粉煤灰对高早强灌浆料性能影响研究

2020-11-05黄石明黄杰坤卢德辉赵汝英

广东建材 2020年10期

黄石明祝雯黄杰坤卢德辉赵汝英

（1 广州建设工程质量安全检测中心有限公司；2 广州建筑股份有限公司）

0 引言

装配式混凝土结构是以预制构件为主，经装配、连接而成的混凝土结构，因其工业化程度高、建造速度快、结构整体性能好等优点，在国内得到了迅速推广及使用。目前，装配式建筑构件普遍采用钢筋套筒灌浆连接技术，相比传统连接方式（焊接和螺栓连接），钢筋套筒灌浆连接技术增强了构件连接处吸收能量的能力，有效减小应力集中，施工方便，容易操作。套筒灌浆料的性能则是钢筋套筒连接可靠性的主要保障，其性能优劣对结构安全性以及耐久性等都起着至关重要作用[1-3]。

钢筋套筒灌浆料是以水泥为胶凝材料，配以细骨料、混凝土外加剂及其他材料组成的干混料，加水搅拌后具有良好的流动性及早强、高强、微膨胀等性能，填充于套筒和带肋钢筋间隙内的干粉料[4-5]。工程中使用的套筒灌浆材料存在流动度差、流动度经时损失大、早期力学强度低、体积收缩等问题，难以满足钢筋套筒连接技术要求，制约着装配式混凝土结构的发展。

本文基于硫铝酸盐水泥、硅酸盐水泥和石膏三元复配胶凝材料体系，制备出高性能钢筋套筒灌浆料，通过调整粉煤灰掺量，研究其对灌浆料流动性、力学性能和膨胀率的影响，并采用SEM 技术观察浆体的水化产物微观形貌，分析其水化机理。

1 试验

1.1 原材料

水泥：唐山北极熊水泥厂生产的42.5 硫铝酸盐水泥，英德海螺水泥厂生产的42.5R 级硅酸盐水泥，它们成分组成见表1，物理性能见表2。

表1 水泥的成分组成（%）

表2 水泥的物理性能

表3 粉煤灰的成分组成（%）

表4 不同粉煤灰掺量的试验配合比（%）

矿粉：唐山曹妃甸盾石新型建材公司，S95 级；粉煤灰：韶关曲江区乌石港有限公司，F 类II 级，其化学成分见表3；硅粉：粒径为1000 目，硅含量为98%。

石膏：市售工业二水石膏。

砂：河砂，最大粒径1.25mm，连续级配。

减水剂：西卡生产型号为540P 的聚羧酸高性能减水剂，白色粉末状。

塑性膨胀剂：西卡生产的黄色结晶粉末，表观密度300～600g/L；缓凝剂为葡萄糖酸钠，分析纯级。

消泡剂：西卡的DF770DD 型号的白色粉末消泡剂，22 目筛余≤5%，堆积密度为0.6g/cm3。

1.2 实验仪器设备

仪器设备有：JJ-5 型水泥胶砂试验搅拌机、微机控制压折试验机、流动度测定仪、竖向膨胀率测定仪、恒温恒湿标准养护箱、40mm×40mm×160mm 胶砂试模、扫描电镜、荧光光谱分析仪。

1.3 试验方法

灌浆料试验中胶砂比为0.8，水胶比为0.24，石膏、矿粉、粉煤灰和硅灰是根据胶凝材料质量总量的百分比内掺，减水剂、消泡剂、膨胀剂、葡萄糖酸钠按胶凝材料质量总量百分比外掺，制备粉煤灰掺量为3%、6%、9%、12%、15%的灌浆料，其配比见表4。并依据标准JG/T 408－2013《钢筋连接用套筒灌浆料》对灌浆料流动度、抗折强度、抗压强度、膨胀率进行测试，并分析其影响原因，其中标准JG/T 408－2019《钢筋连接用套筒灌浆料》技术指标见表5[4]。通过SEM 等测试方法，观察浆体水化产物微观形貌，分析其水化机理。

