水泥基灌漿料的耐久性研究

郭 嬌

（黃岡師范學(xué)院建筑工程學(xué)院，湖北 黃岡 438000)

0 引言

裝配式建筑是指由預(yù)制構(gòu)件在工地裝配而成的建筑。裝配式建筑具有建造速度快、施工過(guò)程中環(huán)境污染小、預(yù)制構(gòu)件可重復(fù)利用等優(yōu)點(diǎn)，目前廣泛用于工業(yè)化建筑中。預(yù)制構(gòu)件之間通過(guò)鋼筋套筒灌漿進(jìn)行連接，裝配式建筑的整體性是由灌漿料性能的好壞決定的，裝配式鋼筋套筒的灌漿料屬于水泥基灌漿料。

水泥基灌漿料，是一種以水泥、適量的細(xì)骨料、少量的混凝土外加劑及其他材料組成的干混材料。水泥基灌漿料加水?dāng)嚢韬缶哂休^大的流動(dòng)性、微膨脹性、早強(qiáng)和高強(qiáng)、不泌水等性能，是一種良好的建筑材料［1］，廣泛應(yīng)用于海上風(fēng)電基礎(chǔ)連接、建筑物加固修復(fù)、地腳螺栓錨固及其他修復(fù)工程中。近年，我國(guó)在東北、西南和華東等地區(qū)修建了大量的建筑工程，如青藏鐵路、港珠澳大橋、港口建筑等等，隨著時(shí)間的推移，這些建筑工程相繼出現(xiàn)了凍融破壞和硫酸鹽侵蝕破壞，因此，研究灌漿料的耐久性勢(shì)在必行。基于此，本文從水泥基灌漿料的豎向膨脹率、滲透性能、抗腐蝕性能等方面進(jìn)行了研究，為灌漿料的耐久性研究提供一定的試驗(yàn)依據(jù)和理論基礎(chǔ)。

1 水泥基灌漿料主要性能

近幾年來(lái)，我國(guó)學(xué)者對(duì)混凝土耐久性能進(jìn)行了相關(guān)研究。王月等［2］通過(guò)室內(nèi)NaCl 溶液快速凍融循環(huán)試驗(yàn)，得出凍融循環(huán)作用下、活性粉末混凝土的氯離子擴(kuò)散系數(shù)隨凍融循環(huán)次數(shù)的增加先減后增的結(jié)論，并建立氯離子侵蝕與凍融循環(huán)耦合作用下的混凝土壽命預(yù)測(cè)模型；Kessler等［3］采用超聲波檢測(cè)與共振頻率手段研究了氯離子侵蝕與凍融循環(huán)耦合作用下的損傷；田威等［4］通過(guò)對(duì)自然狀態(tài)以及飽水狀態(tài)下的混凝土進(jìn)行凍融循環(huán)試驗(yàn)，得出混凝土凍融損傷劣化模式具有多樣性，并從試驗(yàn)角度解釋了混凝土在凍融環(huán)境下力學(xué)性能的變化規(guī)律。

根據(jù)《水泥基灌漿材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（GB/T50448-2015），水泥基灌漿料主要性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 水泥基灌漿料主要性能指標(biāo)

2 試驗(yàn)原材料性能及配合比

水泥：P·O52.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥，安定性合格，燒失量1.02%；

砂：普通河砂，含泥量2%，堆積密度1465m2/kg，表觀密度2650m2/kg；膨脹劑：含量為膠凝材料的8%；

高效減水劑：減水劑含量為膠凝材料的3.8%,含氣量為膠凝材料的4%；水：普通自來(lái)水。

參照裝配式建筑鋼筋套筒灌漿的要求，將上述材料制成水泥基灌漿料，灌漿料配合比具體值見(jiàn)表2，采用水泥膠砂攪拌機(jī)將灌漿料先干攪30s，然后加水?dāng)嚢?min。

表2 灌漿料配合比 kg/m3

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

為了保證試驗(yàn)的規(guī)范性，水泥基灌漿料的流動(dòng)度測(cè)試、豎向膨脹率測(cè)

試、滲透性能研究、抗腐蝕性能研究嚴(yán)格按照《水泥基灌漿材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（GB/T50448-2015）進(jìn)行。

3.1 流動(dòng)性能測(cè)試

根據(jù)《水泥基灌漿材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（GB/T50448-2015），用微坍落度衡量灌漿料的流動(dòng)度[5]。

錐模上口直徑為70mm，下口直徑為100mm，錐模高度為60mm；將剛攪拌好的灌漿料倒入錐模中，把錐模放在玻璃板上（玻璃板主要是為了減少灌漿料流動(dòng)過(guò)程中的阻力），用刮刀將上口刮平后，將錐模勻速提起，當(dāng)灌漿料在玻璃板上靜止不動(dòng)時(shí)，測(cè)量?jī)蓚€(gè)垂直方向的最大尺寸求平均值，經(jīng)過(guò)測(cè)試和計(jì)算，灌漿料的流動(dòng)度滿(mǎn)足要求。

