水泥基套筒灌浆料性能研究

孟凡雷 刘芳

西卡（中国）有限公司 天津 300122

2019年10月发布，2020年6月实施的《JG/T408-2019：钢筋连接用套筒灌浆料》对套筒灌浆料的性能做出了修改和规定，其中修改了竖向膨胀率的指标范围，新标准额外关注了套筒灌浆料的耐久性能，增加了28d自干燥收缩（≤0.04的性能指标）。

套筒灌浆料必须具备一定的微膨胀性能，而膨胀性能又与很多因素有关，在硫铝酸盐水泥-硅酸盐水泥-石膏三元复合体系中，DaiYS通过石膏的掺量控制钙矾石的生成量，进而控制膨胀率；徐玲琳研究了石膏类型对硫铝酸盐水泥-硅酸盐水泥体系浆体膨胀的影响。在硅酸盐水泥-硫铝酸盐体系中，膨胀剂的加入对提高钢筋连接节点粘结力具有决定性作用。汪秀石发现套筒灌浆料的膨胀率随膨胀剂掺量增加呈现增长趋势，但量小于8.0%时，膨胀效果较差，掺量大于12.0%时，对流动度和强度会产生不利影响[1-4]。

本文在此基础上，研究硫铝酸盐水泥、石灰石粉和膨胀剂对套筒灌浆料力学性能及膨胀性能的影响，并对原套筒灌浆料配方进行优化，得到满足新标准要求的套筒灌浆料配方。

1 试验原材料和试验方法

1.1 原材料

水泥为广元海螺水泥有限责任公司的P·O52.5R和SAC42.5R水泥。矿粉为武汉市盛大材料有限责任公司的S105级超细矿粉。石灰石粉为细度400目石灰石粉。减水剂为西卡聚羧酸高性能减水剂粉剂540P。消泡剂选用日本圣诺DEFOAMER60-FP消泡剂。所有原材料均符合相关国家标准要求。

1.2 试验方法

抗压强度测试参照GB/T17671中的有关规定执行；竖向膨胀率参照JG/T408-2019《钢筋连接用套筒灌浆料》附录C的有关规定执行，此外增加了常温型套筒灌浆料竖向膨胀率非接触式测量法；自干燥收缩试验参照JG/T408-2019附录D的有关规定执行。

2 试验结果与讨论

2.1 硫铝酸盐水泥的影响

在硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥体系中，硫铝酸盐水泥主要起到早强和速凝的作用，本小节中通过控制变量法，固定其他掺量不变，硫铝酸盐水泥（SAC）的掺量分别为4%、6%、8%、10%进行试验，抗压强度结果见图1，竖向膨胀率结果见表1。

图1 硫铝酸盐水泥掺量对套筒灌浆料抗压强度的影响

表1 硫铝酸盐水泥掺量对套筒灌浆料竖向膨胀率的影响

结果表明：随着硫铝酸盐水泥掺量增加，套筒灌浆料的1d抗压强度逐渐增加，3d和28d抗压强度影响不大，硫铝酸盐水泥缩短了浆体的塑性阶段时间，导致3h竖向膨胀率逐渐增加，24-3h竖向膨胀率逐渐减小，套筒灌浆料之间存在着1d抗压强度和竖向膨胀率之间相互制约。

2.2 石灰石粉的影响

矿物掺合料取代水泥作为胶凝材料，对套筒灌浆料的力学性能和膨胀性能有一定影响。本小节中通过控制变量法，固定其他掺量不变，石灰石粉的掺量分别为0%、5%、10%、15%、20%进行试验，抗压强度结果见图2，竖向膨胀率结果见表2。

图2 石灰石粉掺量对套筒灌浆料抗压强度的影响

表2 石灰石粉对套筒灌浆料竖向膨胀率的影响

结果表明：随着石灰石粉掺量的增加，替换部分硅酸盐水泥，套筒灌浆料的1d、3d和28d抗压强度逐渐减小，同样套筒灌浆料之间存在着1d抗压强度和竖向膨胀率相互制约的关系，随着1d强度的逐渐减小，3h竖向膨胀率逐渐减小，24-3h膨胀率逐渐增大。这种相互制约的关系可能与膨胀剂有关。

2.3 膨胀剂的的影响

膨胀剂掺量过高会导致套筒灌浆料体积稳定性不好，容易发生开裂，而膨胀剂掺量过低又会导致膨胀源不足，早期竖向膨胀不合格，适宜的膨胀剂掺量尤为重要，在本小节中，固定其他掺量不变，膨胀剂按掺量分别为5%、10%、15%、20%进行试验，抗压强度和竖向膨胀率结果见表3。

表3 膨胀剂掺量对套筒灌浆料的抗压强度和竖向膨胀率的影响

结果表明：随着膨胀剂掺量的增加，套筒灌浆料的3h、24h竖向膨胀率和24-3h竖向膨胀率逐渐增大，1d和3d强度影响不大，当膨胀剂掺量增加至20%时，试块28d发生开裂。膨胀剂的掺量不宜超过15%。

2.4 自制钢筋连接用套筒灌浆料配方优化

结合上述试验规律，对自制钢筋连接用套筒灌浆料配方进行完善，优化硫铝酸盐水泥掺量、石灰石粉掺量和膨胀剂掺量，制备出满足JG/T408-2019《钢筋连接用套筒灌浆料》的自制钢筋连接用套筒灌浆料。实验结果见表5。

表4 优化前后套筒灌浆料的性能测试

3 结语

通过研究硫铝酸盐水泥掺量、石灰石粉掺量和膨胀剂掺量对套筒灌浆料抗压强度和竖向膨胀率的影响，可得到如下结论：

（1）随着硫铝酸盐水泥掺量增加，套筒灌浆料的1d抗压强度逐渐增加，硫铝酸盐水泥对套筒灌浆料1d强度影响显著，缩短了塑性阶段时间，导致其3h竖向膨胀率过高，24h竖向膨胀率不够，套筒灌浆料之间存在着1d抗压强度和竖向膨胀率之间相互制约。

（2）随着石灰石粉掺量的增加，替换部分硅酸盐水泥，套筒灌浆料的1d、3d和28d抗压强度逐渐减小，同样套筒灌浆料之间存在着1d抗压强度和竖向膨胀率相互制约的关系，这种相互制约的关系可能与膨胀剂有关。

（3）随着膨胀剂掺量的增加，套筒灌浆料竖向膨胀率逐渐增大，膨胀剂的掺量不宜超过15%。

（4）自制钢筋连接用套筒灌浆料通过优化硫铝酸盐水泥掺量、石灰石粉掺量和膨胀剂掺量，可以得到早强、高强、大流动度、微膨胀无收缩的产品，完全满足新标准的性能要求。