胶砂比及外加剂对套筒灌浆料性能影响的试验研究

杨 光，李梓璇，王雅欣，孙昭昭，魏士杰

（西安欧亚学院人居环境学院，陕西 西安 710065）

0 引言

随着建筑业的发展和人们对住房要求标准的提高，对装配式建筑的性能提出更高的要求，套筒灌浆料作为大部分装配式建筑中构件连接的主要材料，要求具有流动性好、早强、高强、微膨胀等性能。为更好地保证套筒灌浆质量，降低成本，缩短工期，本文将普通硅酸盐类水泥（OPC）与硫铝酸盐水泥（SAC）按20%OPC+80%SAC复合配合比复配[1]，以胶砂比为变化参数，配置出早期强度发展快、后期强度高且流动度大的高性能套筒灌浆料，对灌浆的配合比设计及工程应用具有重要的意义。

减水剂，也称塑化剂，可以让水泥颗粒彼此分开，释放因水泥团聚所包裹起来的水分，增加自由水，使水泥颗粒彼此分离[2]。掺入减水剂可以改善水泥砂浆的流动性，有效提高灌浆料的流动度和抗压强度[3-5]。本文选取实际工程中常用的聚羧酸减水剂按一定比例进行研究试验，旨在为减水剂在该复合胶凝体系的应用提供一定的指导。

缓凝剂，可以推迟水泥水化反应，降低水泥水化速度和水化热、延长凝结时间。掺入缓凝剂可以抑制水化热的放热速率，减慢放热率和降低热峰，能有效防止混凝土早期裂缝的产生。本文选取石膏、葡萄糖酸钠、酒石酸按一定比例进行单掺研究试验，旨在为缓凝剂在该复合胶凝体系的应用方面提供一定的指导。

1 试验原材料及实验方法

1.1 实验原料

普通硅酸盐水泥，秦岭，P.O 42.5水泥，其化学成份及物理指标见表1。砂，符合二区颗粒级配要求，粗细程度适中，级配良好。减水剂，市售，聚羧酸减水剂，减水率约为25%。缓凝剂，市售，分别为石膏、葡萄糖酸钠、酒石酸。

1.2 实验方法及配合比

1.2.1 力学性能试件制备

搅拌、成型、养护、强度测试方法依据《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）（GB/T 17671—1999）》规定的试验方法，复合体系加水后用水泥胶砂搅拌机进行搅拌，搅拌3min后，一次性把砂浆装入40mm×40mm×160mm三联模内，然后放在振动台上进行机械振动，振动60s后刮平，带模放入标养室，根据龄期要求进行拆模。

表1 普通硅酸盐水泥物理指标

1.2.2 流动度测定

流动度测试方法根据《钢筋连接用套筒灌浆料（JG/T 408—2019）》规定的实验方法，截锥圆模应符合GB/T 2419的规定，尺寸为下口内径100mm±0.5mm，上口内径70mm±0.5mm，高60mm±0.5mm，以标准的水泥基灌浆料流动度截锥圆模在润湿的玻璃板上测试胶砂流动度，使胶砂倒满截圆锥模，用抹刀抹平后，缓慢提起，使胶砂在重力作用下流淌，用钢尺测其互相垂直方向直径的流动度，流动度取两个方向的平均值。

1.3 配合比

根据研究目的，本试验主要研究胶砂比对灌浆料强度的影响情况，采用编号为CGM—1～3分别表示胶砂比为0.6、0.8、1：1时的配合比，具体见表3。胶砂总量1800g，水胶比0.3，减水剂为胶凝材料的0.4%，标准养护，具体见表2。

表2 CGM配合比

2 试验结果与分析

2.1 不同胶砂比对套筒灌浆料强度的影响试验结果

以胶砂比为变化参数考察CGM的强度受其影响情况，用该灌浆料制作的40mm×40mm×160mm棱柱体试块进行抗折、抗压试验，得到其ld、3d、28d抗折强度和抗压强度，实验结果具体见表3。

表3 不同胶砂比的强度实验结果

《钢筋连接用套筒灌浆料（JG/T 408—2019）》要求水泥基灌浆料应具有早强、高强的性能，1d、3d、28d抗压强度要分别达到35MPa、60MPa、85MPa。从对CGM抗压强度的实验结果来看，每组胶砂比的1d抗压强度均达到规范标准，3d抗压强度均未达到规范标准，28d抗压强度只有CGM-3达到规范标准。

从表3中可以看出CGM型灌浆料胶砂比为0.6、0.8、1时的3d抗压强度均未满足规范标准，对于抗折强度，规范没有给出强制性规定。从图1和图2还可以看出，复合胶凝体系的抗折存在明显的谷点，都有先减少后增加的变化趋势；复合胶凝体系的抗压呈明显上升趋势，CGM-1、CGM-3抗压强度一直增加，CGM-2抗压强度先减少后增加，且抗折、抗压强度具有早强性，后期增长迅速。从整体效果来看，选用CGM型灌浆料胶砂比1:1作为最优配合比。

2.2 不同外加剂对套筒灌浆料流动度的影响实验结果

根据不同胶砂比对套筒灌浆料强度的影响，实验选用CGM型灌浆料胶砂比1:1的最优配合比进行流动度测验。《水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法（GB/T 134671—2011）》要求水泥基灌浆料应具有好的流动性，能够流进所要灌注的空隙，初始、30min要分别达到300mm、260mm，根据试验结果，加入0.6%的聚羧酸减水剂后，凝结硬化速度较快，CGM-3流动度未达到标准要求。分析原因可能是砂子用量较高，而水泥浆较少，从而降低了流动度。

为了提高水泥基灌浆料的流动度，延缓凝结，在以上配方的基础上，单掺8%的石膏、0.06%的葡萄糖酸钠、0.15%的酒石酸做对比实验，抑制水泥水化而延缓其凝结时间，降低水化放热速率、降低水泥砂浆经时流动度损失，提高其流动性能。

由图1可以看出，加入缓凝剂后，明显提高了浆体的流动性，达到标准要求。图2为不同缓凝剂下水泥砂浆的流动度对比曲线，不同种类的缓凝剂对砂浆的流动度影响规律并不相同。结果表明，缓凝剂的种类和掺量对砂浆流动度影响较大，其中酒石酸的缓凝作用最强。

3 结果讨论

本文研究不同胶砂比下，20%OPC+80%SAC的复合体系的强度变化规律，并进行复合体系的流动度实验，得到以下结论：

（1）胶砂比为0.6及1:1时，抗压强度随龄期持续增长，1d及28d强度均满足要求，且后期强度增长迅速，但3d强度不达标，单从强度指标来看，笔者推荐采用1:1的胶砂比。

（2）当胶砂比为1:1时，掺加0.6%的聚羧酸减水剂后灌浆料的流动度达不到标准要求，而加入缓凝剂后，从缓凝剂的缓凝效果来看，酒石酸在三种缓凝剂中表现更佳。

图1 流动度测定

图2 CGM-3不同缓凝剂下灌浆料的流动度