李龍梓，鄧建良，李酉成

（蘇州混凝土水泥制品研究院有限公司 江蘇省高耐久混凝土工程技術(shù)研究中心，江蘇 蘇州 215004）

0 引言

植筋加固技術(shù)是利用植筋膠將鋼筋植入結(jié)構(gòu)體內(nèi)的一種加固技術(shù)[1]，可以對(duì)混凝土結(jié)構(gòu)起到結(jié)構(gòu)性補(bǔ)強(qiáng)。當(dāng)前，有機(jī)植筋膠以其硬化速度快、強(qiáng)度高的特點(diǎn)得到工程修補(bǔ)加固領(lǐng)域廣泛采用[2]。但有機(jī)植筋膠是一種有機(jī)復(fù)合材料， 其具有耐熱耐候性差、 污染環(huán)境和對(duì)施工環(huán)境要求高等有機(jī)材料質(zhì)量通病[3]。為解決有機(jī)植筋膠的諸多缺點(diǎn)，研究人員著手研究無(wú)機(jī)植筋膠代替有機(jī)植筋膠。無(wú)機(jī)植筋膠是采用水泥作為主要膠凝材料、 添加砂和其他助劑配置而成。無(wú)機(jī)植筋膠有如下優(yōu)點(diǎn):①?gòu)?qiáng)度高、性能穩(wěn)定，具有很高的耐候性；②可在潮濕、高溫環(huán)境下施工；③無(wú)機(jī)植筋膠有較高堿度，可以保護(hù)鋼筋；④環(huán)保無(wú)污染[4]。在查閱了大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，研究了膠凝材料組分、硅灰、減水劑和膨脹劑對(duì)無(wú)機(jī)植筋膠的性能影響， 確定了最終配合比，并按照J(rèn)GJ/T 271—2012《混凝土結(jié)構(gòu)工程無(wú)機(jī)材料后錨固技術(shù)規(guī)程》 要求對(duì)無(wú)機(jī)植筋膠的約束拉拔效果進(jìn)行測(cè)試。

1 原材料及試驗(yàn)方法

1.1 原材料

（1）水泥：南京小野田生產(chǎn)的P·Ⅱ52.5R 水泥，京陽(yáng)水泥有限公司生產(chǎn)的快硬硫鋁酸鹽水泥（以下簡(jiǎn)稱SAC）；

（2）砂：石英砂，粒度分布20～40 目和60～100目；

（3）硅灰：山東博肯硅材料有限公司生產(chǎn)，平均粒徑在0.1～0.15 μm；

（4）減水劑：江蘇蘇博特新材料股份有限公司生產(chǎn)的聚羧酸減水劑，減水率25%；

（5）膨脹劑M：湖北三元特種建材生產(chǎn)的膨脹劑。

1.2 試驗(yàn)方法

按照J(rèn)GJ/T 271—2012 《混凝土結(jié)構(gòu)工程無(wú)機(jī)材料后錨固技術(shù)規(guī)程》標(biāo)準(zhǔn)制備材料，并測(cè)試凝結(jié)時(shí)間、膨脹率、力學(xué)性能和約束拉拔強(qiáng)度。表1 為無(wú)機(jī)植筋膠基本配合比。

表1 無(wú)機(jī)植筋膠基本配合比

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 膠凝材料對(duì)凝結(jié)時(shí)間和抗壓強(qiáng)度影響研究

在選擇無(wú)機(jī)植筋膠膠凝材料時(shí)， 應(yīng)選用普通硅酸鹽水泥和快硬硫鋁酸鹽水泥復(fù)合的方式制備。普通硅酸鹽水泥的耐久性較好，但存在凝結(jié)時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)和固化后體積收縮問(wèn)題?？煊擦蜾X酸鹽水泥的凝結(jié)時(shí)間較短，能夠快速凝結(jié)硬化形成強(qiáng)度，且硬化后會(huì)有體積微膨脹，有利于提升植筋效果。因此，在滿足施工工藝要求的前提下，研究不同普通硅酸鹽水泥和快硬硫鋁酸鹽復(fù)合比例對(duì)無(wú)機(jī)錨固膠凝結(jié)時(shí)間和抗壓強(qiáng)度的影響。不同比例膠材配合比的凝結(jié)時(shí)間和抗壓強(qiáng)度見(jiàn)表2。

