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裝配式建筑鋼筋套筒灌漿料研究
發布時間:2019/7/12 10:04:32 作者:山東聊城金峰金屬制品有限公司

伴隨經濟的快速發展, 建筑業也發生了革命性的變化, 傳統的建筑產業能耗大、污染率高, 已經不符合現今社會的發展。上世紀從西方興起的裝配式建筑如今正如火如荼地發展起來, 裝配式建筑施工速度快、能耗低、不污染環境, 成為未來建筑業發展的大趨勢。而鋼筋套筒灌漿料的優劣直接關系到建筑物的整體穩定性[1], 傳統灌漿材料存在強度不夠、膨脹性不足等諸多問題, 因此研制高性能灌漿料對實現建筑產業化意義重大。

1 原材料

1.1 水泥

由于灌漿料的強度要求較高, 故試驗需采用高強度早強水泥, 選取華東地區某品牌52.5R水泥, 表面積為375m2/kg, 其標準稠度用水27.2%, 初凝2h20min, 終凝3h。

1.2 硅灰

硅灰粒徑較小, 硅灰和水泥顆粒攪拌在一起能使灌漿料密實度更高, 硅灰可以提高灌漿料的抗壓、抗折和抗滲等性能[2]。同時, 硅灰的價格較水泥低, 能夠降低成本。本試驗用北京某公司生產的硅灰。

1.3 粉煤灰

粉煤灰不但可以增強砂漿的密實性, 而且可以降低成本, 提高砂漿的力學性能[3], 但粉煤灰在施工過程中會造成粉塵污染。本試驗采用某電廠一級粉煤灰。

1.4 礦粉

礦粉可以減少砂漿的泌水量, 同時不損害灌漿料的流動性, 改善灌漿料的和易性[4]。本試驗采用河北某公司生產的超細礦粉, 運費較為適中。

1.5 細集料

采用三種粒徑的砂子。石英砂粒徑分別為0.15~0.3mm, 0.21~0.43mm, 0.5~1.0mm。

1.6 塑性膨脹劑

塑性膨脹劑是保證灌漿料早期膨脹性能的重要試劑。本試驗膨脹劑由北京某公司提供。

1.7 緩凝劑

緩凝劑對灌漿料影響特別明顯, 它可以延緩水泥的水化過程[5]。本試驗采用的是酒石酸緩凝劑。

1.8 減水劑

試驗采用固體聚羧酸系減水劑。聚羧酸系減水劑與水泥適應性好, 但聚羧酸系減水劑也有不足之處。首先是聚羧酸系的功能性產品較少;其次是它的黏度高, 在高摻合材、低水膠比混凝土配制中, 砂漿黏度高, 不利于施工[6]。

1.9 消泡劑

本試驗的消泡劑是有機硅, 消泡效果符合試驗的要求。

1.1 0 水

采用普通自來水。

2 試驗方法

2.1 灌漿料流動性能測試方法

灌漿料的流動性是保證灌漿料能夠正常使用的重要指標, 根據《水泥基灌漿材料應用技術規范》, 用微坍落度測量灌漿料的流動度[7]。

錐模上口直徑為70mm, 下口直徑為100mm, 錐模的高度為60mm;將剛攪拌好的灌漿料倒入錐模中, 錐模下面放置玻璃板使灌漿料能無阻力地流動, 用刮刀將上口刮平后將錐模勻速提起, 當灌漿料在玻璃板上流動靜止時, 測量兩個垂直方向的尺寸得平均值。

2.2 豎直自由膨脹率試驗

根據《水泥基灌漿料應用技術規范》, 采用百分表法進行測量[8], 如前所述砂漿豎直自由膨脹率對整個灌漿料性能來說至關重要。具體步驟如下:在試模中間位置處水平放上光滑的玻璃板;把拌合料倒入試模, 一次倒入, 將兩側的漿體用濕棉絲覆蓋;在玻璃板中央處垂直 (與玻璃板) 放上百分表測量頭, 固定好裝置;當時間為30s時, 記錄讀數, 記為H0, 操作時間過程不宜過長, 應該在3min內完成, 在加水攪拌后的3h和24h的時候, 讀取百分表的讀數Ht, 在操作的整個過程中, 要保持整個裝置穩定不受外力的干擾, 不產生震動, 此外還需要確保整個過程中試樣的成型養護溫度為 (20±2) ℃。

