨脹劑，市售工業(yè)品，有效膨脹率為0.02%～0.03%；

6)聚丙烯纖維：采用6 mm PP短纖維，市售工業(yè)產(chǎn)品。

1.2實(shí)驗(yàn)測試方法

正拉粘結(jié)強(qiáng)度測試參照《砌體結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范(GB 50702—2011)》附錄B進(jìn)行，抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)參照《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法(JGJ 70—2009)》進(jìn)行，其余力學(xué)指標(biāo)參照《建筑結(jié)構(gòu)加固工程施工質(zhì)量驗(yàn)收規(guī)范(GB 50550—2010)》進(jìn)行。

2配合比的確定

2.1正交試驗(yàn)設(shè)計與結(jié)果

本試驗(yàn)由于影響因素較多，采用正交試驗(yàn)設(shè)計是最理想的選擇。根據(jù)卜良桃等[2]對高性能水泥復(fù)合砂漿的研究可知，水泥復(fù)合砂漿與混凝土的粘結(jié)力是該材料配方技術(shù)的重點(diǎn)和難點(diǎn)，結(jié)合《砌體結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范(GB 50702—2011)》中對于正拉粘結(jié)強(qiáng)度的要求(≥1.8 MPa)，設(shè)置正拉粘結(jié)強(qiáng)度作為基礎(chǔ)配方設(shè)計的考核指標(biāo)。固定砂用量為50%，用水泥(記作A)、砂、硅灰(記作B)、膨脹劑(記作C)、特種水泥砂漿專用增稠粉(記作D)配制水泥復(fù)合砂漿，按L934正交表進(jìn)行正交試驗(yàn)，因素水平表見表3。

表3　正交試驗(yàn)各因素水平

本次試驗(yàn)采用固定用水量法來對比各組試驗(yàn)的正拉粘結(jié)強(qiáng)度，用水量大致為砂漿總量的0.15，此用水量下砂漿稠度大致在80 mm左右，按GB 50702—2011附錄B相關(guān)要求成型養(yǎng)護(hù)28 d后進(jìn)行正拉粘結(jié)強(qiáng)度測試，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4　正拉粘結(jié)強(qiáng)度測試結(jié)果

圖1　正拉粘結(jié)強(qiáng)度與各因素水平的關(guān)系

2.2分析與討論

從表中數(shù)據(jù)可以看出，本次試驗(yàn)中的正拉粘結(jié)強(qiáng)度均能滿足規(guī)范GB 50702—2011中≥1.8 MPa的要求，總體數(shù)據(jù)結(jié)果較理想，根據(jù)表4和圖1的極差分析結(jié)果可以看出，各因素對水泥復(fù)合砂漿的正拉粘結(jié)強(qiáng)度影響最大的是膠粉用量和水泥用量，根據(jù)各因素水平關(guān)系，結(jié)合極差分析中的k值，可以得到此次試驗(yàn)性能較好的配方是A1B3C3D2，即水泥∶

硅灰∶膠粉∶高效減水劑=60∶6∶6∶2，由此得出水泥復(fù)合砂漿的基礎(chǔ)配合比見表5。

表5　水泥復(fù)合砂漿基礎(chǔ)配合比

2.3強(qiáng)度與組成的關(guān)系

GB50702—2011規(guī)定水泥復(fù)合砂漿的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度分別不得低于45MPa和8MPa，考慮強(qiáng)度保證率和后續(xù)試驗(yàn)中為調(diào)整砂漿其他性能加入外加劑對強(qiáng)度性能帶來的不利影響。本試驗(yàn)中對砂漿強(qiáng)度指標(biāo)取規(guī)范規(guī)定中的120%，即抗壓強(qiáng)度≥54MPa，抗折強(qiáng)度≥9.6MPa，根據(jù)表5的基礎(chǔ)配合比，參照J(rèn)GJ70—2009成型抗壓強(qiáng)度試件，參照GB50550—2010成型抗折強(qiáng)度試件，標(biāo)養(yǎng)28d后分別對抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度進(jìn)行測試，試驗(yàn)結(jié)果見表6。

表6　基礎(chǔ)配合比抗壓/抗折強(qiáng)度試驗(yàn)

2.4配合比的優(yōu)化

2.4.1凝結(jié)時間的調(diào)整

通過上述試驗(yàn)得到了強(qiáng)度適宜的基礎(chǔ)配合比，但試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)，所配砂漿凝結(jié)時間過短，達(dá)不到施工要求，因此需要添加緩凝劑調(diào)節(jié)水泥復(fù)合砂漿的凝結(jié)時間，以便于涂刷施工。由于《砌體結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范(GB50702—2011)》中未對水泥復(fù)合砂漿的凝結(jié)時間作明確要求，本配方中根據(jù)廠家推薦摻量添加了0.1%的葡萄糖酸鈉。

2.4.2增強(qiáng)砂漿整體抗裂性

根據(jù)《砌體結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范(GB50702—2011)》對于水泥復(fù)合砂漿的定義及相關(guān)規(guī)定，用于結(jié)構(gòu)加固用水泥復(fù)合砂漿中應(yīng)摻入纖維來增強(qiáng)抗裂性，當(dāng)摻聚合物纖維時，聚合物纖維體積率不應(yīng)小于0.16%。

3系統(tǒng)性驗(yàn)證

根據(jù)《砌體結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范(GB50702—2011)》表4.7.3中對水泥復(fù)合砂漿安全性能指標(biāo)的相關(guān)要求及試驗(yàn)方法，對配方進(jìn)行系統(tǒng)性性能驗(yàn)證，各項指標(biāo)均能滿足規(guī)范要求。具體性能指標(biāo)見表7。

表7　系統(tǒng)性性能指標(biāo)

4結(jié)語

本文通過正交試驗(yàn)，研究了各主要組分及其用量對于水泥復(fù)合砂漿正拉粘結(jié)強(qiáng)度的影響，結(jié)合水泥復(fù)合砂漿的壓折強(qiáng)度性能確定了水泥復(fù)合砂漿的基本組成。在此基礎(chǔ)上，通過調(diào)整其凝結(jié)時間，以及摻入纖維，最終確定了加固用高性能水泥復(fù)合砂漿的配合比(表8)，最后得到其各性能指標(biāo)均能滿足《砌體結(jié)構(gòu)加固設(shè)計規(guī)范(GB50702—2011)》對于水泥復(fù)合砂漿的要求。

表8　加固用高性能水泥復(fù)合砂漿配合比

參 考 文 獻(xiàn)

[1]卜良桃.高性能復(fù)合砂漿鋼筋網(wǎng)加固混凝土結(jié)構(gòu)新技術(shù)[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社，2007.

[2]卜良桃，高偉，羅新華.高性能水泥復(fù)合砂漿與混凝土粘結(jié)性能鉆芯拉拔試驗(yàn)研究[J].湖南大學(xué)學(xué)報，2009(1)：19-23.

收稿日期：2015-12-28

基金項目：浙江省建設(shè)科研項目(2014Z003)

作者簡介：章凱(1979—)，男，浙江諸暨人，高級工程師，從事建筑材料研究工作。

中圖分類號：TU57+8.1

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1008-3707(2016)04-0056-03

Preparation of the Cement Composite Motar with HighPerformance Used for Reinforcement

ZHANG Kai1, YE Jiye2