装配式建筑钢筋套筒灌浆料研究

李宜徽

（中铁十八局集团第一工程有限公司， 河北 涿州 072750）

1 引言

预先进行建筑材料构件的生产， 再通过现场组装成型即为装配式建筑。 装配式建筑具有节约资源， 优化质量等特点， 正被广泛应用。 当前，钢筋套筒灌浆是装配式建筑主要的钢筋连接方式， 其主要材料为套筒灌浆料， 主要类型为水泥基灌浆料［1］。 对于整个装配式建筑的安全性能而言， 节点连接质量对其起到关键性作用。 当前灌浆料在市场上存在较多的品种， 且多通过各种材料混合配制所形成， 质量难以把控， 配合比需要经常调整。 针对所存在的问题， 本文将对其进行详细探讨， 以进一步提高装配式建筑的施工质量。

2 钢筋连接用套筒灌浆料的性能研究

2.1 塑性膨胀剂掺量

在其他组分确定的条件下， 改变塑性膨胀剂掺量， 对比灌浆料性能， 初步确定塑性膨胀剂的最优种类以及掺量［2］。 值得注意的是， 本处掺量指代塑性膨胀剂在总质量中的占比。

啤酒瓶法确定塑性膨胀剂的种类及掺量如图1 所示， 从所得结果可以看出， 无论是3h 还是24h， 三种灌浆料在0.02%的塑性膨胀剂掺量时都凸出啤酒瓶， 表明都出现显著的塑性膨胀。 掺入三种塑性膨胀剂灌浆料的啤酒瓶在3h 时分别有 5mm、 2mm 以 及 7mm 的 增 加 高 度 ， 掺 入PEA3 的灌浆料有最好的膨胀率。 24h 时， 灌浆料中有最好膨胀率的是掺入了 PEA1 的。 在0.01%塑性膨胀剂掺量下， 3h 时三种灌浆料均表现出塑性收缩， 24h 时， PEA1 以及 PEA3 灌浆料表现出塑性收缩， PEA2 表现出塑性膨胀。

图1 啤酒瓶法确定塑性膨胀剂的种类及掺量

综合成本等各种因素考虑， 确定灌浆料中塑性膨胀剂的掺量为0.02%。

2.2 稳定剂掺量

控制其他组分不变， 分析灌浆料在 0、0.005%、 0.01%、 0.015%以及0.02%稳定性掺量下的变化情况。 试验过程中部分灌浆料的流动度在30min 较高， 为对其原因进行进一步分析， 增设第六个配合比， 其有0.01%的稳定剂掺量， 将0.02%的膨胀剂掺量降为0。

（1） 灌浆料流动度及其损失率

灌浆料的初始流动度在稳定剂掺量上升到0.005%时也随之上升， 约有8.1%的增长率， 表明灌浆料在稳定剂掺量较低时增塑效果较为明显。 灌浆料的初始流动度在稳定剂掺量继续上升到0.015%时有所降低， 其中在上升到0.01%时约降低了31%， 上升到0.015%时降低了25%。 但在0.02%的稳定剂掺量下， 流动度约增加17.5%。从现有标准上看， 未掺入或0.005%掺量时， 流动度才能符合标准要求。

灌浆料30min 流动度损失率在没有稳定剂掺入时约为5.5%， 而在稳定剂掺量上升到0.005%时， 其随着上升约11.1%。 在0.01%以及0.015%掺量下， 损失率均为负值， 说明其不降反升， 且有较大的增长率。 在0.02%掺量下没有损失率［3-4］。

为弄清楚灌浆料流动度不降反升的原因是否在于30min 内塑性膨胀剂有气泡产生， 额外分析了灌浆料在没有塑性膨胀剂、 0.01%、 0.02%掺量条件下的30min 流动度损失率。 结果显示， 当没有塑性膨胀剂掺入时， 30min 流动度同样高于初始流动度， 说明30min 内流动度上升不是因塑性膨胀剂所导致。 稳定剂掺量对灌浆料的影响如图2 所示。

图2 稳定剂掺量对灌浆料的影响

（2） 灌浆料强度

抗折强度在稳定剂掺量上升到0.005%时有所上升， 而当掺量上升到0.01%时， 1d 和3d 有所下降， 7d 和 28d 有所上升， 但幅度较小。 抗压强度在稳定剂掺量上升到0.01%时均表现出先上升后降低的规律， 掺量上升到0.005%时有所下降， 上升到0.01%时有所上升。

