东莞C120灌浆料抗油渗混凝土结构改造装配式建筑用灌浆料组成的研究

　　装配式建筑是指用工厂中预制好构件在工地装拼而成的建筑。这种建筑的优点是建造速度快，受气候条件制约小，节约劳动力、环境污染小并可提建筑质量。但也存在如何在建造更更大的装配式建筑时，保障建筑整体稳定性及抗震性这一问题，针对这一点主要由装配式建筑构件设计方案及连接构件强度所决定，在装配式建筑中，构件的连接方式主要包括浆锚连接、间接连接、套筒灌浆连接，如今套筒灌浆连接的市场占有率达到80%以上。对于套筒

　　引言 装配式建筑是指用工厂中预制好构件在工地装拼而成的建筑。这种建筑的优点是建造速度快，受气候条件制约小，节约劳动力、环境污染小并可提建筑质量。但也存在如何在建造更更大的装配式建筑时，保障建筑整体稳定性及抗震性这一问题，针对这一点主要由装配式建筑构件设计方案及连接构件强度所决定，在装配式建筑中，构件的连接方式主要包括浆锚连接、间接连接、套筒灌浆连接，如今套筒灌浆连接的市场占有率达到80%以上。对于套筒结构的性能强弱主要取决于套筒的数量、布置、套筒本身的性能和套筒内灌浆料的性能[1-2]，本文即是从满足套筒灌浆料性能要求出发，通过使用价格相对低廉的材料配制出具有流动度大，早期强度和后期强度，工作性好，微膨胀，不泌水，不离析，满足装配式建筑要求的套筒灌浆料。

　　1 试验原材料与方法

　　1.1 原材料 水泥：42.5 快硬硫铝酸盐水泥，符合GB 20472—2006《硫铝酸盐水泥》要求。 石英砂：沈阳苏杨石英砂厂。 聚羧酸减水剂：山东虹夏外加剂厂，粉体掺量为水泥质量的0.2%～0.6%。 四硼酸钠：上海鑫达精细化工有限公司，含量≥99.5%。 酸钠：山东虹夏外加剂厂，含量≥99.5%。 DL-酒石酸：天津市鼎盛化工有限公司，含量≥99.7%。 有机硅消泡剂：南宁腾达助剂有限公司，TD-004，含量≥99.5%。 羟丙基纤维素：沈阳顺风集团，20万（S）。 硫铝酸钠钙型膨胀剂：山东虹夏外加剂厂,粉体掺量为水泥质量的2%～8%。 水：自来水。

　　1.2 方案设计 本试验在采用单因素对比试验从石英砂级配、砂灰比、水灰比、外加剂等方面开展对灌浆料工作性及强度的影响研究，在确定的理想配比后，通过采用低水灰比净浆包裹骨料的方法，提灌浆料抗压强度，得出材料组成及配比。

　　1.3 灌浆料制备及性能测试 按试验配比称取定量的42.5快硬硫铝酸盐水泥、石英砂、硫铝酸钙型膨胀剂搅拌混合均匀后加入定量的有机硅消泡剂、缓凝剂、早强剂、增稠剂和水混合溶液，再次搅拌均匀，注入40mm×40mm×160mm模具中成型。参照 GB/T17671—1999《水泥基灌浆材料应用技术规范》测量灌浆料的流动度、抗折强度和抗压强度；参照GB 50119-2013《混凝土外加剂应用技术规范》测量灌浆料的竖向膨胀率。 2 基本配比试验 2.1 石英砂级配的确定 由于石英砂具有较大的硬度，而且分布广泛，价格便宜，因此选择石英砂为灌浆料骨料。试验使用石英砂的目数有20目～40目(0.425mm～0.85mm)，40目～70目(0.212mm～0.425mm)，根据堆积密度理论[3]，使用一升容积升对不同组分石英砂的一升堆积质量进行测量。得出结果进行二次拟合曲线Y=1507.675+275.9X-247.7X2（X代表20目～40目石英砂所占质量比例，Y代表一升不同目数混合后的石英砂质量），当X=0.556时Y达到值，即20目～40目：40目～70目=1:0.798时达到曲线峰值，为配比。此时，一升容积升堆积质量，说明其堆积结构更加致密，级配更加合理，因此选择此石英砂配比开展进一步试验。

