消泡劑對灌漿料性能和孔結構特征的影響

吳海軍，奉瑞萍

（湖南省交通建設質量監督檢測有限公司，湖南長沙 410015）

0 引言

2022 年10 月28 日，湖南省人民政府發布《湖南省碳達峰實施方案》，指出要“培育壯大裝配式建筑產業”。由此可見，近幾年是裝配式建筑在我國發展的黃金階段。其中，鋼筋套筒灌漿連接技術是目前該領域的研究熱點之一。作為該技術的關鍵材料之一，鋼筋連接用套筒灌漿料（以下簡稱“灌漿料”）會顯著影響鋼筋套筒灌漿連接技術的實施效果。

現有研究表明，在砂漿中摻入消泡劑，能夠降低含氣量[1-3]，提高濕密度[1,4]和保水性[5]，改善表面質量[6-7]，增加流動度[2,4,6-7]，提高強度[1,3-4,7-8]、折壓比[1,5,9]和拉伸黏結結強度[5]，降低吸水量[1,3,5]，延長凝結時間[10]以及改善泛白[7]等。隨著消泡劑摻量的增加，這些性能會持續改變，但通常存在一個臨界值，當砂漿中消泡劑摻量大于該值時，砂漿性能的變化趨于穩定[2,5,7]。也有一些不同的研究結果，如消泡劑對初凝影響不大，但會延長終凝時間[5]，隨著消泡劑摻量的增加，砂漿含氣量先降低后增加，抗壓、抗折強度均先上升后下降[9,11]。消泡劑種類對砂漿性能的影響差別也較大[1,4-5,7,11]，且同一消泡劑對不同砂漿性能的影響也有很大差別[2,8]。此外，摻入消泡劑后，灌漿料剪切應力增大，塑性黏度增加，根據灌漿料硬化后氣泡參數的測試結果，摻入消泡劑的灌漿料內部總氣泡數量以及＜100 μm 的氣泡數量均減少[12]。

根據相關標準，灌漿料的早期和后期強度要求都很高，1、3、28 d 的抗壓強度要求分別大于35、60、85 MPa。消泡劑對砂漿力學性能的改善作用非常顯著，如砂漿中消泡劑摻量為0.1%（質量分數）時，7 d 抗壓強度提高100%以上[1]，拉伸黏結強度增加75%[5]。本文針對特種消泡劑，研究了不同摻量下灌漿料的流動度及其經時損失率、濕表觀密度等拌合物性能，以及抗折強度、抗壓強度和孔結構等硬化結構性能特征。

1 原材料與試驗方法

1.1 原材料

消泡劑為德國明凌化工有限公司生產的粉末消泡劑，白色，型號為Agitan? RP803，組分為液態烴和聚乙二醇的混合物。

試驗包括9 個配合比（見表1），主要變量為消泡劑摻量（質量分數），分別為0%、0.002 5%、0.005 0%、0.007 5%、0.010 0%、0.012 5%、0.015 0%、0.020 0%和0.025 0%，其他材料質量不變。

表1 灌漿料配合比（Tab.1 Mix proportion of grouts）

1.2 試驗方法

1.2.1 流動度及其經時損失

灌漿料的流動度測試依據JG/T 408—2013《鋼筋連接用套筒灌漿料》進行，其中30 min 流動度損失率由式（1）計算得到[13]。

如果F30結果為負數，則說明灌漿料的30 min 流動度增加。

1.2.2 濕表觀密度

1.2.3 孔結構特征

采用全自動壓汞測孔儀測試硬化灌漿料的孔結構特征。取28 d 齡期的灌漿料硬化試樣，用小錘敲開，在試塊中部取2.5～5.0 mm 小塊，將塊狀樣品在異丙醇溶液中浸泡72 h，待其終止水化后進行壓汞和孔結構測試。

2 試驗結果與分析

2.1 消泡劑對灌漿料流動度的影響

灌漿料初始流動度和流動度經時損失率隨消泡劑摻量的變化如圖1 所示。由圖1（a）可知：當消泡劑摻量由0%增加到0.020 0%時，灌漿料的初始流動度逐漸增加，由300 mm 增加到330 mm，增加幅度為10%，即該摻量范圍內，消泡劑對砂漿有一定的助流效果；當消泡劑摻量由0.020 0%增加到0.025 0%時，初始流動度降低至303 mm，降幅為8%。由圖1（b）可知，當消泡劑摻量為0.020 0%時，灌漿料30 min流動度損失率為11.2%，對于其他消泡劑摻量的灌漿料，30 min 流動度損失率變化不大，在-0.7%～4.3%。

圖1 灌漿料流動度和30 min 流動度損失率隨消泡劑摻量的變化（Fig.1 Change rule of fluidity and fluidity loss rate in 30 min of grouts with defoamer dosage changing）

續圖1 灌漿料流動度和30 min 流動度損失率隨消泡劑摻量的變化（Fig.1 Change rule of fluidity and fluidity loss rate in 30 min of grouts with defoamer dosage changing）

通常消泡劑可以抑制甚至消除部分新拌漿體內的大氣泡，改善氣泡滾珠軸承作用效果[2]。因此，消泡劑摻量由0%增加到0.020 0%時，灌漿料流動度增加；摻入一定量的消泡劑后，消泡作用顯著，此時砂漿中起到滾珠作用的氣泡數量明顯下降，造成砂漿流動性降低[7]，因此當消泡劑摻量由0.020 0%增加到0.025 0%時，灌漿料流動度降低。由于新拌漿體中的氣泡會經歷合并和擴散等過程[14-15]，硬化漿體的最終孔結構不能完全反映新拌漿體的氣泡情況。