灌浆料1d 和3d 抗折强度以及所有龄期抗压强度在0.005%的稳定剂掺量下最高； 在0.01%掺量时， 7d 和28d 抗折强度接近峰值。

从现有标准上看， 三种类型的灌浆料1d 和28d 抗压强度均满足要求， 但没有稳定剂掺入或在0.01%掺量时， 3d 抗压强度无法满足要求， 只有在0.005%掺量时才能满足3d 抗压强度要求［5］。 综上可知， 稳定剂掺量只有在 0.005%时才能满足各项标准要求。 稳定剂掺量对灌浆料强度的影响如图3 所示。

图3 稳定剂掺量对灌浆料强度的影响

3 其他影响因素

3.1 塑性膨胀剂

保持其他组分不变， 研究塑性膨胀剂PEA1与灌浆料性能间的影响。

（1） 灌浆料流动度及其损失率

以同种方式开展研究， 可知， 在 0.02%的PEA1 掺量下， 灌浆料初始流动度约有4.2%的增量， 说明PEA1 在低掺量下具有增塑效果， 在0.03%掺量下， 流动度约减小 7.9%。 未掺入PEA1 时灌浆料约有4.7%的30min 流动度损失率， 在0.01%以及0.02%掺量时则有所上升， 但在0.03%掺量时， 所得数据较低， 约为0.6%。 塑形膨胀剂掺量造成的影响如图4 所示。

图4 塑形膨胀剂掺量造成的影响

对照相关标准要求可知， 四种灌浆料的流动度均符合标准要求。

（2） 灌浆料强度

从所得结果可以看出， 在0.03%掺量时， 灌浆料强度性能表现为先增加后减小的趋势。 在0.01%掺量下， 灌浆料强度性能增幅较大， 1d 强度有最大的增长幅度。 在0.02%掺量时， 灌浆料强度性能增幅有所减小， 且1d 抗压强度还有所降低。

当PEA1 掺量为0.02%时， 灌浆料的抗折以及 2d、 28d 抗压强度均为最大值［6］。 从现有标准上看， 灌浆料的1d 和28d 抗压强度满足标准规定， 但在0.01%掺量和0.02%掺量时， 灌浆料仅3d 抗压强度满足规定。 相比之下， 未掺入或0.03%掺量时， 其抗压强度不满足要求。 塑形膨胀剂掺量对灌浆料强度的影响如图5 所示。

图5 塑形膨胀剂掺量对灌浆料强度的影响

3.2 砂的级配的影响

（1） 灌浆料流动度及其损失率

灌浆料流动度在细砂比例上升到60%时表现出持续降低的趋势， 约有5.14%的降低幅度， 当其上升到70%时， 流动度增幅为4.15%， 当其上升到80%时， 灌浆料流动度保持不变， 而后在其上升到 100%时， 流动度降低约 9%。 灌浆料30min 流动度有相似的损失率， 其最大值出现在未加入细砂的一组， 在未掺入细砂时候灌浆料流动度约有50%的损失率［7］。 细砂质量的影响如图6 所示。

图6 细砂质量的影响

（2） 灌浆料强度

随着细砂质量比的不断上升， 灌浆料强度性能呈现出先增加后减小再增加的趋势。 在细砂比例上升至10%时， 除了3d 抗折强度， 灌浆料的其他强度性能均呈现出增长的趋势， 并且28d 抗压强度约有7.2%的上升幅度。 当细砂比为10%时， 灌浆料有最大的28d 抗压强度。 在30%的细砂占比时， 灌浆料抗折强度最小， 且当细砂质量比不断上升时， 其抗折强度表现出先上升后保持平稳的规律［8］。 当细砂比为 60%左右时， 灌浆料出现最小的抗压强度， 且其抗压强度在细砂质量比不断上升时表现出先增加后归于平缓的趋势。 细砂质量比对强度的影响如图7 所示。

图7 细砂质量比对强度的影响

4 结语

（1） 以啤酒瓶法确定应采用何种塑形膨胀剂以及掺量；

（2） 对于灌浆料而言， 当稳定剂掺量为0.005%时存在较好的增塑效果， 之后的灌浆料初始流动度随着不断增加稳定剂掺量不断减小。 当稳定剂掺量为0.005%时， 灌浆料强度性能均达到最大值。

（3） 在 0.02%以下的 PEA1 掺量下， 灌浆料的初始流动度有所增加， 在大于0.02%以上掺量时则有所减小。 在0.02%以上的塑形膨胀剂掺量时灌浆料强度性能降幅较大； 在0.03%的PEA1掺量下， 灌浆料强度性能呈现出先增加后降低的趋势。

（4） 在50%或60%的砂率比下有最低的流动度损失率， 在50%～70%的砂率比区间下， 灌浆料的抗压强度有最小值， 在30%的砂率比时， 灌浆料的抗折强度最小。