　　2.2 聚羧酸减水剂用量的确定 根据粉体聚羧酸减水剂使用掺量（0.2%～0.6%）进行减水剂定量试验，图1为聚羧酸减水剂掺量从0.2%到0.6%的对比试验。

　　由图1可知，聚羧酸减水剂掺量从0.2%增加到0.4%。其灌浆料初始流动度和30min流动度逐渐增大，而从0.4%增加到0.6%时，其减水效果基本不变，因此0.4%是聚羧酸减水剂掺量的饱和值，由此聚羧酸减水剂的掺入量定为0.4%，并开展进一步试验。 2.3 水灰比及砂灰比的确定 本试验选择快硬硫铝酸盐水泥为基料，分别对4种水灰比（0.24、0.26、0.28、0.30）及4种砂灰比（0.6、0.8、1.0、1.2）进行配比试验，通过初始流动度及3d抗压强度确定砂灰比和水灰比（其中聚羧酸减水剂掺量为0.4%），如表1所示。

　　表1 不同砂灰比的灌浆料工作性试验结果

　　根据灌浆料流动度及3d抗压强度试验发现，随着水灰比的增大，流动度整体呈增大趋势，而强度呈降低趋势，当水灰比为0.26，砂灰比为0.8时在3d抗压强度相对更，说明此时骨料级配和骨料之间的净浆厚度更为合理，而且初始流动度满足辽宁省地方标准《装配整体式混凝土结构技术规程》（DB21/T1868-2010）要求，说明这组水泥与石英砂比例堆积更加致密，由此将水灰比0.26、砂灰比0.8定为下一步基础方案。

　　3 外加剂掺量的研究

　　本试验所使用的外加剂包括缓凝剂（酒石酸，酸钠，四硼酸钠），消泡剂（有机硅消泡剂），增稠剂（羟丙基纤维素），早强剂（钠），膨胀剂（硫铝酸钙型膨胀剂）,设置基本配比：砂灰比0.8，水灰比0.26，聚羧酸减水剂0.4%。

　　3.1 对缓凝剂的选择与用量的研究

　　通过对酒石酸、酸钠和四硼酸钠三种缓凝剂的对比试验，如图2、图3可知，加入四硼酸钠的试样30min流动度损明显大于另两组流动度。而且随着四硼酸钠的掺量的增多，30min流动度逐渐增大，而由图3可知，3d抗压强度的四硼酸钠组分好于酸钠组分好于酒石酸组分，根据三组试剂的30min流动度及3d抗压强度对比，选择四硼酸钠作为缓凝剂，由于辽宁省地方标准《装配整体式混凝土结构技术规程》（DB21/T1868-2010）要求30min流动度达到260mm、3d抗压强度≥60MPa，为了节约成本，因此缓凝剂选择四硼酸钠掺入量为5%，用以开展下一步试验。

　　3.2 有机硅消泡剂研究 为了灌浆料中多余的泡而掺入有机硅消泡剂如图4、图5可知，随着有机硅消泡剂掺量的增加，灌浆料初始流动度、30min流动度、3d抗折强度和3d抗压强度整体呈增大趋势，由于使用聚羧酸减水剂会引入一些气泡，而气泡表面是一种吸附着定向排列的活性分子，当其达到一定浓度时，气泡壁会形成了一层坚固的薄膜，造成液面表面张力下降，气泡不易合并，而形成很多小气泡，而有机硅消泡剂可以进入气泡双分子定向膜，破坏定向膜的力学平衡达到破泡的目的而浆体中气泡减少后，其流动阻力减少，对骨料的阻力减少，而且留在灌浆料中的气泡减少，从而灌浆料更加密实，抗压强度也会升[4-5]。根据图5可知，当有机硅消泡剂消泡剂用量为2‰时，3d抗压强度，说明此配比的浆体为密实，气泡含量低，因此选择有机硅消泡剂掺入量为2‰，用以开展下一步试验。

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　　3.5 硫铝酸钙型膨胀剂用量研究

　　为了使灌浆料具有微膨胀效果，因此加入硫铝酸钙型膨胀剂，由图8、图9可知，当硫铝酸钙膨胀剂掺入量大于等于4%时，膨胀效果符合辽宁省地方标准《装配整体式混凝土结构技术规程》（DB21/T1868-2010）规定，即3h竖向膨胀率≥0.020%及24h与3h竖向膨胀率差值≥0.020%，而相对于空白组达到微膨胀的效果。

　　当硫铝酸钙膨胀剂的掺量为4%、5%、6%、7%时膨胀效果符合辽宁省地方标准《装配整体式混凝土结构技术规程》（DB21/T1868-2010）要求，因此进行力学试验对比，如表2可知，随着掺量逐渐增加，抗压强度和抗折强度整体呈下降趋势，由于既要满足微膨胀效果，又要满足早期强度和后期强度要求，选择硫铝酸钙膨胀剂的掺入量为水泥4%，用以开展下一步试验。