表2 不同比例膠材對(duì)凝結(jié)時(shí)間和抗壓強(qiáng)度影響

由表2 可知:SAC/P·Ⅱ比例越小， 凝結(jié)時(shí)間越長(zhǎng)；當(dāng)SAC/PⅡ比例為8∶2～6∶4 時(shí)，無(wú)機(jī)植筋膠的終凝時(shí)間在40～120 min，滿足JGJ/T 271—2012《混凝土結(jié)構(gòu)工程無(wú)機(jī)材料后錨固技術(shù)規(guī)程》 中對(duì)材料凝結(jié)時(shí)間的要求。SAC/P·Ⅱ比例越小，1 d 和3 d 的強(qiáng)度都呈下降趨勢(shì)。前3 組1 d、3 d 和28 d 強(qiáng)度可以達(dá)到25 MPa、30 MPa 和50 MPa， 無(wú) 法 滿 足JGJ/T 271—2012 《混凝土結(jié)構(gòu)工程無(wú)機(jī)材料后錨固技術(shù)規(guī)程》 標(biāo)準(zhǔn)1d 抗壓強(qiáng)度≥30 MPa、28 d 抗壓強(qiáng)度≥60 MPa。因此，綜合考慮凝結(jié)時(shí)間和抗壓強(qiáng)度，選擇編號(hào)ZJ-3 為基本配方開(kāi)展后續(xù)試驗(yàn)。

2.2 無(wú)機(jī)植筋膠收縮膨脹性能研究

在工程加固領(lǐng)域，水泥基材料以其優(yōu)異的耐久性得到廣大用戶認(rèn)可。但與有機(jī)植筋膠相比，無(wú)機(jī)植筋膠的收縮會(huì)嚴(yán)重影響其植筋效果。水泥基材料在干燥情況下會(huì)出現(xiàn)干縮現(xiàn)象，導(dǎo)致植筋膠與植筋孔內(nèi)壁分離，影響植筋強(qiáng)度。因此，需摻入膨脹劑增強(qiáng)無(wú)機(jī)植筋膠與植筋孔的膨脹應(yīng)力，從而彌補(bǔ)后期產(chǎn)生的收縮應(yīng)力。本試驗(yàn)采用膨脹劑M，研究不同用量對(duì)試樣的膨脹性能影響，結(jié)果如圖1 所示。M對(duì)無(wú)機(jī)植筋膠力學(xué)性能的影響見(jiàn)表3。

表3 M 對(duì)無(wú)機(jī)植筋膠力學(xué)性能的影響

圖1 M 對(duì)無(wú)機(jī)植筋膠膨脹率的影響

由圖1 可知： 膨脹劑M 可以顯著改善植筋膠的膨脹性能。隨著膨脹劑M 的摻量增加，植筋膠的膨脹系數(shù)逐漸增大。當(dāng)其摻量為0.4%時(shí)，其膨脹系數(shù)達(dá)到0.2%左右，滿足JGJ/T 271—2012《混凝土結(jié)構(gòu)工程無(wú)機(jī)材料后錨固技術(shù)規(guī)程》 標(biāo)準(zhǔn)≥0.1%要求； 摻入膨脹劑M 會(huì)降低植筋膠的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度；膨脹劑M 是一種氧化鈣-硫鋁酸鈣膨脹劑（簡(jiǎn)稱CA 膨脹劑）。CA 膨脹劑的膨脹源是氫氧化鈣和鈣礬石，在水化早期反應(yīng)較快，迅速形成體積膨脹彌補(bǔ)水泥體積收縮，摻量越大，早期膨脹越大。但膨脹劑膨脹過(guò)程中會(huì)導(dǎo)致試樣內(nèi)出現(xiàn)微小裂縫， 導(dǎo)致力學(xué)性能的降低，因此，在滿足膨脹率的前提下不應(yīng)過(guò)量摻入膨脹劑。

