微珠對水泥基灌漿料力學(xué)性能的影響研究

劉衛(wèi)星

（中國建筑第八工程局有限公司西北分公司，陜西 西安 710075）

0 前言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展以及國家可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略的提出，能耗大、污染高的特點使傳統(tǒng)建筑業(yè)在當(dāng)今社會中面臨著諸多挑戰(zhàn)。近年來，隨著裝配式建筑及 3D 打印技術(shù)的普及應(yīng)用，建筑業(yè)也走向了綠色建造的發(fā)展道路。在裝配式建筑中，鋼筋套筒灌漿料對整個建筑結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性起著支撐作用。水泥基灌漿料一般是以水泥、外加劑和摻合料以及一部分細(xì)骨料為原料，經(jīng)配制而成的干混料，加水拌合均勻后具有可灌注的流動性、微膨脹和高的早期和后期強(qiáng)度等性能[1]。現(xiàn)在市場中常用的灌漿料是普通硅酸鹽水泥加入早強(qiáng)劑等，但其效果并不是很好，主要體現(xiàn)在早期強(qiáng)度雖有所提高，但其后期強(qiáng)度卻有所降低，并且在水化后期，灌漿料本身會產(chǎn)生體積收縮造成收縮裂紋，嚴(yán)重影響了灌漿料的耐久性和體積穩(wěn)定性[2,3]。

郭飛[4]發(fā)現(xiàn)硅微粉摻入水泥基材料中能有效改善拌合物的流動性能。桑國臣[5]通過硅酸鹽水泥和鋁酸鹽水泥等材料復(fù)配制備出具有大流動性、微膨脹、早強(qiáng)及強(qiáng)度持續(xù)穩(wěn)定增長的新型水泥基灌漿料產(chǎn)品。粟海玉[6]等人將葡萄糖酸鈉、硼酸和緩凝劑 A 按比例復(fù)配摻入灌漿料中發(fā)現(xiàn)其均能滿足高鐵灌漿材料的性能指標(biāo)要求。

微珠是一種新型超微粉體材料，是利用優(yōu)質(zhì)粉煤灰加工而成的超細(xì)且具有連續(xù)粒徑分布的一種亞微米、完美的球狀粉體產(chǎn)品。其具有活性高、低水化熱、抗壓強(qiáng)度高、流動性好等特性。本文欲探究摻入微珠后，水泥基灌漿料流動性與力學(xué)性能的變化趨勢。

1 試驗原材料及方案選取

1.1 試驗原材料

水泥：采用某公司 42.5 快硬硫鋁酸鹽水泥；粉煤灰：采用某電廠生產(chǎn)的Ⅱ級灰，需水比 98%，燒失量4.0%；微珠：某公司精選微珠，含水率為 1.3%，需水比為 93%；減水劑：聚羧酸高性能減水劑，減水率25%；膨脹劑：UEA-S 型高效混凝土膨脹劑；細(xì)骨料：采用去除 2.5mm 以上顆粒的河砂，細(xì)度模數(shù)為 2.1。

1.2 方案選取

試驗采用固定膠材總量法，設(shè)計水泥基灌漿料水膠比 0.35，膠砂比 1:1.2，膨脹劑摻量為 10%（內(nèi)摻），微珠取代粉煤灰比例分別為 25%、50%、75%、100%，具體各組配比如表 1 所示。

表1 試驗用水泥基灌漿料配比 g

2 試驗內(nèi)容

2.1 微珠水泥基灌漿料流動性試驗研究

試驗參照 GB/T 2419—2005《水泥膠砂流動度測定方法》[7]規(guī)范進(jìn)行試驗，在攪拌結(jié)束后應(yīng)立即進(jìn)行流動度試驗。

2.2 微珠水泥基灌漿料抗折強(qiáng)度試驗研究

試驗采用 40mm×40mm×100mm 標(biāo)準(zhǔn)試件，抗折強(qiáng)度測試參照 GB/T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗方法》[8]進(jìn)行。