2.2 消泡劑對灌漿料濕表觀密度的影響

灌漿料的濕表觀密度如圖2 所示。由圖2 可見，與不摻消泡劑的灌漿料相比，摻消泡劑的灌漿料的濕表觀密度均增大，增大幅度在1.43% ～5.11% ，其中消泡劑的摻量為0.010 0% 時，灌漿料的濕表觀密度最高。摻入一定量的消泡劑后，消泡劑對大氣泡的抑制與消除作用使灌漿料的濕表觀密度不斷增大。

圖2 消泡劑摻量對灌漿料濕表觀密度的影響（Fig.2 Influence of dosage of defoamer on wet apparent density of grouts）

2.3 消泡劑對灌漿料強度的影響

消泡劑摻量對灌漿料強度的影響如圖3 所示。由圖3 可知，除3 d 抗折強度外，所有摻消泡劑的灌漿料抗折和抗壓強度均高于未摻消泡劑的灌漿料。當消泡劑摻量增至0.025 0%時，灌漿料在不同齡期的抗折強度與抗壓強度均表現出先增加而后趨于穩定的趨勢。消泡劑的最佳摻量為0.005 0%～0.007 5%，與未摻消泡劑的灌漿料相比，摻入0.005 0%的消泡劑可使灌漿料1、3、28 d 齡期的抗壓強度分別增加35.0%、31.5%和33.2%。由此可見，消泡劑對提高灌漿料的強度具有非常顯著的作用。

圖3 消泡劑摻量對灌漿料強度的影響（Fig.3 Influence of dosage of defoamer on strength of grouts）

2.4 消泡劑對灌漿料孔結構的影響

根據壓汞測試結果，不摻消泡劑和消泡劑摻量為0.002 5%、0.005 0%、0.007 5%和0.010 0%的灌漿料試樣在6 nm～300 μm 范圍內的孔徑分布如圖4 所示。由圖4 可知：（1）在6～30 nm 的孔徑范圍內，摻消泡劑的灌漿料，孔體積總體上大于不摻消泡劑的灌漿料，其中消泡劑摻量為0.002 5%時孔體積最高，且在10 nm處出現了很高的尖峰，消泡劑摻量為0.010 0%時孔體積最低，與不摻消泡劑的灌漿料比較接近。（2）在30 nm～60μm 的寬孔徑范圍內，不摻消泡劑灌漿料的孔體積幾乎一直是所有灌漿料中最高的，且存在5 個峰值（45 nn 和70 nm 處2 個較大的峰值，以及12μm、20 μm和51μm 處3 個較小的峰值）。其他4 種摻消泡劑的灌漿料的孔體積都較小，相應的孔體積峰值降低或消失。消泡劑摻量為0.010 0%時，其孔體積僅次于不摻消泡劑的灌漿料，消泡劑摻量為0.002 5%和0.007 5%時，孔體積都比較低。（3）在60～300 μm 的孔徑范圍內，5 種灌漿料都在170 μm 附近出現孔體積峰值，消泡劑摻量為0.0025%時，孔體積最高，接下來依次是消泡劑摻量為0.007 5%、0、0.005 0%和0.010 0%的灌漿料。

圖4 消泡劑摻量對灌漿料孔徑分布的影響（Fig.4 Influence of dosage of defoamer on pore size distribution of grouts）

消泡劑摻量對灌漿料孔隙率的影響如圖5 所示。由圖5 可知：隨著消泡劑摻量由0%增加到0.010 0%，灌漿料的孔隙率先不斷下降，而后略有增加；當消泡劑摻量由0%增加到0.002 5%時，灌漿料的孔隙率下降36.6%，說明很低摻量的消泡劑能夠顯著減小灌漿料的孔隙率；當消泡劑的摻量繼續增加時，灌漿料的孔隙率緩慢減小，當消泡劑摻量為0.007 5%時，孔隙率最小；當消泡劑摻量由0.007 5%增加到0.010 0%時，灌漿料的孔隙率反而增大16.3%。

圖5 消泡劑摻量對灌漿料孔隙率的影響（Fig.5 Influence of dosage of defoamer on porosity of grouts）

灌漿料的孔結構測試結果能夠很好地解釋灌漿料的強度變化規律。當消泡劑摻量為0.007 5%時，灌漿料的孔隙率最小，對應的灌漿料28 d 抗壓強度最高。

3 結語

研究了消泡劑對灌漿料流動度、流動度經時損失率、濕表觀密度等拌合物性能，以及抗折強度、抗壓強度和孔結構在內的硬化結構性能特征的影響。主要結論如下：

（1） 當消泡劑摻量由0%增加到0.025 0%時，灌漿料的流動度先增加，超過一定限度后又逐漸降低。但消泡劑摻量對灌漿料30 min 流動度損失率的影響不大。

（2） 與不摻消泡劑相比，灌漿料中摻消泡劑后，濕表觀密度增大，增大幅度為1.43%～5.11%。

（3） 當消泡劑摻量由0%增加到0.025 0%時，所有齡期的硬化灌漿料抗折強度和抗壓強度均基本呈現先增加后趨于穩定的趨勢。消泡劑能夠顯著提高灌漿料的抗壓強度，在灌漿料中的最佳摻量為0.005 0%～0.007 5%。

（4） 與不摻消泡劑相比，灌漿料中摻入消泡劑后，在6～30 nm 的孔徑范圍，孔體積增加；在30 nm～60μm 的孔徑范圍，孔體積降低；在60～300μm的孔徑范圍，消泡劑摻量為0.002 5%和0.007 5%時，孔體積增加，消泡劑摻量為0.005 0%和0.010 0%時，孔體積降低。

（5） 消泡劑摻量由0%增加到0.010 0%時，灌漿料的孔隙率先不斷下降，而后略有增加。