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高強套筒灌漿料的制備及性能研究

文章來源:鋼筋連接套筒?? 作者:鋼筋套筒 ?? 發布時間:2021-01-12 15:25?? 瀏覽次數:

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  隨著建筑工程技術的不斷發展,裝配式建筑被逐漸推廣。與傳統現澆混凝土結構相比,裝配式混凝土質量相對穩定,可以根據不同的使用功能進行定制。裝配式建筑結構構件預先在工廠進行加工處理,然后運輸到施工現場,利用機械拼裝,相比于現澆混凝土結構,大大提高了生產效率且節約能源。

  鋼筋套筒連接技術是裝配式建筑結構中主要采用的連接技術,套筒灌漿料是鋼筋套筒連接技術的主要材料,因此,探究套筒灌漿料對于裝配式建筑結構至關重要。本文通過在普通套筒灌漿料配方的基礎上,調整水膠比與膠砂比、在礦物摻合料中引入新型納米材料,成功配制出56 d 抗壓強度大于120 MPa 的高強套筒灌漿料。

  1 試 驗

  1.1 試驗原材料

  水泥:P·O52.5 水泥,中國中聯水泥有限公司生產;石膏:青島眾眾化工有限公司生產;礦粉摻合料:粉煤灰、精細沉珠、超細礦粉、硅灰,山東淄博建濤建筑材料有限公司;骨料:20~40 目石英砂、40~70 目烘干砂、70~120 目烘干砂,市售;外加劑:聚羧酸減水劑,瑞士西卡化工有限公司生產,粉體,減水率38.7%;硼酸,鄭州明瑞化工產品有限公司生產,分析純(AR);羥丙基甲基纖維素(HPMC):黏度100 Pa·s;水:自來水;納米SiO2、碳納米管、氧化石墨烯:廣州瑞源新型材料有限公司,分析純。膠凝材料的主要化學成分見表1。

  表1 膠凝材料的主要化學成分 %

  


  1.2 試驗方法

  通過大量探究性試驗以及相關的工程實踐初步確定套筒灌漿料的基準配合比為:膠凝材料由90%水泥+3%石膏+7%粉煤灰組成,膠砂比為1.0,水膠比為0.1,聚羧酸減水劑摻量為膠凝材料質量的0.3%。套筒灌漿料的流動度和抗壓強度參照JG/T 408—2013《鋼筋連接用套筒灌漿料》進行測試。

  2 試驗結果與分析

  2.1 水膠比對高強套筒灌漿料性能的影響

  在基準配合比基礎上,改變水膠比,對灌漿料性能的影響見表1。

  表1 水膠比對套筒灌漿料性能的影響

  


  由表1 可見:

  (1)隨著水膠比的逐漸減小,高強套筒灌漿料的初始以及30 min 流動度均不斷降低,當水膠比為0.10 時,灌漿料漿體已變得非常粘稠,不能進行施工操作。當水膠比由0.25 降低至0.10 時,灌漿料的初始、30 min 流動度分別降低26.2%、35.1%,相比初始流動度而言,水膠比對灌漿料的30 min 流動度影響較大。隨著水膠比的不斷減小,反應體系內聚羧酸減水劑分子不能在水分子作用下及時吸附到水泥顆粒表面,從而使水泥顆粒之間的空間位阻過小,且由于水分子數量較少,水泥顆粒水化程度較高,從而短時間生成大量的鈣礬石晶體,進一步降低了聚羧酸減水劑的吸附能力,從而導致灌漿料的流動性不斷變差。

  (2)當水膠比由0.25 逐漸降低至0.10 時,高強套筒灌漿料各齡期抗壓強度均呈提高的趨勢;水膠比為0.25 時灌漿料的1、7、28、56 d 抗壓強度較水膠比為0.10 時的分別提高了31.3%、25.9%、10.6%、11.5%。由此可知,降低水膠比能顯著提高灌漿料的早期抗壓強度,且對灌漿料的后期強度發展起到一定的促進作用。當水膠比進一步降低至0.07 時,相比于水膠比為0.10 時,灌漿料的1 d 抗壓強度有所提高,但7 d、28 d、56 d 抗壓強度均呈現下降趨勢。由此可知,當水膠比降低到一定程度時,反應體系內大量的水泥顆粒因沒有水分子而無法參與水化,從而導致灌漿料后期強度無法進一步提高。

