膠砂比及外加劑對套筒灌漿料性能影響的試驗研究

楊 光，李梓璇，王雅欣，孫昭昭，魏士杰

（西安歐亞學院人居環境學院，陜西 西安 710065）

0 引言

隨著建筑業的發展和人們對住房要求標準的提高，對裝配式建筑的性能提出更高的要求，套筒灌漿料作為大部分裝配式建筑中構件連接的主要材料，要求具有流動性好、早強、高強、微膨脹等性能。為更好地保證套筒灌漿質量，降低成本，縮短工期，本文將普通硅酸鹽類水泥（OPC）與硫鋁酸鹽水泥（SAC）按20%OPC+80%SAC復合配合比復配[1]，以膠砂比為變化參數，配置出早期強度發展快、后期強度高且流動度大的高性能套筒灌漿料，對灌漿的配合比設計及工程應用具有重要的意義。

減水劑，也稱塑化劑，可以讓水泥顆粒彼此分開，釋放因水泥團聚所包裹起來的水分，增加自由水，使水泥顆粒彼此分離[2]。摻入減水劑可以改善水泥砂漿的流動性，有效提高灌漿料的流動度和抗壓強度[3-5]。本文選取實際工程中常用的聚羧酸減水劑按一定比例進行研究試驗，旨在為減水劑在該復合膠凝體系的應用提供一定的指導。

緩凝劑，可以推遲水泥水化反應，降低水泥水化速度和水化熱、延長凝結時間。摻入緩凝劑可以抑制水化熱的放熱速率，減慢放熱率和降低熱峰，能有效防止混凝土早期裂縫的產生。本文選取石膏、葡萄糖酸鈉、酒石酸按一定比例進行單摻研究試驗，旨在為緩凝劑在該復合膠凝體系的應用方面提供一定的指導。

1 試驗原材料及實驗方法

1.1 實驗原料

普通硅酸鹽水泥，秦嶺，P.O 42.5水泥，其化學成份及物理指標見表1。砂，符合二區顆粒級配要求，粗細程度適中，級配良好。減水劑，市售，聚羧酸減水劑，減水率約為25%。緩凝劑，市售，分別為石膏、葡萄糖酸鈉、酒石酸。

1.2 實驗方法及配合比

1.2.1 力學性能試件制備

攪拌、成型、養護、強度測試方法依據《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）（GB/T 17671—1999）》規定的試驗方法，復合體系加水后用水泥膠砂攪拌機進行攪拌，攪拌3min后，一次性把砂漿裝入40mm×40mm×160mm三聯模內，然后放在振動臺上進行機械振動，振動60s后刮平，帶模放入標養室，根據齡期要求進行拆模。

表1 普通硅酸鹽水泥物理指標

1.2.2 流動度測定

流動度測試方法根據《鋼筋連接用套筒灌漿料（JG/T 408—2019）》規定的實驗方法，截錐圓模應符合GB/T 2419的規定，尺寸為下口內徑100mm±0.5mm，上口內徑70mm±0.5mm，高60mm±0.5mm，以標準的水泥基灌漿料流動度截錐圓模在潤濕的玻璃板上測試膠砂流動度，使膠砂倒滿截圓錐模，用抹刀抹平后，緩慢提起，使膠砂在重力作用下流淌，用鋼尺測其互相垂直方向直徑的流動度，流動度取兩個方向的平均值。

1.3 配合比

根據研究目的，本試驗主要研究膠砂比對灌漿料強度的影響情況，采用編號為CGM—1～3分別表示膠砂比為0.6、0.8、1：1時的配合比，具體見表3。膠砂總量1800g，水膠比0.3，減水劑為膠凝材料的0.4%，標準養護，具體見表2。

表2 CGM配合比

2 試驗結果與分析

2.1 不同膠砂比對套筒灌漿料強度的影響試驗結果

以膠砂比為變化參數考察CGM的強度受其影響情況，用該灌漿料制作的40mm×40mm×160mm棱柱體試塊進行抗折、抗壓試驗，得到其ld、3d、28d抗折強度和抗壓強度，實驗結果具體見表3。

表3 不同膠砂比的強度實驗結果

《鋼筋連接用套筒灌漿料（JG/T 408—2019）》要求水泥基灌漿料應具有早強、高強的性能，1d、3d、28d抗壓強度要分別達到35MPa、60MPa、85MPa。從對CGM抗壓強度的實驗結果來看，每組膠砂比的1d抗壓強度均達到規范標準，3d抗壓強度均未達到規范標準，28d抗壓強度只有CGM-3達到規范標準。

從表3中可以看出CGM型灌漿料膠砂比為0.6、0.8、1時的3d抗壓強度均未滿足規范標準，對于抗折強度，規范沒有給出強制性規定。從圖1和圖2還可以看出，復合膠凝體系的抗折存在明顯的谷點，都有先減少后增加的變化趨勢；復合膠凝體系的抗壓呈明顯上升趨勢，CGM-1、CGM-3抗壓強度一直增加，CGM-2抗壓強度先減少后增加，且抗折、抗壓強度具有早強性，后期增長迅速。從整體效果來看，選用CGM型灌漿料膠砂比1:1作為最優配合比。

2.2 不同外加劑對套筒灌漿料流動度的影響實驗結果

根據不同膠砂比對套筒灌漿料強度的影響，實驗選用CGM型灌漿料膠砂比1:1的最優配合比進行流動度測驗。《水泥標準稠度用水量、凝結時間、安定性檢驗方法（GB/T 134671—2011）》要求水泥基灌漿料應具有好的流動性，能夠流進所要灌注的空隙，初始、30min要分別達到300mm、260mm，根據試驗結果，加入0.6%的聚羧酸減水劑后，凝結硬化速度較快，CGM-3流動度未達到標準要求。分析原因可能是砂子用量較高，而水泥漿較少，從而降低了流動度。

為了提高水泥基灌漿料的流動度，延緩凝結，在以上配方的基礎上，單摻8%的石膏、0.06%的葡萄糖酸鈉、0.15%的酒石酸做對比實驗，抑制水泥水化而延緩其凝結時間，降低水化放熱速率、降低水泥砂漿經時流動度損失，提高其流動性能。

由圖1可以看出，加入緩凝劑后，明顯提高了漿體的流動性，達到標準要求。圖2為不同緩凝劑下水泥砂漿的流動度對比曲線，不同種類的緩凝劑對砂漿的流動度影響規律并不相同。結果表明，緩凝劑的種類和摻量對砂漿流動度影響較大，其中酒石酸的緩凝作用最強。

3 結果討論

本文研究不同膠砂比下，20%OPC+80%SAC的復合體系的強度變化規律，并進行復合體系的流動度實驗，得到以下結論：

（1）膠砂比為0.6及1:1時，抗壓強度隨齡期持續增長，1d及28d強度均滿足要求，且后期強度增長迅速，但3d強度不達標，單從強度指標來看，筆者推薦采用1:1的膠砂比。

（2）當膠砂比為1:1時，摻加0.6%的聚羧酸減水劑后灌漿料的流動度達不到標準要求，而加入緩凝劑后，從緩凝劑的緩凝效果來看，酒石酸在三種緩凝劑中表現更佳。

圖1 流動度測定

圖2 CGM-3不同緩凝劑下灌漿料的流動度