　　4、抗压强度增强组试验

　　由于灌浆料的强度主要由骨料强度、界面连接、水泥凝结后的强度这三个方面影响，由于上述试验得出组成配比，因此提界面连接强度成为提灌浆料整体强度有效方法。本节通过低水灰比水泥包裹石英砂，然后待包裹后的“泥球”硬化后将其筛分，然后再将剩下的水泥按正常水灰比和包裹处理后的骨料进行搅拌，由于在搅拌时净浆与骨料之间会析出一层水膜包裹骨料表面，待水泥硬化后会对净浆与骨料连接强度产生影响[7]，而此方法可减少用水量，降低净浆与石英砂界面结合处析出的水份，因此减少水膜的厚度，使其净浆与石英砂界面处有更结合力，提结合强度，同时由于不同水灰比的净浆基本组成相同，所以低水灰比（0.20）净浆与正常水灰比（0.26）净浆界面也有很好的相容性，同时此方法又有利于在工厂环境下进行骨料包裹加工与养护，可达到提灌浆料整体强度的效果。

　　4.1 低水灰比净浆包裹骨料的研究

　　用于低水灰比的水泥加入外加剂为聚羧酸减水剂掺量0.4%，为了测定方案，则低水灰比水泥占总水泥质量比例分别为5%、10%、15%、20%、低水灰比水泥净浆的水灰比分别为0.18、0.20、0.22、0.24，先进行低水灰比净浆包裹骨料，然后待骨料硬化后（标准养护5h以上）进行粒径筛选（0.30～1.18mm），后与剩余水泥以水灰比0.26进行搅拌成型，其中二次搅拌除基本配比组成外还加入了按剩余水泥质量5‰的四硼酸钠、 2‰的有机硅消泡剂、0.10‰的羟丙基纤维素用量及4%的硫铝酸钙膨胀剂。

　　表3低水灰比裹浆试验结果

　　ad1354d0813b100e3af837b096d63a63.jpg 由表3可知，低水灰比水泥占总水泥质量比例为15%，低水灰比水泥净浆的水灰比为0.20时，1d和28d抗压强度，并且流动度及1d，3d和28d抗压强均符合辽宁省地方标准《装配整体式混凝土结构技术规程》（DB21/T1868-2010）要求，同时灌浆料具有自密实、不泌水、不离析等特点，满足装配式建筑用灌浆料的要求。 5、结论 （1）当石英砂级配为20目～40目(0.425mm～0.85mm)：40目～70目(0.212mm～0.425mm)=1:0.798、水灰比0.26、砂灰比为0.8、聚羧酸减水剂0.4%、四硼酸钠5‰、有机硅消泡剂2‰、羟丙基纤维素0.1‰、硫铝酸钙型膨胀剂4% 时，灌浆料满足早期强度、后期强度、工作性好、微膨胀、自密实、不泌水、不离析等装配式建筑用灌浆料的要求。 （2）通过采取低水灰比（0.20）净浆包裹石英砂，其中用于低水灰比净浆的水泥并掺入其水泥质量0.4%的粉体聚羧酸减水剂，此方法可提骨料与硬化后净浆界面结合力，不同程度提升灌浆料的抗压强度，研究发现当用于包裹石英砂净浆的水泥占总水泥质量15%时更有利于灌浆料的早期抗压强度及后期抗压强度。 参 考 文 献： [1]王军强，李 清. 装配式混凝土结构灌浆材料的性能试验与施工技术[J].混凝土，2013 （10):142-145. [2]屠立玫.我国建筑灌浆料的灌浆料的发展方向[J].新型建筑材料.1997（11）:13-15. [3]林荣峰，聚羧酸性能灌浆料试验研究[D].山东：山东建筑大学，2012.28-31. [4]李祥,王旭,马素德.乳液型有机硅消泡剂的研制[J].造纸化学品,2002(4):28- 31. [5]吕鑫,景艳,岳湘安.有机硅消泡剂的制备.精细化工[J], 2005(9) : 688- 690. [6]赛守卫，马保国，苏雷，李相国等.纤维素醚改性灌浆料的研究进展[J].硅酸盐通报，2011（3）:560-566. [7]Maso J C.The bond between aggregates and hydrated cement paste.In:7 th Intern Congr on the Chem of Cem.Paris:[sn],1980.Vol. Ⅶ-1/3.

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