豎向膨脹率的具體計算如式 (1) :

 


式中:εt—試驗計算試件的豎向膨脹率, %;

H0—所用試件初始的高度, mm;

Ht—時間從加水攪拌開始t后的試件高度, mm;

H—試件規定的基準高度, 取l00mm。

2.3 抗折、抗壓強度試驗

抗折抗壓試驗使用的儀器是全自動水泥強度試驗機, 灌漿料的抗折、抗壓強度直接關系到灌漿料在實際應用中的效果。抗折試驗過程中, 我們設定速度均勻加載, 試驗速度為50N/S, 抗壓強度試驗過程中, 速度也為均勻加載, 速度為4KN/S[9]。

3 鋼筋套筒連接用灌漿料的性能研究

水泥基灌漿料良好的性能是保證其工程應用的前提, 影響灌漿料性能的因素有很多, 試驗材料如第二部分所述, 分別是P.II52.5R海螺水泥、粒徑分別為0.15~0.3mm, 0.21~0.43mm, 0.5~1.0mm的普通砂, 以河北靈壽縣恒石礦產品工廠的粉煤灰、河北科旭建材有限公司生產的硅灰、河北廊坊雙貴化工產品銷售有限公司的聚羧酸系減水劑、河北閔諾生物科技有限公司的酒石酸緩凝劑為原材料。實驗采取的膠砂比為1/1。下面對各種因素對它的影響進行分析。

3.1 水泥基灌漿料流動性能影響因素研究

3.1.1 水灰比對灌漿料的流動性影響

將原材料加進砂漿攪拌機內, 加水攪拌制成灌漿料。按照規定的時間攪拌, 制成后直接按照《水泥膠砂流動度測試方法》進行流動度測試, 首先按照經驗值大致設定幾組水膠比, 當水膠比在0.24~0.26時比較合適, 我們從這幾組水膠比中選取幾組來表明不同水膠比對水泥基灌漿料工作性的影響, 見表1。

表1 不同水膠比灌漿料流動度     

表2 不同聚羧酸系高效減水劑摻量對水泥基灌漿料流動度的影響     

表3 不同增稠劑摻量水泥基灌漿料的工作性   


表4 不同緩凝劑摻量灌漿料的流動度     

由表1可知, 對水泥基灌漿料, 當水膠比為0.24時, 可以保證初始流動度大于300, 水膠比低有利于灌漿料的強度。灌漿料強度是灌漿料性能的基本保證, 而配比中的水分和強度成反比, 但配比中水分過低會影響灌漿料的流動性;尤其是靜止0.5h的流動度。0.24的水膠比可以保證初始流動度在310mm以上, 30min后的流動度在300mm以上。從試驗結果可看出, 流動性隨著水膠比的增大而提高, 含水量增多, 流動性自然增加。

3.1.2 減水劑摻量對水泥基灌漿料的流動性影響

灌漿料要想獲得較大的流動性必須摻加高效減水劑[10]。但是, 減水劑與不同水泥之間的適應性有很大差別。試驗在原材料基礎上摻入不同量的聚羧酸系高效減水劑, 測定水泥基砂漿初始流動度, 結果見表2。

由表2可以看出, 聚羧酸系的摻量和灌漿料的流動性成正比關系, 當其摻量超過0.7%時, 會出現離析泌水等現象, 所以本試驗采用0.7%的摻量, 滿足灌漿料的試驗要求。

3.1.3 增稠劑摻量對水泥基灌漿料流動性的影響

增稠劑可以保證灌漿料的黏稠性。但當增稠劑的摻量超過0.01%時, 灌漿料的強度會呈現斷崖式的下降[11]。試驗在原材料的基礎上摻入不同劑量的有機硅, 測定水泥基砂漿流動度, 結果見表3。

由表3可知, 隨著增稠劑用量的增加, 灌漿料的流動性先增加后降低, 說明增稠劑對灌漿料的工作性有一個最佳摻加量在0.0072%~0.0083%之間, 本試驗取0.0072%滿足要求。

