細砂質量比對鋼筋連接用套筒灌漿料性能的影響

奉瑞萍，歐志華

(湖南工業大學土木工程學院，湖南 株洲412007)

1 引言

裝配式混凝土結構(PC)具有高效率、低能耗、環保和產品質量高等優點，符合當前經濟社會發展要求，是住宅產業化發展的重要結構形式[1]，目前正在我國高速發展.鋼筋套筒灌漿連接技術是裝配式建筑中的一項關鍵技術，而鋼筋連接用套筒灌漿料(以下稱“灌漿料”)則是鋼筋套筒灌漿連接技術的一種核心材料.石英砂是灌漿料的重要組成材料之一，主要起骨架作用和減小由于膠凝材料在凝結硬化過程中干縮濕脹引起的體積變化[2].級配合理的骨料搭配會使灌漿料孔隙率低，骨架作用明顯，這樣既可以節約水泥，又能得到流動度好、強度較高的灌漿料.Siong等[3]研究了不同砂子級配對水泥基灌漿料強度發展的影響，發現較細砂子級配流動度小于較粗的砂子，并且在低水膠比條件下，較粗顆粒砂試樣的7d、28d強度高于細顆粒砂試樣.劉娟紅等[4]研究得出，水泥基灌漿材料的自收縮率隨著砂摻量的增加而減小.王愛軍[5]提出，鋼筋套筒連接用灌漿材料中細集料的最大粒徑應嚴格控制，要小于接頭內鋼筋和套筒的間隙.冷達等[6]的研究認為，隨著砂細度模數的增大，灌漿材料的流動性和強度都會隨之增大，但其保水性和黏聚性有所下降.

總的來說，目前關于骨料對灌漿料性能影響的研究非常少.本文研究在其他組分完全相同的情況下，灌漿料中骨料的級配對其流動度、流動度經時損失率、濕表觀密度、抗折強度和抗壓強度的影響.

2 原材料、配合比與試驗方法

2.1 原材料

(1)水泥：P.O 42.5級，河北金隅鼎盛水泥廠生產；28d抗折強度為8.2MPa,抗壓強度為49.2MPa.

(2)硅灰：挪威埃肯(Elkem)國際貿易(上海)有限公司生產，灰色.

(3)減水劑：西卡(中國)有限公司生產的SikaRViscoCreteR-540P聚羧酸高效減水劑，淺黃色粉末.

(4)石英砂：試驗總共采用兩種不同細度的石英砂作為骨料，分別為20-40目(以下稱為粗砂)和40-70目(以下稱為細砂).

(5)其他：消泡劑、塑性膨脹劑、CSA膨脹劑.

2.2 配合比

試驗包括11個配合比(表1)，40-70目砂占骨料的質量比分別為0、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%和100%，而其他材料質量不變.

表1 灌漿料的試驗配合比 單位：g

2.3 試驗方法

(1)灌漿料的流動度和強度.灌漿料抗壓強度試驗按照GB/T17671和JG/T408-2013附錄B的有關規定執行，每個配合比做三個試塊；灌漿料流動度按照建筑工業行業標準《鋼筋連接用套筒灌漿料》JG/T 408-2013附錄A進行.

灌漿料30min流動度損失率按(1)式計算.

(1)

式中：

FL——灌漿料30min流動度損失率/%；

Fin——灌漿料初始流動度/mm；

F30——灌漿料30min流動度/mm.

如果30min流動度損失率結果為負數，說明灌漿料30min流動度是增加的.

(2)灌漿料的濕表觀密度.先用水標定硬質塑料燒杯的體積，稱取塑料杯的質量，將攪拌好的灌漿料緩緩倒滿塑料杯，刮平后稱取灌漿料和塑料杯的質量，按(2)式計算.

(2)

式中：

ρw——灌漿料的濕表觀密度/kg·m-3；

m1——塑料杯的質量/g；

m2——塑料杯和灌漿料的質量/g；

V——塑料杯的體積/mL.

