裝配式建筑用封漿料的制備及性能研究

徐鵬，雷生，陳冬冬，吳文選

（武漢源錦建材科技有限公司，湖北 武漢430070）

0 引言

裝配式混凝土結構具有高效率、低能耗和環保等特點，得到了國家政府各級部門的大力支持和推廣[1-2]。目前，裝配式混凝土結構廣泛采用鋼筋套筒灌漿連接技術[3]，封漿料作為鋼筋套筒連接技術的主要配套材料，用于裝配式建筑豎向構件接縫封堵、分倉。目前市售的封漿料在現場施工過程中，易發生如下問題：（1）由于早期強度過低，導致灌漿時崩開；（2）由于收縮開裂，尤其是漿體塌陷造成與預制構件接頂之間的離縫，導致灌漿時漏漿；（3）封邊時，封漿料粘刀，不易施工。因此，封漿料的質量對于裝配式建筑工程結構安全至關重要。

本文通過研究水泥用量對封漿料早期強度的影響、不同礦物摻合料對封漿料早期強度的影響、觸變潤滑劑對施工性能的影響、可再分散乳膠粉對拉伸粘結強度的影響，制備了一種能解決現場封邊問題的封漿料。

1 試驗

1.1 原材料

膠凝材料：華新水泥有限公司生產的P·O52.5水泥、深圳道特科技有限公司生產的微珠粉、山東盛世高鐵工程材料有限公司生產的活性礦渣粉、廣西正豐鈣業有限公司生產的灰鈣粉、麻城機制砂廠破碎后的石粉。膠凝材料的主要化學成分見表1，水泥的物理力學性能見表2，礦物摻合料的物理性能見表3。砂：連續級配的石英砂，細度模數0.8；減水劑：江蘇兆佳建材科技有限公司生產的ZJ-PC8010型高性能聚羧酸減水劑，固體，減水率25%；廣東龍湖科技股份有限公司生產的觸變潤滑劑；陜西熙筑化學助劑科技有限公司生產的可再分散乳膠粉，有效固含量≥98%。

表1 膠凝材料的主要化學成分 %

表2 水泥的物理力學性能

表3 微珠粉、礦渣粉、灰鈣粉的物理性能

1.2 試驗方法

封漿料的抗壓強度按GB/T 17671—1999《水泥膠砂強度檢測方法（ISO法）》進行測試；流動度按GB/T 2419—2005《水泥膠砂流動度測試方法》進行測試；拉伸粘結強度按JGJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》進行測試；封漿料的施工性能用下垂度和跳桌流動度進行表征，下垂度試驗儀器如圖1所示。將加水攪拌后的封漿料漿體裝滿下垂度試驗儀的槽子內，在環境溫度為（20±2）℃的實驗室內垂直放置，測量其24 h下垂高度。

圖1 下垂度測試模具

通過大量探究性試驗以及相關的工程實踐初步確定封漿料膠砂比為1.0，水料比為0.15。通過減水劑調整封漿料跳桌流動度，當跳桌流動度為160～180 mm時，施工性能較優。

2 結果與討論

2.1 水泥用量對封漿料早期力學性能的影響

T/CCIAT 0004—2019《鋼筋套筒灌漿連接施工技術規程》規定，當封縫料抗壓強度達到30 MPa且與上下面混凝土粘結牢固后，方可進行灌漿施工。在裝配式施工中，封邊1 d后進行灌漿施工，故要求封漿料1 d抗壓強度不小于30 MPa。

對于封漿料早期強度，材料中水泥用量起決定性作用。設計配合比如表4所示，膠凝材料由水泥和石粉組成，膠砂比為1∶1，水料比為0.15，減水劑摻量（按占膠凝材料和砂總質量計，下同）為0.08%。

表4 水泥用量對封漿料抗壓強度的影響

由表4可見，隨著水泥用量的增加，封漿料的1、3、28 d抗壓強度逐漸提高，當水泥用量≥90%時，1 d抗壓強度高于30 MPa，能夠滿足施工要求。

2.2 礦物摻合料對封漿料早期力學性能的影響

通過上述試驗可知，水泥用量占膠材總量90%時，封漿料1 d的抗壓強度為30.63 MPa，富裕值不高，同時水泥用量過多易導致砂漿開裂。因此，通過采用礦物摻合料替代石粉來提高封漿料的抗壓強度。固定膠砂比為1∶1，水料比為0.15，減水劑摻量為0.08%，礦物摻合料對封漿料抗壓強度的影響見表5。