3.1.4 緩凝劑摻量對水泥基灌漿料流動性的影響

試驗在原材料的基礎上摻入酒石酸緩凝劑。第一組試驗沒有加入酒石酸, 按照不同的酒石酸摻量做三組對比試驗, 按照《水泥膠砂流動度測試方法》所示的要求進行流動度測試, 見表4。

由表4可看出, 當灌漿料里不摻加緩凝劑時, 灌漿料30min后的流動度低于300mm, 不滿足灌漿料的要求, 需要摻加緩凝劑來延長灌漿料的凝固時間;當摻加量為0.3%時, 灌漿料會出現過分緩凝的現象, 會抑制灌漿料的水化, 影響灌漿料強度的增長, 本試驗取緩凝劑摻量為0.2%。

3.2 水泥基灌漿料力學性能影響因素研究

灌漿料的強度是灌漿料重要的一種性能, 它直接影響裝配式建筑整體的使用性和耐久性。本節對灌漿料強度做出具體的分析。

3.2.1 水膠比對灌漿料力學性能的影響

將不同水膠比的灌漿料制好后, 倒入尺寸為40mm×40mm×160mm的試模中, 試模為標準的三聯模, 每塊模具可以得出一組灌漿料強度的數據, 三組數據求得平均值即為這次灌漿料強度的實驗值, 將其裝滿、刮平。標準養護后測量1d、3d、28d的抗壓強度值。

通過調節水膠比, 測定不同水膠比的強度數據。試驗結果見表5。

由表5可知, 水膠比和1d、3d、28d的強度成反比, 因為灌漿料中水分增多, 會形成很多的自由水分, 自由水蒸發以后在漿體內部會留下大量的毛細孔, 這些毛細孔在試件受壓時大大降低了試件的強度[12]。但是不能一味地降低水膠比, 首先是水膠比過低會影響灌漿料的流動性, 其次是如果材料里水分過少, 部分水泥無法發生水化反應, 也會影響到灌漿料的強度。由試驗數據可知, 當水膠比為0.24時, 其灌漿料強度符合要求。

3.2.2 塑型膨脹劑摻量對灌漿料強度的影響

試驗摻加不同比例的塑性膨脹劑, 來研究塑性膨脹劑對灌漿料強度的影響, 將按照上述配比制備的灌漿料倒入尺寸為40mm×40mm×160mm的試模中, 試模為標準的三聯模, 每塊模具可以得出一組灌漿料強度的數據, 三組數據求得平均值即為這次灌漿料強度的試驗值, 將其裝滿、刮平。標準養護后測量1d、3d、28d的抗壓強度值。不同膨脹劑摻量下灌漿料的強度見表6。

表5 不同水膠比下灌漿料的強度    

3.2.3 消泡劑摻量對灌漿料強度的影響

試驗往材料里加入不同量的消泡劑, 倒入尺寸為40mm×40mm×160mm的試模中, 試模為標準的三聯模, 每塊模具可以得出一組灌漿料強度的數據, 三組數據求得平均值即為這次灌漿料強度的實驗值, 將其裝滿、刮平。標準養護后測量1d、3d、28d的抗壓強度值。灌漿料的強度見表7。

由表7可知, 隨著消泡劑摻量的增加, 灌漿料內部的氣泡越來越少, 灌漿料內部結構愈加密實, 進而灌漿料的強度越來越強。本試驗取0.03%。

3.3 水泥基灌漿料膨脹性能影響因素研究

體積穩定性是灌漿料性能的重要指標, 因為當把灌漿料倒入套筒內時, 如果灌漿料發生收縮, 那么會嚴重影響整個鋼筋套筒的拉拔性能, 在實際應用的過程中鋼筋很可能會被抽出, 關系到建筑物的整體穩定性。灌漿料的膨脹可以分為漿體早期膨脹 (凝結前的膨脹) 和漿體中后期膨脹 (凝結后的膨脹) 。