3.2 豎向膨脹率測(cè)試

測(cè)量?jī)x器包括模具、玻璃板、千分表和表架，試驗(yàn)裝置如圖1 所示。

圖1 豎向膨脹率測(cè)試儀器

模具尺寸為100mm×100mm×100mm，用黃油涂抹模具內(nèi)表面，使其不漏漿。把玻璃板放在模具正中間，灌漿料裝滿(mǎn)整個(gè)模具并高出模具2 毫米，用濕紗布覆蓋玻璃板兩側(cè)露出的灌漿料，并經(jīng)常澆水以保持濕潤(rùn)。把百分表測(cè)量頭垂直放在玻璃板中間并固定，當(dāng)時(shí)間為30s 時(shí)，用百分表讀取初始讀數(shù)H0，成型過(guò)程應(yīng)在攪拌結(jié)束后3min 內(nèi)完成，加水?dāng)嚢韬? 時(shí)和24 時(shí)，分別讀取百分表讀數(shù)Ht，整個(gè)操作過(guò)程中，應(yīng)保持整個(gè)裝置穩(wěn)定，不受外界干擾，并不產(chǎn)生震動(dòng)。

豎向膨脹率計(jì)算公式如式（1）所示：

測(cè)試結(jié)果表明，1h 豎向膨脹率達(dá)到0.1%，3h 豎向膨脹率為0.2%，之后一直處于穩(wěn)定狀態(tài)，灌漿料的豎向膨脹率滿(mǎn)足要求。

3.3 抗?jié)B透性能研究

先將灌漿料分別固化7d 和28d，然后切成直徑100mm、高50mm 的圓柱體進(jìn)行滲透試驗(yàn)，然后將灌漿料置于機(jī)油中浸泡30 天，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。

表3 灌漿料的抗?jié)B透性能

由表3 可看出，灌漿料7d 的電通量為685C，28d 的電通量481C，在機(jī)油中浸泡30d 后抗壓強(qiáng)度值為100MPa。由于灌漿料具有較好的膨脹性能，凝結(jié)固化后的灌漿料由于收縮形成裂縫。隨著養(yǎng)護(hù)時(shí)間的延長(zhǎng)，灌漿料內(nèi)部不斷地進(jìn)行著水化反應(yīng)，水化物不斷增加，最終阻塞了內(nèi)部裂縫的發(fā)展，電通量隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間的增加而降低。同時(shí)水分蒸發(fā)，在灌漿料內(nèi)部形成小的毛細(xì)孔，從整體上來(lái)看，灌漿料內(nèi)部結(jié)構(gòu)密實(shí)，電通量很低，抗油滲性能良好。

3.4 抗腐蝕性能

把灌漿料做成40mm×40mmm×160mm 大小的棱柱體，將試塊脫模置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)7d，然后進(jìn)行硫酸鹽侵蝕試驗(yàn)，硫酸鹽溶液為10%的硫酸鈉溶液，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 灌漿料抗腐蝕性能

從表可看出，灌漿料的抗壓強(qiáng)度耐腐蝕系數(shù)隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加而降低。當(dāng)干濕循環(huán)次數(shù)達(dá)到120 次時(shí)，灌漿料的抗壓強(qiáng)度耐腐蝕系數(shù)為75.8%，說(shuō)明此時(shí)水泥基灌漿料具有較好的抗硫酸鹽侵蝕性能。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文通過(guò)對(duì)水泥基灌漿料的流動(dòng)性能、豎向膨脹率、抗?jié)B透性能和抗腐蝕性能進(jìn)行研究得出如下結(jié)論：

（1）灌漿料早期豎向膨脹率隨時(shí)間增加呈現(xiàn)增長(zhǎng)的趨勢(shì)，灌漿料在測(cè)試期間內(nèi)呈現(xiàn)膨脹狀態(tài)且體積穩(wěn)定。

（2）灌漿料的抗壓強(qiáng)度耐蝕系數(shù)隨著干濕循環(huán)次數(shù)的增加而降低。當(dāng)灌漿料置于10%硫酸鈉溶液中且干濕循環(huán)次數(shù)達(dá)到120 次時(shí)，灌漿料的抗壓強(qiáng)度耐腐蝕系數(shù)為75.8%。

（3）在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中，水化反應(yīng)一直持續(xù)進(jìn)行，生成的水化物阻礙了裂縫的發(fā)展，使灌漿料內(nèi)部結(jié)構(gòu)變得致密，提高了灌漿料的抗凍性能。

本文對(duì)水泥基灌漿料的流動(dòng)度、豎向膨脹率、抗?jié)B透性能、抗腐蝕性能進(jìn)行了研究，為水泥基灌漿料的耐久性研究提供了試驗(yàn)依據(jù)，為裝配式建筑鋼筋套筒灌漿料的耐久性研究提供了理論參考。