2.3 微珠水泥基灌漿料抗壓強(qiáng)度試驗研究

抗壓強(qiáng)度試驗采用抗折強(qiáng)度測定后的膠砂斷塊進(jìn)行測試，試驗時采用抗壓夾具使試件受壓面積為40mm×40mm。

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 流動性能試驗結(jié)果

對水泥基灌漿料進(jìn)行流動度測試，各配比測試結(jié)果如表 2 所示。

表2 各配比水泥灌漿料流動度測試結(jié)果

由表 2 可知，隨微珠摻量的增加，灌漿料流動度隨之增大，當(dāng)微珠全部取代粉煤灰時，灌漿料流動度相比基準(zhǔn)組提高 15%，原因可能是微珠顆粒較細(xì)，需水比相比粉煤灰小，從而在同水膠比情況下使灌漿料流動度增大。在試驗過程中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)微珠取代量超過 75% 時，灌漿料出現(xiàn)輕微泌水現(xiàn)象，在后續(xù)研究中可適當(dāng)減少減水劑用量。

3.2 力學(xué)性能試驗結(jié)果

到達(dá)相應(yīng)齡期后將試件從養(yǎng)護(hù)室取出進(jìn)行抗折抗壓強(qiáng)度測試，各配比組試件不同齡期抗折抗壓強(qiáng)度變化趨勢如表 3 和圖 1、2 所示。

表3 不同配比水泥基灌漿料力學(xué)性能

圖1 不同配比水泥基灌漿料各齡期抗折強(qiáng)度

由圖 1 可知，3d、28d 齡期時，灌漿料抗折強(qiáng)度隨微珠取代量的增加而逐漸提高，微珠取代量為 100%時，灌漿量抗折強(qiáng)度分別為 8.5MPa 和 11.2MPa，相比基準(zhǔn)組分別提高 13.3% 和 16.7%；7d 齡期時，灌漿料抗折強(qiáng)度隨微珠取代量的增加呈現(xiàn)出先增后減的變化趨勢，在取代量為 75% 時，抗折強(qiáng)度為 9.0MPa，相比基準(zhǔn)組提高 9.8%。排除偶然因素，灌漿料抗折強(qiáng)度大體上隨微珠取代量的增加而提高。

圖2 不同配比水泥基灌漿料各齡期抗壓強(qiáng)度

圖2 中，3d 齡期時，灌漿料抗壓強(qiáng)度隨微珠取代量的增加而提高；7d、28d 齡期時，灌漿料抗壓強(qiáng)度均隨微珠取代量的增加先增后減，且在取代量為 75% 時達(dá)到峰值；微珠取代量為 75% 時，水泥基灌漿料各齡期抗壓強(qiáng)度分別為 40.9MPa、46.2MPa 及 57.6MPa，相比基準(zhǔn)組分別提高 7.6%、5.0%、10.1%。

水泥基灌漿料抗折、抗壓強(qiáng)度隨微珠的引入均有較大提高，主要原因可能是微珠細(xì)度比粉煤灰小，在灌漿料內(nèi)部起到填充作用，提高了灌漿料內(nèi)部的密實度；其次，微珠含有較多的 SiO2、Al2O3等活性物質(zhì)，能與水泥中游離的氫氧化鈣發(fā)生二次反應(yīng)，生成較多穩(wěn)定性好、強(qiáng)度高的水化硅酸鈣，從而提高了灌漿料的強(qiáng)度。

4 結(jié)論

（1）隨微珠取代量的增加，水泥基灌漿料流動度隨之變大。

（2）水泥基灌漿料抗折強(qiáng)度隨微珠取代量的增加而逐漸增大，當(dāng)全部取代粉煤灰時，其 28d 抗折強(qiáng)度可達(dá) 11.2MPa。

（3）微珠取代粉煤灰，取代量為 75% 時，灌漿料抗壓強(qiáng)度最大，其 3d、7d、28d 抗壓強(qiáng)度分別為40.9MPa、46.2MPa 及 57.6MPa。