楊光，溫子怡，張?chǎng)?，楊雨順，趙靖銘

（1.西安歐亞學(xué)院人居環(huán)境學(xué)院，西安 710065；2.城市智慧建造陜西省高校工程研究中心，西安 710065）

1 引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)建筑行業(yè)的快速發(fā)展，預(yù)制裝配式混凝土建筑又開(kāi)始煥發(fā)出了新的生機(jī)[1]。預(yù)制構(gòu)件的標(biāo)準(zhǔn)化和生產(chǎn)的工廠化，為裝配式建筑的快速發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部已經(jīng)明確指出了“十四五”期間裝配式建筑發(fā)展的重點(diǎn)任務(wù)，從2021 年至2025 年裝配式建筑占新建建筑的30%以上[2]。為保證后期裝配式建筑結(jié)構(gòu)及構(gòu)件的穩(wěn)定性，套筒灌漿節(jié)點(diǎn)連接技術(shù)已經(jīng)成為裝配式建筑的一種普遍連接技術(shù)。該連接技術(shù)是裝配式建筑構(gòu)造部位節(jié)點(diǎn)連接的關(guān)鍵技術(shù)之一，穩(wěn)固的連接是結(jié)構(gòu)整體性和抗震能力的重要保證[3]。與傳統(tǒng)的連接技術(shù)相比較，套筒灌漿連接技術(shù)具有很多優(yōu)點(diǎn)：灌漿料具有早期微膨脹性好，強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)；施工能更快和更省。

當(dāng)前，工程施工采用的大都是鋼筋套筒灌漿料連接。其中，鋼筋套筒的質(zhì)量可靠性已經(jīng)得到完全解決，因此，灌漿料的性能對(duì)整個(gè)裝配式建筑物的穩(wěn)定性來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。通常，套筒灌漿料的膠凝材料主要以普通硅酸鹽水泥基和硫鋁酸鹽水泥基灌漿料為主，普通硅酸鹽水泥（OPC）的主要特性是抗凍性好，通常應(yīng)用于預(yù)應(yīng)力混凝土中[4]；而硫鋁酸鹽水泥（SAC）具有較高的早期強(qiáng)度、抗?jié)B抗凍性能優(yōu)良和耐腐蝕性好等特點(diǎn)，是制備該類(lèi)灌漿料的理想膠凝材料。但由于硫鋁酸鹽水泥后期強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢，甚至出現(xiàn)了倒縮的現(xiàn)象，故需加入礦物摻和料[5-7]，更有利于滿足環(huán)境溫度較低時(shí)的施工需求。

為了配制高強(qiáng)套筒灌漿料產(chǎn)品，本文以硫鋁酸鹽水泥作為套筒灌漿料的基礎(chǔ)膠凝材料，為防止套筒灌漿料后期出現(xiàn)強(qiáng)度倒縮的問(wèn)題，向硫鋁酸鹽水泥中加入適量的粉煤灰、硅灰，以改善套筒灌漿料的流動(dòng)性和抗壓強(qiáng)度，為后續(xù)類(lèi)似的工程提供理論性參考。

2 試驗(yàn)原材料和試驗(yàn)方法

2.1 原材料

硫鋁酸鹽水泥：P·O52.5R 水泥，山東臨朐勝濰特種水泥有限公司，符合GB 20472—2006《硫鋁酸鹽水泥》的相關(guān)規(guī)定，其水泥的力學(xué)性能如表1 所示。

表1 硫鋁酸鹽水泥的力學(xué)性能

細(xì)骨料：細(xì)砂粒徑小于4.75 mm 的天然砂、粗細(xì)適中且級(jí)配良好，細(xì)砂的級(jí)配如表2 所示。

表2 砂的級(jí)配

礦物摻和料：粉煤灰、硅灰、超細(xì)碳酸鈣（超細(xì)CaCO3），粉煤灰中因化學(xué)成分在潮濕環(huán)境中會(huì)與堿性物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生成某種膠凝物質(zhì)，對(duì)提高套筒灌漿料的抗壓強(qiáng)度起到一定的作用，可以明顯地提高流動(dòng)性和后期抗壓強(qiáng)度。