3 試驗結果

3.1 細砂的質量百分比對灌漿料流動度和流動度經時損失率的影響

細砂的質量百分比對灌漿料初始流動度、30min流動度和30min流動度損失率的影響如圖1所示，其中圖1(a)為細砂的質量比對灌漿料初始流動度和30min流動度的影響，圖1(b)為細砂的質量比對灌漿料30min流動度損失率的影響.

由圖可知，當細砂的比例由0增加到100%時，灌漿料的流動度總體呈下降趨勢，這是由于隨著細砂比例的增加，而砂的質量保持不變，砂的表面積增加，需要更多的水泥漿包裹，從而影響灌漿料的流動性.具體而言，當細砂的比例從0增加至60%時，灌漿料的流動度一直下降，從308mm下降至288mm，共下降20mm，降幅為6.49%，下降幅度不算很大，這是因為雖然細砂摻量的增加會增加骨料的總表面積，但部分細砂填充了粗砂的間隙，卻能改善砂的級配，增加流動性.所以，當細砂的比例從60%增加至70%時，灌漿料的流動度反而增加12mm，增幅為4.17%.當細砂的比例從70%增加至80%時，灌漿料的流動度不變；但當細砂的比例從80%增加至100%時，細砂對級配的改善效果較小，灌漿料的流動度下降30mm，降幅為10%，下降幅度顯著.

所有灌漿料的30min流動度損失率都不大，細砂的比例為0時，灌漿料30min流動度損失率最大，為4.9%，細砂的比例為50%和60%時，灌漿料30min流動度損失率為0.

3.2 砂的質量比對灌漿料濕表觀密度的影響

細砂的質量比對灌漿料濕表觀密度的影響如圖2所示.由圖可知，當細砂的比例從0增加至60%時，灌漿料的濕表觀密度一直下降，下降的幅度共計為1.60%；當細砂的比例從60%增加至100%時，灌漿料的濕表觀密度基本保持不變.

3.3 砂的級配對灌漿料強度的影響

細砂的質量比對灌漿料1d、3d和28d強度的影響如圖3所示，其中圖3(a)為細砂的質量比對灌漿料抗折強度的影響，圖3(b)為細砂的質量比對灌漿料抗壓強度的影響.

由圖可知，隨著細砂質量比的增加，灌漿料各齡期的抗折強度和抗壓強度大體上呈先增加、后降低、再增加的趨勢.當細砂的比例由0增加到10%時，除3d抗折強度外，其他齡期的抗折和抗壓強度都增加，其中28d抗壓強度由93.2MPa增加到100MPa，增幅為7.3%；細砂的比例為10%時，28d抗壓強度達到最大值；當細砂的比例由10%繼續增加時，灌漿料所有齡期的抗折強度和抗壓強度都下降；當細砂的比例增加至30%時，所有齡期的抗折強度達到最低值，隨后抗折強度隨著細砂質量比的增加而增加，并逐漸趨于穩定；當細砂的比例增加至50%～70%時，所有齡期的抗壓強度達到最低值，隨后抗壓強度隨著細砂質量比的增加而增加，并逐漸趨于穩定.

4 結論

本文研究在其他組分完全相同的情況下，細砂的質量比對其流動度、30min流動度損失率、濕表觀密度、抗折強度和抗壓強度的影響.主要研究結論如下：

(1)當細砂質量比不斷增加時，灌漿料流動度呈先下降、后增加、再下降的趨勢.

(2)隨著細砂的質量比不斷增加，濕表觀密度不斷降低，但影響較小.

(3)隨著細砂質量比的增加，灌漿料各齡期的抗折強度和抗壓強度大體上呈先增加、后降低、再增加的趨勢.

(4)當細砂質量比為10%，灌漿料強度最高，其他性能指標達到最優狀態，強度最高.在實際工程中，選細砂質量比為10%時較為合理.