水泥基柔性灌漿料的性能試驗研究

吳志強 梁文磊 楊紅玉 閆 森

（南通職業大學，江蘇 南通 226007）

0 引言

水泥基灌漿料在螺栓錨固、基礎的二次灌漿、后錨固、植筋等施工工藝中得到廣泛的應用，這都與其流動性好、強度高和微膨脹性等密不可分，初始流動度超過300 mm，30 min流動度超過260 mm，28 d抗壓強度高達85 MPa以上，但水泥基灌漿料也有抗拉強度低、脆性大、抗裂能力差、韌性不足的天然特征，如何提高其抗拉強度，增強其抗裂能力和韌性已成為裝配式建筑用灌漿料研究的熱點，而在水泥基灌漿料中摻入纖維以提高水泥基灌漿料延伸率和裂縫控制能力是一種行之有效的方法。研究表明，一定長徑比，較高摻量和均勻分散狀態，是增強纖維效果必不可少的條件，然而當纖維摻量過高時，纖維在水泥基灌漿內部的分散性變差，最終導致纖維的增強效果不明顯甚至劣化。因此，該文在水泥基灌漿料中引入不同摻量的高抗拉強度、高彈性模量、高耐磨性、耐候性好的聚乙烯醇纖維對其進行改性，以研究改性后水泥基灌漿料的流動度、抗壓強度、抗折強度和錨固強度等性能，為水泥基柔性灌漿料的研發與應用提供參考。

1 試驗設計

1.1 材料選擇

選用南通海螺水泥有限公司生產的海螺牌52.5普通硅酸鹽水泥，其標準稠度用水量、體積安定性、凝結時間、抗拆強度、抗壓強度等主要性能指標（如表1所示）。

表1 選用水泥的主要性能指標

選用山東森泓纖維有限公司的SH-PVA-6型聚乙烯醇纖維，其長度、直徑、抗拉強度、彈性模量、斷裂伸長率等主要性能指標如表2所示。

表2 選用聚乙烯醇纖維的主要性能指標

選用安徽新創石英砂有限公司的石英砂，由6-8目、10-20目、20-40目等三種不同粒徑的石英砂按照1∶1∶1的比例混合而成。

復合外加劑由市場購置的江蘇蘇博特新材料股份有限公司的聚羧酸減水劑、南通銀象新型材料有限公司的SH型水泥增強劑、南京新佳盛新型建材有限公司的TD-P1膨脹劑、蘇州卓翔化工有限公司酒石酸緩凝劑、濟南興馳化工有限公司的有機硅消泡劑等按照一定比例配制而成。

1.2 配比設計

通過前期正交試配試驗，選定柔性灌漿料性能試驗的優化配合質量如下：水泥1000 g，石英砂1200 g，復合外加劑180 g，水300 g。研究聚丙烯醇纖維摻量對柔性灌漿料流動性、力學性能及錨固性能的影響。

1.3 試驗方案

試樣使用砂漿攪拌機強制攪拌，采用纖維中摻法，將稱量好的部分原料和水先倒入砂漿攪拌機中，低速拌制 2min，再加入纖維，低速拌制1 min，最后再將剩下部分的原材料和水加入，高速拌制1 min。

流動度測定參照JG/T408-2019《鋼筋連接用套筒灌漿料》中的流動度試驗方法，稱取1800 g灌漿料樣品，按試樣制備的方法進行攪拌，分步進行其初始流動度測定和30 min流動度測定，試樣攪拌好后將截錐圓模旋轉在玻璃板中間位置，再將灌漿料漿體倒入截錐圓模內，直到漿體與截錐圓模上口平；緩慢提起截錐圓模，讓漿體在無擾動條件下自由流動直至停止，待漿體不再流動時，測量漿體最大擴散直徑及與其垂直方向的直徑，取平均值為其初始流動度測定，整個過程在6 min內完成，測定初始流動度后，將測定后的灌漿料裝入攪拌鍋內，并做好防護措施防止漿體內的水分蒸發，30 min后，按照初始流動度測定的方法進行30min流動度測定。流動度測定試樣必須采取措施防止漿體中水分蒸發。JG/T408-2013《鋼筋連接用套筒灌漿料》中規定了水泥基漿料流動度性能指標，即：初始指標≥300 mm、30 min指標≥260 mm。

力學性能試驗參照GB/T17671-1999《水泥膠砂強度檢測方法（ISO 法）》，先將漿體灌入標準試模，制作40mm×40mm×160mm的標準試件，每組6個試件，靜置2h后移入標準養護箱中進行養護，養護到對應試驗齡期后從養護箱中取出進行強度測試。JG/T408-2013《鋼筋連接用套筒灌漿料》中規定了水泥基漿料抗壓強度性能指標，即1 d≥35 MPa、3 d ≥ 60 MPa、28 d ≥ 85 MPa。