2 结果与讨论

2.1 粉煤灰对灌浆料流动性影响

表5 套筒灌浆料的性能指标

表6 不同粉煤灰掺量灌浆料的性能试验结果

试验中通过调整粉煤灰的掺量，研究灌浆料的性能，其测试结果见表6。

由表6 可见，随着粉煤灰掺量的增加，灌浆料初始流动度呈现出增大现象。流动度由粉煤灰掺量为3%时的320mm 增加到掺量为15%时的333mm。30min 流动度保留值则出现先增大后减小，掺量为9%时30min 流动度保留值达到最大值为302mm。粉煤灰需水量小，相同的用水量条件下可以达到较大的流动度。此外，粉煤灰的微观形貌是球形玻璃体，且表面光滑，将其掺入灌浆料可减少河砂与浆体之间的摩擦，起到滚珠润滑的效果[6-7]，从而提高灌浆料的流动性。灌浆料30min 流动度保留值先增大后减小，则由于粉煤灰的密度小，相同质量下，具有较大的体积，当粉煤灰掺量过大，浆体明显增多，包裹在河砂表面，润滑膜变厚，表现为灌浆料30min 流动度保留值降低。

2.2 粉煤灰对灌浆料力学性能影响

随着粉煤灰掺量的增加，灌浆料1d 抗压强度和3d抗压强度呈现不同程度降低，28d 抗压强度则先增加后降低。粉煤灰掺量为3%时，1d 抗压强度和3d 抗压强度分别是46.7MPa、72.2MPa；在掺量为9%时，1d 抗压强度和3d 抗压强度分别是37.3MPa、69.1MPa；掺量增加至15%时，1d 抗压强度和3d 抗压强度分别是34.3MPa、68.5MPa。粉煤灰具有火山灰效应，粉煤灰中含有一定的玻璃体，其主要成分为活性氧化硅和氧化铝，参与灌浆料后期的水化反应，生成水化硅酸钙凝胶和水化铝酸钙等[8-10]，且粉煤灰颗粒较小能填补水泥浆体水化后留下的孔隙，见图1。因此，在粉煤灰掺量小于9%时，28d 抗压强度随着掺量的增加而增加，但由于粉煤灰活性差于水泥的，在粉煤灰掺量大于9%时，随着其掺量增加，水泥占比下降，胶凝材料整体活性下降，灌浆料28d 抗压强度下降。

图1 粉煤灰掺量为9%的灌浆料28d 水化产物微观形貌

2.3 粉煤灰对灌浆料膨胀性影响

从表6 可以看出，随着粉煤灰掺量的增加，灌浆料3h 竖向膨胀率总体呈增长趋势，在粉煤灰掺量为15%时，达到最大值为0.116%，而24h 与3h 膨胀率之差则随着粉煤灰掺量的增加先增大后降低，在粉煤灰掺量为9%时，达到最大值为0.177%。硫铝酸盐水泥是高碱度水泥，能够迅速发生水化反应生成大量的Ca(OH)2，其对粉煤灰的活性氧化硅和氧化铝起到碱激发作用，并在石膏作用下生成钙矾石[8]，使得灌浆料3h 竖向膨胀率增大，但粉煤灰掺量过多，胶凝材料中水泥相对含量下降，生成的钙矾石数量下降，竖向膨胀率下降。

综上所述，粉煤灰掺量为9%时，灌浆料的各项性能指标均能满足标准JG/T 408－2013《钢筋连接用套筒灌浆料》技术要求。灌浆料初始流动度和30min 流动度保留值分别是326mm、302mm，各龄期抗压强度分别是37.3MPa、69.1MPa、110.2MPa，3h 膨胀率为0.061%，以及24h 与3h 膨胀率之差为0.177%。