浅析大掺量矿渣套筒灌浆料力学性能

前言：想要写出一篇引人入胜的文章？我们特意为您整理了浅析大掺量矿渣套筒灌浆料力学性能范文，希望能给你带来灵感和参考，敬请阅读。

摘要：研究了不同种类、不同活性、不同掺量的矿物掺合料对套筒灌浆料力学性能的影响，并开发了一种用于评价套筒灌浆料与钢筋套筒握裹性能的测试方法。结果表明，与微珠粉、硅灰以及偏高岭土相比，高活性矿渣粉的掺入能显著改善套筒灌浆料的力学性能，且掺量占总材料质量15%时效果最佳，28d抗压强度达到135.4MPa。大掺量高活性矿渣套筒灌浆料能使灌浆料握裹力提高40%～60%。

关键词：套筒灌浆料；矿物掺合料；力学性能；钢筋套筒握裹力

前言

随着建筑产业的转型升级，作为建筑业发展重要方向的建筑工业化逐渐成为行业关注与研究的热点，装配式混凝土结构则是建筑工业化的重要内容，它具有高效率、低能耗和环保等特点[1]。在装配式混凝土结构中，预制构件的连接是影响结构安全的关键，钢筋套筒灌浆连接技术是构成结构整体性的关键手段之一[2]。钢筋连接用套筒灌浆料（简称套筒灌浆料）作为影响结构可靠性的核心材料，近年来被国内外学者广泛研究。研究方向涵盖了套筒灌浆料物理性能[3]、低温套筒灌浆料应用性能[4-5]、钢筋套筒灌浆连接件拉拔试验[6-7]、环境温度对钢筋套筒灌浆连接接头性能的影响[8]及套筒灌浆料在桥梁工程中的应用[9]等。已有的研究大都针对套筒灌浆料或钢筋套筒灌浆连接试件性能，而关于套筒灌浆料钢筋握裹强度的研究却鲜有报道。本文拟研究不同矿物掺合料对套筒灌浆料力学性能的影响，并开发了一种评价套筒灌浆料对钢筋握裹性能的试验方法。

1试验

1.1原材料

胶凝材料：武汉华新水泥股份有限公司生产的P•O52.5水泥、深圳道特科技有限公司生产的精细沉珠（微珠粉）、山东盛世高铁工程材料有限公司生产的活性矿渣粉、内蒙古三鑫高岭土有限责任公司生产的偏高岭土、武汉源锦商品混凝土有限公司提供的硅灰，胶凝材料的主要化学成分见表1，水泥的物理力学性能见表2，微珠粉、偏高岭土和矿渣粉的主要性能见表3。砂：连续级配的石英砂；减水剂：江苏兆佳建材科技有限公司生产的ZJ-PC8010型高性能聚羧酸减水剂，减水率25%；膨胀剂：武汉善达化工有限公司生产的AC7000塑性膨胀剂，纯度≥97%；保水剂：广东龙湖科技股份有限公司生产的MT400PFV型保水剂；消泡剂：江苏兆佳建材科技有限公司生产的D132型有机硅类消泡剂，有效固含量≥98%。

1.2试验方法

套筒灌浆料基本配合比：胶砂比1.5，水胶比0.217，矿物掺合料掺量占胶凝材料质量的25%，掺加适量功能助剂。以某厂家市售的套筒灌浆料为基准进行对比，该产品符合JG/T408—2013《钢筋连接用套筒灌浆料》各项指标要求。（1）套筒灌浆料力学性能研究调整套筒灌浆料的配合比，分别掺入不同种类、不同活性、不同掺量的矿物掺合料，再通过粉剂聚羧酸减水剂调节浆体状态，使套筒灌浆料具有良好的流动性能。截锥流动度试验方法参考GB/T50448—2015《水泥基灌浆材料应用技术规范》。将上述不同配比的套筒灌浆料用40mm×40mm×160mm三联试模成型试块，并在标准养护箱[温度（20±1）℃、相对湿度95%]中养护1d后拆模，然后放入20℃水中养护到规定龄期，按照GB/T17671—1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》测试抗折和抗压强度。（2）钢筋套筒灌浆连接试件握裹强度测试①准备钢筋和套筒：钢筋等级为HRB400E，长度（15±1）cm，且切割面须平整以便精确测试长度；半灌浆套筒为规格16mm的球墨铸铁套筒。②绑扎钢筋套筒：所有钢筋插入套筒深度均控制在（5±0.4）cm。③灌浆：将套筒灌浆料按相应的用水量加水搅拌成均匀浆体，注入绑扎好的钢筋套筒内，并用橡胶塞封堵注浆口和出浆口，制得钢筋套筒灌浆连接试件。④灌浆料试件成型：使用40mm×40mm×160mm的三联试模成型试件，并与钢筋套筒灌浆连接试件同条件养护。⑤试件养护至规定龄期后，测试对应灌浆料试件的强度，并对钢筋套筒灌浆连接试件进行抗拉性能测试，记录钢筋拔出的最大力值，计算灌浆料的握裹强度。表4为钢筋套筒灌浆连接用灌浆料基准配合比。图1和图2分别是成型后的钢筋套筒灌浆连接试件以及对应的抗拉性能测试试验。抗拉性能测试中，由于钢筋与灌浆料接触面上的剪应力低于套筒内壁与灌浆料接触界面的剪应力，当万能试验机持续加载时，钢筋会从灌浆料中拔出，试验结束。握裹强度按式（1）计算：