表5 礦物摻合料對封漿料抗壓強度的影響

由表5可見，石粉、微珠粉、礦渣粉和灰鈣粉4種摻合料在相同摻量的情況下，單摻微珠粉的封漿料1 d抗壓強度最高，為37.23 MPa，單摻礦渣粉的封漿料28 d抗壓強度最高，為77.55 MPa。這是由于微珠粉具有非常好的滾珠作用和填充作用，能夠使砂漿更加密實。礦渣粉中的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，對水化結構進行填充，從而使水泥漿體結構更加密實[4]，提高封漿料的后期強度。封漿料的主要強度指標為1 d抗壓強度，故后續試驗礦物摻合料選擇使用微珠粉。

2.3 可再分散乳膠粉對封漿料拉伸粘結強度的影響

粘結性能是封漿料的關鍵性能指標，粘結性能主要作用在于提高封漿料與基體混凝土之間的粘結，防止注漿時封漿料從混凝土基體中崩開脫落。采用拉伸粘結強度表征封漿料的粘結性能，固定膠砂比為1∶1，水料比為0.15，膠凝材料組成為90%水泥+10%微珠粉，減水劑摻量為0.08%，可再分散乳膠粉摻量（按占膠凝材料和砂總質量計，下同）對封漿料拉伸粘結強度的影響如表6所示。

表6 可再分散乳膠粉對封漿料拉伸粘結強度的影響

由表6可見，隨著可再分散乳膠粉摻量從0增加到1.00%，封漿料的拉伸粘結強度從0.42 MPa逐漸提高到1.34 MPa，但1 d抗壓強度從39.67 MPa逐漸降低到26.35 MPa。拉伸粘結強度的提高可能是由于可再分散乳膠粉在封漿料與底試塊接觸面的空隙及毛細管內成膜，從而提高封漿料與底試塊之間的粘結力[5]。封漿料1 d抗壓強度的降低可能是由于可再分散乳膠粉含有一定量具有引氣作用的表面活性劑組分，導致漿體內部孔隙率增大，從而使得封漿料的抗壓強度降低[6]。當可再分散乳膠粉摻量為0.50%時，可獲得較好的拉伸粘結強度，為0.95 MPa，此時的1 d抗壓強度為35.43 MPa。

2.4 觸變潤滑劑對封漿料施工性能的影響

施工性能是封漿料關鍵性能指標，直接影響裝配式工程的施工進度。通過上述試驗，確定膠砂比為1∶1，水料比為0.15，膠凝材料組成為90%水泥+10%微珠粉，減水劑、可再分散乳膠粉摻量分別為0.08%、0.50%，觸變潤滑劑摻量（按占膠凝材料和砂總質量計，下同）對封漿料施工性能的影響如表7所示。

由表7可見，不摻觸變潤滑劑時，封漿料24 h的下垂度為1.26 mm，當觸變潤滑劑摻量≥0.3%時，24 h的下垂度為0。當觸變潤滑劑摻量達到0.5%時，對30 min流動度影響增大。觸變潤滑劑的摻入在封漿料漿體內形成卡屋式的結構[7]，能提高封漿料漿體的黏度，增加抗流掛性能。當進行跳桌流動度試驗時，由于剪切力的作用，這種卡屋式的結構被破壞，不影響封漿料的流動性，但摻量過大會導致漿體黏度過大。本試驗中觸變潤滑劑的適宜摻量為0.3%～0.5%。

表7 觸變潤滑劑對封漿料施工性能的影響

2.5 封漿料最優配比與性能

根據上述試驗結果，確定封漿料的最優配比為：膠砂比1∶1，水料比為0.15，膠凝材料組成為90%水泥+10%微珠粉，觸變潤滑劑、可再分散乳膠粉、減水劑摻量分別為0.37%、0.50%、0.08%，按此配比制備的封漿料的性能如表8所示。

表8 最優配比制備的封漿料性能測試結果

3 結論

（1）P·O52.5水泥用量不小于膠凝材料總質量的90%時，能夠滿足封漿料1 d抗壓強度大于30 MPa的要求。

（2）由于微珠粉的滾珠作用和填充作用，封漿料的早期力學性能有明顯提升。

（3）下垂度可作為封漿料在工程應用中是否產生離縫的表征手段。

（4）可再分散乳膠粉能夠提高封漿料的拉伸粘結強度，但同時會降低封漿料的抗壓強度，適宜摻量為0.50%；觸變潤滑劑能提高封漿料的抗流掛性能，適宜摻量為0.3%～0.5%。