表6 塑性膨脹劑摻量對灌漿料強度的影響    

表7 不同消泡劑摻量下灌漿料的強度    

3.3.1 早期膨脹劑對水泥基灌漿料變形性能的影響

實驗采用塑性膨脹劑和UEA膨脹劑, 當只采用塑性膨脹劑時, 膨脹的系數見表8。

塑性膨脹劑摻量和早期膨脹量成正比, 但塑性膨脹劑不能保證灌漿料的后期膨脹率, 而后期膨脹率也是灌漿料重要的性能之一[13], 所以需要摻加普通的UEA膨脹劑。試驗取塑性膨脹劑摻量為0.2%時, 灌漿料膨脹率可以到達0.022%, 滿足膨脹率的要求。

表8 不同塑性膨脹劑摻量的影響      

表1 0 不同膠砂比灌漿料的流動度      

3.3.2 UEA膨脹劑對水泥基灌漿料變形性能的影響

試驗采用塑性膨脹劑和UEA膨脹劑, 固定塑性膨脹劑為0.05%時, 不同UEA膨脹劑下灌漿料的膨脹系數見表9。

由表9可知, 純水泥的灌漿料拌合一段時間后就會產生收縮;摻加UEA膨脹劑后, 漿體的自由膨脹率顯著增大;成型3h時, 摻1%、3%、5%, UEA膨脹劑漿體的豎直自由膨脹率分別為0.2%、0.4%、0.51%;24h時, 漿體的豎直自由膨脹率分別為0.02%、0.03%、0.04%。試驗采用UEA膨脹劑的摻量為5%。

表9 UEA膨脹劑對砂漿膨脹的影響   

表1 1 硅灰和粉煤灰的摻量和重量     

表1 2 硅灰和粉煤灰的摻量和重量    

表1 3 最佳配合比灌漿料的性能 

4 水泥基灌漿料的最佳配合比

4.1 膠砂比對灌漿材料性能的影響

灌漿料中骨料的含量關系到整個灌漿料的性能, 骨料過少會降低灌漿料的流動性, 試驗采用單一變量原則, 在相同的條件下分別研究膠砂比為1∶1、1∶1.25、1∶1.5的流動性, 試驗結果見表10。

由表10可知, 當膠砂比為1∶1.25和1∶1.5時, 灌漿料的流動不均達不到300mm, 當然如果摻加聚羧酸系, 灌漿料流動度可以得到提升, 這里為了保證灌漿料在任何條件下能夠得到較高的流動度 (初始和30min后的流動度都大于300mm) , 所以本試驗選取的膠砂比為1∶1。

4.2 礦物摻合料對灌漿材料性能的影響

膠凝材料是灌漿料最基本的構成材料, 如果只是用水泥作為灌漿料的膠凝材料, 制備的灌漿料達不到理想的狀態, 縱使外加劑搭配合理也會因其膠凝材料密實度不夠, 生產出來的灌漿料強度很難達到標準的要求。所以選取合理的礦物摻合料對灌漿料來說十分必要[14], 根據最大密實度理論, 來選擇和水泥搭配的礦物摻合料及礦物摻合料好的流動性和強度, 確定硅灰與粉煤灰的最佳摻量, 發揮各自的優勢, 這樣得到的膠凝材料最密實, 把已經攪勻的礦物摻合料裝進相同容積的容器中去, 測它們的重量, 試驗數據見表11。

由表11可知, 當硅灰摻量為5%、粉煤灰摻量為8%時, 容積的重量最大, 可知此時容積內的干粉密實度最高, 同時硅灰摻量為5%、粉煤灰摻量為8%時, 也符合礦物摻合料產量對灌漿料經濟因素和強度、流動性等性能的影響。故本試驗所用摻量為硅灰5%、粉煤灰8%。

結論

最后確定出其最佳配合比見表12, 按照最佳配合比配制灌漿料后對其各項性能指標進行測試, 試驗結果見表13。

實驗數據如下:由表13可知, 各項性能均能滿足JG/T408-2013《鋼筋連接套筒灌漿料》行業標準的要求。

此外, 由于各家公司的粉煤灰和硅灰效果差異比較大, 雖然試驗中已經盡力選取了較好的礦物摻合料, 但是仍然需要在多家公司的樣品中通過試驗進行選擇, 不能選取更加適合灌漿料的礦物摻合料十分遺憾。


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