2.3 硅灰對(duì)力學(xué)性能和施工狀態(tài)的影響

為了滿足JGJ/T 271—2012 《混凝土結(jié)構(gòu)工程無(wú)機(jī)材料后錨固技術(shù)規(guī)程》對(duì)強(qiáng)度的要求，采用摻入硅灰取代P·Ⅱ水泥方式來(lái)提高力學(xué)性能。此外，還應(yīng)保證植筋膠具有良好的施工狀態(tài)，無(wú)泌水。硅灰對(duì)力學(xué)性能和施工狀態(tài)的影響見(jiàn)表4。

表4 硅灰對(duì)力學(xué)性能和施工狀態(tài)的影響

由表4可知，在一定范圍內(nèi)，加入硅灰可以提高無(wú)機(jī)植筋膠的力學(xué)性能。當(dāng)硅灰的摻量達(dá)到5%時(shí)，可以滿足標(biāo)準(zhǔn)的抗壓強(qiáng)度要求。摻加硅灰能顯著增加漿體黏度，植筋膠的用水量增大。摻入硅灰量越大，植筋膠的施工性越差。硅灰是一種活性超細(xì)硅質(zhì)粉體材料。硅灰能夠與水泥水化產(chǎn)物生成凝膠體，填充水泥顆粒間的孔隙，改善使水泥基材料的內(nèi)部空隙結(jié)構(gòu)，提高密實(shí)度，顯著提高材料的力學(xué)性能。但硅灰的比表面積較大，需水量也較大，因此需增大減水劑的摻量來(lái)調(diào)整植筋膠的施工狀態(tài)。否則，硅灰會(huì)導(dǎo)致植筋膠的拌合性較差，降低其力學(xué)性能。

2.4 配方確定

通過(guò)大量試驗(yàn)研究， 最終確定水泥基植筋錨固膠配合比見(jiàn)表5。將配置的水泥基植筋膠按照J(rèn)GJ/T 271—2012 《混凝土結(jié)構(gòu)工程無(wú)機(jī)材料后錨固技術(shù)規(guī)程》規(guī)定的方式、成型、養(yǎng)護(hù)測(cè)試，選擇Ф25 鋼筋， 錨固深度150 mm， 性能測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表6。由表6 可知，水泥基植筋膠的基本性能均可以滿足JGJ/T 271—2012 《混凝土結(jié)構(gòu)工程無(wú)機(jī)材料后錨固技術(shù)規(guī)程》要求。

表5 水泥基植筋錨固膠配合比

表6 性能測(cè)試結(jié)果

3 結(jié)論

（1）采用普通硅酸鹽水泥和快硬硫鋁酸鹽水泥復(fù)合調(diào)整水泥基植筋膠的凝結(jié)時(shí)間可以起到顯著效果。當(dāng)SAC/P·Ⅱ比例為8∶2～6∶4 時(shí)，無(wú)機(jī)植筋膠的終凝時(shí)間在40～120 min，可以滿足JGJ/T 271—2012《混凝土結(jié)構(gòu)工程無(wú)機(jī)材料后錨固技術(shù)規(guī)程》。

（2）膨脹劑M 可以顯著改善植筋膠的膨脹性能。當(dāng)其摻量為0.4%時(shí)，其膨脹系數(shù)達(dá)到0.2%。

（3）在一定范圍內(nèi)，加入硅灰可以提高無(wú)機(jī)植筋膠的力學(xué)性能。但應(yīng)同時(shí)摻入減水劑，以保證水泥基植筋膠的狀態(tài)良好，否則效果適得其反。