  2.2 膠砂比對高強套筒灌漿料性能的影響

  在上述試驗的基礎上,選用水膠比為0.08,為了解決套筒灌漿料在低水膠比時流動性較差的問題,本文通過大量的探索性試驗可知,升高水溫能夠有效提高灌漿料的流動性,且在合適水溫條件下,對套筒灌漿料的其它性能影響較小,且通過引入羥丙基甲基纖維素,與較大摻量的聚羧酸減水劑能夠有效提高水泥基材料的流動性。套筒灌漿料配合比為:膠凝材料由90%水泥+3%石膏+7%粉煤灰組成,水膠比為0.08,聚羧酸減水劑、HPMC 摻量分別為膠凝材料質量的0.45%、0.1%,試驗用水溫度為25 ℃。膠砂比對套筒灌漿料性能的影響見表2。

  表2 膠砂比對套筒灌漿料性能的影響

  


  由表2 可見:

  (1)隨著膠砂比的不斷增大,高強套筒灌漿料的初始及30 min 流動度均呈現下降趨勢,當膠砂比由1.22 增大至2.33時,套筒灌漿料的初始及30 min 流動度分別降低了14.9%、32.8%。由此可知,在低水膠比條件下,相比于初始流動度,膠砂比對灌漿料30 min 流動度的影響較大,灌漿料30 min 流動損失較大。對比水膠比試驗可知,較大摻量的聚羧酸減水劑與HPMC 復合能夠提高套筒灌漿料的流動性,為低水膠比條件下套筒灌漿料的流動性問題提供有效的解決方案。

  (2)隨著膠砂比的不斷增大,高強套筒灌漿料各齡期抗壓強度均呈提高的趨勢,當膠砂比由1.22 增大至2.33 時,高強套筒灌漿料1、7、28、56 d 抗壓強度分別提高了11.2%、9.7%、11.2%、6.2%。當膠砂比為2.33 時,在標準養護條件下,套筒灌漿料的56 d 抗壓強度達到99.26 MPa,相比水膠比試驗,通過調整不同比例的膠砂比,套筒灌漿料的56 d 抗壓強度進一步提高。

  2.3 礦物摻合料對高強套筒灌漿料性能的影響

  通過上述試驗可知,調整水膠比與膠砂比能夠不同程度提高套筒灌漿料的抗壓強度,但最終抗壓強度在100 MPa 左右,遠沒有達到120 MPa。因此,試驗通過引入精細沉珠、硅灰、超細礦粉3 種礦物摻合料,礦物摻合料中的SiO2 會與水化產物Ca(OH)2 發生二次反應,生成硅酸鈣與水化鋁酸鈣晶體,由于其晶體結晶度較低,可以對水化結構體進行填充,從而使水泥漿體結構更加密實。為解決套筒灌漿料30 min 流動損失過大的問題,引入硼酸緩凝劑,確定套筒灌漿料配合比為:膠凝材料由85%水泥+2%石膏+3%粉煤灰+10%礦物摻合料組成,水膠比為0.08,膠砂比為1.86,聚羧酸減水劑、HPMC、硼酸摻量分別為膠凝材料質量的0.5%、0.1%、0.1%,試驗用水溫度為25 ℃。精細沉珠、超細礦粉、硅灰3 種礦物摻合料對套筒灌漿料性能的影響見表3。

  表3 礦物摻合料對套筒灌漿料性能的影響

  


  由表3 可見:

  (1)微珠、超細礦粉、硅灰3 種礦物摻合料在相同摻量單摻時,單摻硅灰的套筒灌漿料流動度最低,單摻精細沉珠的套筒灌漿料流動度最高。

  (2)采用2 種礦物摻合料復摻能夠改善套筒灌漿料的流動性,提高灌漿料的抗壓強度。復摻5%精細沉珠+5%硅灰時,灌漿料的抗壓強度最高,56 d 抗壓強度達到104.97 MPa。單摻3種礦物摻合料時,對套筒灌漿料抗壓強度影響順序為:硅灰>超細礦粉>精細沉珠。綜合考慮,配制高強套筒灌漿料礦物摻合料的最佳組合為粉煤灰3%、精細沉珠5%、硅灰5%。