消泡劑：濟(jì)南國(guó)邦化工有限公司，白色粉末狀，后期攪拌過(guò)程中防止出現(xiàn)蜂窩麻面而影響試驗(yàn)要求。

緩凝劑：酒石酸，防止硫鋁酸鹽水泥凝結(jié)時(shí)間過(guò)快而影響施工質(zhì)量。

水：自來(lái)水或符合JGJ 63—2006《混凝土用水標(biāo)準(zhǔn)》用水。

2.2 試驗(yàn)方法

2.2.1 試驗(yàn)基本指標(biāo)及試塊準(zhǔn)備

硫鋁酸鹽水泥在初始時(shí)的流動(dòng)度需要達(dá)到300 mm 及以上才能滿足試驗(yàn)要求，在環(huán)境溫度為-5 ℃時(shí)，硫鋁酸鹽水泥的凝結(jié)時(shí)間依舊保持在30 min 以?xún)?nèi)，凝結(jié)時(shí)間太快而不能滿足試驗(yàn)的相關(guān)要求。因此，需添加適量的緩凝劑（酒石酸）從而延長(zhǎng)水泥凝結(jié)時(shí)間，使套筒灌漿料的性能發(fā)揮到最大。本文僅研究養(yǎng)護(hù)溫度為-5 ℃時(shí)套筒灌漿料的流動(dòng)度和抗壓強(qiáng)度，所選用水泥試塊模具為符合規(guī)范設(shè)計(jì)要求的40 mm×40 mm×160 mm 棱柱模具。

2.2.2 套筒灌漿料流動(dòng)度的測(cè)定

采用JG/T 408—2019《鋼筋連接用套筒灌漿料》附錄A 流動(dòng)度試驗(yàn)的有關(guān)準(zhǔn)則進(jìn)行流動(dòng)度的測(cè)定。

2.2.3 試驗(yàn)配合比

試驗(yàn)配合比對(duì)套筒灌漿料的抗壓強(qiáng)度性能起著決定性作用，合理的配合比設(shè)計(jì)可以使灌漿料的強(qiáng)度達(dá)到更高。本文選用的試驗(yàn)配合比為：水泥用量：700 g，且不超過(guò)最大用量的32%，水膠比為0.30。砂率不應(yīng)大于5%，否則會(huì)降低試件的抗壓強(qiáng)度和流動(dòng)性。試驗(yàn)中用的骨料均為細(xì)骨料，質(zhì)量分?jǐn)?shù)為15%，養(yǎng)護(hù)方式為標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)，配合比見(jiàn)表3。

表3 試驗(yàn)配合比

2.2.4 灌漿料抗壓強(qiáng)度的測(cè)定

在試驗(yàn)開(kāi)始前，應(yīng)先對(duì)攪拌機(jī)進(jìn)行加水潤(rùn)濕，再將各種外加劑加入水中使其攪拌均勻，依次將硫鋁酸鹽水泥、硅灰、粉煤灰和細(xì)砂放至攪拌機(jī)，用攪拌機(jī)進(jìn)行5 min 攪拌后，加入消泡劑放置約2 min 使攪拌過(guò)程中灌漿料內(nèi)產(chǎn)生的氣體自然排出，防止后期出現(xiàn)蜂窩麻面的現(xiàn)象，從而影響試件的抗壓強(qiáng)度及施工質(zhì)量。將配置好的套筒灌漿料一次性注入3 組40 mm×40 mm×160 mm 的水泥棱柱模塊中，模塊置于振動(dòng)臺(tái)上振動(dòng)1 min 后刮平，將灌漿料振實(shí)，再將其置于養(yǎng)護(hù)室溫度為-5℃下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)1 d、3 d 和28 d（7 d 負(fù)溫養(yǎng)護(hù)和21 d 標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)），研究不同養(yǎng)護(hù)齡期下套筒灌漿料的抗壓強(qiáng)度，試驗(yàn)中流動(dòng)度和抗壓強(qiáng)度均應(yīng)符合套筒灌漿料的性能規(guī)定。

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 不同粉煤灰摻量的流動(dòng)度測(cè)定

灌漿料在充分?jǐn)嚢柰瓿芍笤诃h(huán)境溫度為-5 ℃時(shí)進(jìn)行初始流動(dòng)度和30min 后流動(dòng)度測(cè)定，測(cè)定結(jié)果如圖1 所示。

