水泥基灌浆料的耐久性研究

郭 娇

（黄冈师范学院建筑工程学院，湖北 黄冈 438000)

0 引言

装配式建筑是指由预制构件在工地装配而成的建筑。装配式建筑具有建造速度快、施工过程中环境污染小、预制构件可重复利用等优点，目前广泛用于工业化建筑中。预制构件之间通过钢筋套筒灌浆进行连接，装配式建筑的整体性是由灌浆料性能的好坏决定的，装配式钢筋套筒的灌浆料属于水泥基灌浆料。

水泥基灌浆料，是一种以水泥、适量的细骨料、少量的混凝土外加剂及其他材料组成的干混材料。水泥基灌浆料加水搅拌后具有较大的流动性、微膨胀性、早强和高强、不泌水等性能，是一种良好的建筑材料［1］，广泛应用于海上风电基础连接、建筑物加固修复、地脚螺栓锚固及其他修复工程中。近年，我国在东北、西南和华东等地区修建了大量的建筑工程，如青藏铁路、港珠澳大桥、港口建筑等等，随着时间的推移，这些建筑工程相继出现了冻融破坏和硫酸盐侵蚀破坏，因此，研究灌浆料的耐久性势在必行。基于此，本文从水泥基灌浆料的竖向膨胀率、渗透性能、抗腐蚀性能等方面进行了研究，为灌浆料的耐久性研究提供一定的试验依据和理论基础。

1 水泥基灌浆料主要性能

近几年来，我国学者对混凝土耐久性能进行了相关研究。王月等［2］通过室内NaCl 溶液快速冻融循环试验，得出冻融循环作用下、活性粉末混凝土的氯离子扩散系数随冻融循环次数的增加先减后增的结论，并建立氯离子侵蚀与冻融循环耦合作用下的混凝土寿命预测模型；Kessler等［3］采用超声波检测与共振频率手段研究了氯离子侵蚀与冻融循环耦合作用下的损伤；田威等［4］通过对自然状态以及饱水状态下的混凝土进行冻融循环试验，得出混凝土冻融损伤劣化模式具有多样性，并从试验角度解释了混凝土在冻融环境下力学性能的变化规律。

根据《水泥基灌浆材料应用技术规范》（GB/T50448-2015），水泥基灌浆料主要性能指标见表1。

表1 水泥基灌浆料主要性能指标

2 试验原材料性能及配合比

水泥：P·O52.5 级普通硅酸盐水泥，安定性合格，烧失量1.02%；

砂：普通河砂，含泥量2%，堆积密度1465m2/kg，表观密度2650m2/kg；膨胀剂：含量为胶凝材料的8%；

高效减水剂：减水剂含量为胶凝材料的3.8%,含气量为胶凝材料的4%；水：普通自来水。

参照装配式建筑钢筋套筒灌浆的要求，将上述材料制成水泥基灌浆料，灌浆料配合比具体值见表2，采用水泥胶砂搅拌机将灌浆料先干搅30s，然后加水搅拌3min。

表2 灌浆料配合比 kg/m3

3 试验结果与分析

为了保证试验的规范性，水泥基灌浆料的流动度测试、竖向膨胀率测

试、渗透性能研究、抗腐蚀性能研究严格按照《水泥基灌浆材料应用技术规范》（GB/T50448-2015）进行。

3.1 流动性能测试

根据《水泥基灌浆材料应用技术规范》（GB/T50448-2015），用微坍落度衡量灌浆料的流动度[5]。

锥模上口直径为70mm，下口直径为100mm，锥模高度为60mm；将刚搅拌好的灌浆料倒入锥模中，把锥模放在玻璃板上（玻璃板主要是为了减少灌浆料流动过程中的阻力），用刮刀将上口刮平后，将锥模匀速提起，当灌浆料在玻璃板上静止不动时，测量两个垂直方向的最大尺寸求平均值，经过测试和计算，灌浆料的流动度满足要求。

3.2 竖向膨胀率测试

测量仪器包括模具、玻璃板、千分表和表架，试验装置如图1 所示。

图1 竖向膨胀率测试仪器

模具尺寸为100mm×100mm×100mm，用黄油涂抹模具内表面，使其不漏浆。把玻璃板放在模具正中间，灌浆料装满整个模具并高出模具2 毫米，用湿纱布覆盖玻璃板两侧露出的灌浆料，并经常浇水以保持湿润。把百分表测量头垂直放在玻璃板中间并固定，当时间为30s 时，用百分表读取初始读数H0，成型过程应在搅拌结束后3min 内完成，加水搅拌后3 时和24 时，分别读取百分表读数Ht，整个操作过程中，应保持整个装置稳定，不受外界干扰，并不产生震动。

竖向膨胀率计算公式如式（1）所示：

测试结果表明，1h 竖向膨胀率达到0.1%，3h 竖向膨胀率为0.2%，之后一直处于稳定状态，灌浆料的竖向膨胀率满足要求。

3.3 抗渗透性能研究

先将灌浆料分别固化7d 和28d，然后切成直径100mm、高50mm 的圆柱体进行渗透试验，然后将灌浆料置于机油中浸泡30 天，试验结果见表3。

表3 灌浆料的抗渗透性能

由表3 可看出，灌浆料7d 的电通量为685C，28d 的电通量481C，在机油中浸泡30d 后抗压强度值为100MPa。由于灌浆料具有较好的膨胀性能，凝结固化后的灌浆料由于收缩形成裂缝。随着养护时间的延长，灌浆料内部不断地进行着水化反应，水化物不断增加，最终阻塞了内部裂缝的发展，电通量随养护时间的增加而降低。同时水分蒸发，在灌浆料内部形成小的毛细孔，从整体上来看，灌浆料内部结构密实，电通量很低，抗油渗性能良好。

3.4 抗腐蚀性能

把灌浆料做成40mm×40mmm×160mm 大小的棱柱体，将试块脱模置于标准养护箱养护7d，然后进行硫酸盐侵蚀试验，硫酸盐溶液为10%的硫酸钠溶液，试验结果见表4。

表4 灌浆料抗腐蚀性能

从表可看出，灌浆料的抗压强度耐腐蚀系数随着干湿循环次数的增加而降低。当干湿循环次数达到120 次时，灌浆料的抗压强度耐腐蚀系数为75.8%，说明此时水泥基灌浆料具有较好的抗硫酸盐侵蚀性能。

4 结束语

本文通过对水泥基灌浆料的流动性能、竖向膨胀率、抗渗透性能和抗腐蚀性能进行研究得出如下结论：

（1）灌浆料早期竖向膨胀率随时间增加呈现增长的趋势，灌浆料在测试期间内呈现膨胀状态且体积稳定。

（2）灌浆料的抗压强度耐蚀系数随着干湿循环次数的增加而降低。当灌浆料置于10%硫酸钠溶液中且干湿循环次数达到120 次时，灌浆料的抗压强度耐腐蚀系数为75.8%。

（3）在整个试验过程中，水化反应一直持续进行，生成的水化物阻碍了裂缝的发展，使灌浆料内部结构变得致密，提高了灌浆料的抗冻性能。

本文对水泥基灌浆料的流动度、竖向膨胀率、抗渗透性能、抗腐蚀性能进行了研究，为水泥基灌浆料的耐久性研究提供了试验依据，为装配式建筑钢筋套筒灌浆料的耐久性研究提供了理论参考。