  2.4 納米材料對高強套筒灌漿料性能的影響

  套筒灌漿料配合比為:膠凝材料由85%水泥+2%石膏+3%粉煤灰+5%精細沉珠+5%硅灰組成,水膠比為0.08,膠砂比為1.86,聚羧酸減水劑、HPMC、硼酸摻量分別為膠凝材料質量的0.55%、0.12%、0.10%,試驗用水溫度為25 ℃。分別采用納米SiO2、碳納米管以及氧化石墨烯3 種納米材料,納米材料種類及摻量(按占膠凝材料質量計)對套筒灌漿料性能的影響見表4。

  表4 納米材料對套筒灌漿料性能的影響

  


  由表4 可見:

  (1)摻加3 種納米材料后灌漿料的流動度均較未摻納米材料的空白樣有所降低,降低程度為:納米SiO2>碳納米管>氧化石墨烯。納米SiO2 摻量由0.5%增加至0.9%時,灌漿料的初始及30 min 流動度分別降低22.8%、35.4%;納米SiO2 摻量為0.9%時,套筒灌漿料的流動性很小,已不滿足施工要求。由于納米SiO2 對灌漿料的流動性影響過大,不適用于套筒灌漿料。氧化石墨烯對套筒灌漿料的流動性影響最小,當氧化石墨烯摻量由0.1%增加至0.3%時,套筒灌漿料的初始及30 min流動度分別降低4.0%、8.9%。

  (2)在灌漿料中引入納米SiO2、碳納米管、氧化石墨烯3種納米材料,均能大幅提高套筒灌漿料的后期抗壓強度,對套筒灌漿料抗壓強度提高程度由大到小的順序為:氧化石墨烯>納米SiO2>碳納米管,氧化石墨烯摻量為0.3%時,套筒灌漿料的1、7、28、56 d 抗壓強度較空白樣分別提高14.23%、29.87%、33.23%、34.56%,56 d 抗壓強度最高,達141.62 MPa。

  3 結 論

  (1)隨著水膠比從0.25 逐漸減小到0.10,高強套筒灌漿的初始及30 min 流動度不斷降低,各齡期抗壓強度不斷提高;水膠比為0.25 時灌漿料的1、7、28、56 d 抗壓強度較水膠比為0.10 時的分別提高了31.3%、25.9%、10.6%、11.5%。

  (2)隨著膠砂比的增大,高強套筒灌漿料的初始及30 min流動度均逐漸減小,各齡期抗壓強度不斷提高。相比水膠比試驗,通過調整膠砂比,套筒灌漿料的56 d 抗壓強度進一步提高。

  (3)配制高強套筒灌漿料礦物摻合料的最佳組合為粉煤灰3%、精細沉珠5%、硅灰5%,此時對流動度影響較小,且進一步提高灌漿料的抗壓強度。

  (4)納米SiO2 對灌漿料的流動性影響過大,不適用于套筒灌漿料;氧化石墨烯對套筒灌漿料的流動性影響最小,當氧化石墨烯摻量為0.3%時,套筒灌漿料的56 d 抗壓強度最高,達到141.62 MPa。

  (5)綜合考慮,高強套筒灌漿料的優化配合比為:膠凝材料由85%水泥+2%石膏+3%粉煤灰+5%精細沉珠+5%硅灰組成,水膠比為0.08,膠砂比為1.86,聚羧酸減水劑、HPMC、硼酸摻量分別為膠凝材料質量的0.55%、0.12%、0.10%,氧化石墨烯摻量為0.3%,試驗用水溫度為25 ℃。此時制備的高強套筒灌漿料初始及30 min 流動度分別為307、255 mm,1、7、28、56 d 抗壓強度分別為64.89、91.85、135.87、141.62 MPa。

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