圖1 流動(dòng)度測(cè)定

由圖1 可知，水膠比為0.30 的灌漿料流動(dòng)度隨粉煤灰摻量的增加不斷增大，由此可見(jiàn)，將適量的粉煤灰摻入灌漿料中時(shí)，可有效改善其流動(dòng)度，粉煤灰摻量為5%時(shí)，流動(dòng)度的增長(zhǎng)較為緩慢，達(dá)不到試驗(yàn)所需要求。而摻量為20%時(shí)，流動(dòng)度達(dá)到最佳。

3.2 不同摻量粉煤灰對(duì)套筒灌漿料抗壓強(qiáng)度的影響

根據(jù)先前的試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果分析來(lái)看，以硫鋁酸鹽水泥為主要的膠凝材料，以高強(qiáng)級(jí)配骨料、礦物摻和料及外加劑（超細(xì)CaCO3）等為主要原材料；將石英砂與膠凝材料按質(zhì)量比1∶1混合，配成套筒灌漿料進(jìn)行試驗(yàn)探究。

試驗(yàn)主要研究硫鋁酸鹽水泥在不同摻量的礦物摻和料下的抗壓強(qiáng)度。試驗(yàn)開(kāi)始前，應(yīng)將拌和水和套筒灌漿料充分?jǐn)嚢韬?，以確保材料的性能發(fā)揮到最大，套筒灌漿料拌成后將其置于相應(yīng)的環(huán)境溫度（-5 ℃）下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，探究不同摻量的粉煤灰對(duì)套筒灌漿料抗壓強(qiáng)度的影響，試驗(yàn)測(cè)定的抗壓強(qiáng)度如圖2 所示。

圖2 粉煤灰不同摻量對(duì)灌漿料的抗壓強(qiáng)度的影響

由圖2 可知，適量摻入粉煤灰可以提高套筒灌漿料的抗壓強(qiáng)度，這是由于粉煤灰的火山灰效應(yīng)，該效應(yīng)是基于粉煤灰中的某些化學(xué)物質(zhì)在濕度較高時(shí)，會(huì)與堿性物質(zhì)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，生成水化硅酸鈣的膠凝物質(zhì)，對(duì)套筒灌漿料的后期抗壓強(qiáng)度和流動(dòng)度起到一定的作用。當(dāng)摻量為5%、20%時(shí)，養(yǎng)護(hù)時(shí)間為28 d 時(shí)，灌漿料抗壓強(qiáng)度分別為80 MPa、98 MPa；可以看出，粉煤灰摻量為20%時(shí)的抗壓強(qiáng)度遠(yuǎn)大于摻量為5%時(shí)的抗壓強(qiáng)度，從圖2 中抗壓強(qiáng)度來(lái)看，養(yǎng)護(hù)周期為28 d 時(shí)、粉煤灰摻量為20%時(shí)效果最佳。

4 結(jié)論

以硫鋁酸鹽水泥基作為套筒灌漿料的膠凝材料，通過(guò)探究礦物摻和料的不同摻量對(duì)套筒灌漿料的流動(dòng)度和抗壓強(qiáng)度進(jìn)行試驗(yàn)，本文得出以下的結(jié)論。

1）從圖1 可知，粉煤灰的加入可以有效改善灌漿料的流動(dòng)性。隨著攪拌時(shí)間的不斷增大，套筒灌漿料的流動(dòng)度呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)。其中，粉煤灰摻量為20%時(shí)，流動(dòng)度性能最佳，從而達(dá)到了試驗(yàn)的相關(guān)要求。

2）從圖2 可知，礦物摻和料對(duì)灌漿料抗壓強(qiáng)度的影響較為顯著。隨著養(yǎng)護(hù)齡期不斷增加，不同摻量下灌漿料的抗壓強(qiáng)度也隨之增大。通過(guò)4 組的試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比分析可見(jiàn)，粉煤灰的摻量為20%時(shí)，套筒灌漿料的抗壓強(qiáng)度有較為明顯的提高，可滿足標(biāo)準(zhǔn)需求。

3）通過(guò)向套筒灌漿料中加入適量的礦物摻和料粉煤灰，對(duì)低溫型套筒灌漿料可以進(jìn)一步起到降低用水量的作用，從而明顯改善了灌漿料的流動(dòng)性，提高了其抗壓強(qiáng)度。

4）影響套筒灌漿料性能的因素較多，就水泥基灌漿料而言，應(yīng)該充分考慮到各種外界的干擾對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，從而提高套筒灌漿料連接節(jié)點(diǎn)的可靠性。