錨固性能試驗參照JGJ145-2013《混凝土結構后錨固技術規程》，采用強度等級為C35 的混凝土澆筑3 個素混凝土試件，尺寸為1 200 mm ×400 mm × 400 mm，在自然條件下養護28 d，達到設計強度后，按照后錨固技術拉拔試驗方法進行鉆孔、灌漿、植筋，養護等，達到齡期后，進行鋼筋的拉拔試驗，試驗加載系統如圖1所示。

圖1 拉拔試驗加載系統圖

2 試驗結果分析

2.1 聚乙烯醇纖維對水泥基灌漿料流動性的影響

聚乙烯醇纖維摻量對灌漿料初始流動度和30 min流動度的測試結果見表3。由此可以得出，與摻量為0的灌漿料拌合物相比，纖維摻量在0.15%、0.3%、0.45%和0.6%時，初始流動度分別降低3.3%、5.4%、9.8%和15.2%，30min后的流動度分別降低4.8%、9.2%、14.9%和21.1%，即摻量纖維后灌漿量的流動度整體呈下降趨勢，如圖2所示。這充分表明聚乙烯醇纖維的摻入會阻礙灌漿料的流動并且纖維摻量越大，阻礙作用也越大。這是由于聚乙烯醇纖維表面的羥基親水官能團可以聚集相當量的水分，導致灌漿料顆粒間起潤滑作用的水分減少；同時，纖維在灌漿料中雜亂無章地分布以及纖維表面與水泥顆粒之間的摩擦阻力作用，使灌漿料拌合物流動阻力增大。經過一段時間的水化，灌漿料不斷地凝結硬化，聚乙烯醇纖維表面會黏附一定量絮凝狀的水泥水化產物，進一步增加了灌漿料拌合物流動的阻力。總之，灌漿料中摻入聚乙烯醇纖維，會使灌漿料的初始流動度和30 min后流動度均會降低。

圖2 不同纖維摻量灌漿料的流動度變化趨勢圖

表3 不同摻量下水泥基灌漿料的流動度

2.2 聚乙烯醇纖維對水泥基灌漿料強度的影響

聚乙烯醇纖維摻量對灌漿料抗壓強度、抗折強度的測試結果見表4。由此可以得出，聚乙烯醇纖維摻量對灌漿料抗壓強度有影響，但是影響不大，整體趨勢是隨著摻量的增加其1 d的抗壓強度略有降低，3 d和28 d抗壓強度略有起伏，如圖3所示，但均能滿足灌漿料的抗壓強度指標要求。隨著摻量的增加抗折強度會逐漸提升，如圖4所示。這是因為，聚乙烯醇纖維在灌漿料中呈現交叉雜亂的分布狀態，纖維之間會相互拉結，而聚乙烯醇纖維和灌漿料的彈性模量相當，增大了其柔性和韌性，提高了灌漿的抗裂性。

表4 不同摻量下水泥基灌漿料的抗折/抗壓強度

圖3 不同纖維摻量下灌漿料抗壓強度變化趨勢

圖4 不同纖維摻量下灌漿料的抗折強度變化趨勢

2.3 聚乙烯醇纖維對水泥基灌漿料錨固強度的影響

該試驗采用直徑=32mm螺紋鋼筋，鉆孔直徑為60mm，鉆孔深度10=320mm，分別配制了摻量為0.15%、未摻聚乙烯醇纖維的灌漿料進行試驗，待灌漿料抗壓強度達到80 MPa以上時進行拉拔試驗，其中摻聚乙烯醇纖維的灌漿料拉拔強度達到600 MPa，而未摻的灌漿料的拉拔強度達到524 MPa，提高幅度達到14.5%，可以看出摻入聚乙烯醇纖維大大提高了灌漿料的錨固性能，這主要是聚乙烯醇纖維的摻入，形成了錯亂無章的支撐網格體系，抑制了裂縫的產生，大大提高了錨固接頭拉伸黏結性。

3 結論

通過利用聚乙烯醇纖維對水泥基灌漿料進行改性試驗和分析，合理地選擇纖維最佳摻量，纖維摻量對灌漿料的流動度、抗壓強度、抗折強度、錨固強度和柔性具有良好的影響。1）綜合考慮灌漿料工作性能和力學性能的要求，建議6 mm 長度聚乙烯醇纖維的最佳摻量不宜超過 0.15%。2）聚乙烯醇纖維的摻入降低了水泥基灌漿料的流動度且隨著聚乙烯醇纖維摻量的增加，其流動度呈現下降趨勢。因此，為了保證灌漿的工作性能，聚乙烯醇纖維摻量應適量。3）聚乙烯醇纖維的摻入改善了水泥基灌漿料的力學性能，提升了其抗壓強度，提高了其抗折強度，降低了其壓折比，增強了灌漿料的柔韌性、抗裂性和錨固性。