2结果与讨论

2.1不同矿物掺合料对套筒灌浆料力学性能的影响

不同矿物掺合料对套筒灌浆料性能影响的试验配合比和性能测试结果如表5~表7所示。由表5可见，随着硅灰掺量的增加，套筒灌浆料的1、3、28d抗压强度均先提高后降低，当硅灰掺量为2%时抗压强度最高。这是由于在一定掺量范围内硅灰具有润滑及密实填充作用，使得抗压强度有一定幅度的提高[10]。而硅灰掺量超过2%时，套筒灌浆料的工作性能变差，浆体内部不密实，导致抗压强度有轻微下降。由表6可见，随着偏高岭土掺量的增加、矿渣粉掺量减少，套筒灌浆料各龄期抗压强度逐渐降低。一方面是由于偏高岭土是一种层状结构的物质，能够快速吸收水分，使得水泥颗粒向微细偏高岭土周围靠拢，形成“粘稠点”，降低了水泥胶砂的流动性；另一方面是因为所选用的偏高岭土活性指数较矿渣粉小，从而导致抗压强度降低。由表7可见，随微珠粉掺量的增加，砂浆的流动度增大，这是由于微珠粉是从粉煤灰中提取出来的一种全球状、连续粒径分布、超细、实心的硅铝酸盐材料，具有“滚珠效应”，可改善砂浆和水泥的流变性，降低黏度。随微珠粉掺量的增加和矿渣粉掺量的减小，套筒灌浆料的1、3d抗压强度明显降低，28d抗压强度略微降低。这主要是因为微珠粉降低了早期反应水化热，掺量越高，早期抗压强度越低。而其活性和填充性对套筒灌浆料后期抗压强度又有一定的提高作用。

2.2钢筋套筒灌浆连接试件的握裹强度

带肋钢筋与套筒灌浆料之间粘结性能研究是钢筋套筒灌浆连接接头应用的理论基础。带肋钢筋与灌浆料之间的粘结力由3部分组成[11]：（1）灌浆料胶体与钢筋表面的化学胶结力；（2）钢筋与灌浆料接触面处的摩擦力；（3）钢筋肋与灌浆料的机械咬合作用。表8为不同规格钢筋、相同规格套筒时，钢筋套筒灌浆（按表4配比）连接试件的握裹性能。由表8可以看出：随着钢筋直径增大，钢筋套筒连接试件内的浆体厚度减小，试件极限承载力增大，握裹强度呈增大趋势，这与文献[12]的研究结果一致。但并不是钢筋套筒连接试件内浆体厚度越小越好，还要考虑到现场施工时方便钢筋插入、方便灌浆施工等情况。图3为不同龄期套筒灌浆料抗压强度和握裹强度增长曲线。从图3可以看出，钢筋套筒连接试件的握裹强度与连接二者的灌浆料抗压强度呈正相关性，灌浆料抗压强度越高，握裹强度越高。另一方面，由于高活性矿渣粉的掺入，套筒灌浆料早期强度增长迅速，后期强度增长缓慢，相应的握裹强度也表现出相同的发展规律。

作者：邹伟 周壮 吴文选 叶显 孔金鸣 单位：武汉源锦建材科技有限公司