套筒灌浆料的研制及应用效果评价

吴开胜，赵大军，宋云娟

（江苏尼高科技有限公司，江苏 常州 213141）

0 引言

装配式结构是当前住宅产业化进程中重点发展的结构形式之一，具有高效率、低耗能和环保等特点[1]。在装配式结构中，预制构件的钢筋连接技术成为其构成框架结构整体的关键，钢筋连接套筒作为形成框架梁柱等节点的关键受力构件，须保证其具有良好的受力特性、重复循环荷载作用[2]。

钢筋套筒灌浆连接接头由带肋钢筋、套筒和灌浆料等3部分组成。其连接原理是：带肋钢筋插入套筒后，向套筒内灌注无收缩或微膨胀的水泥基灌浆料，填充套筒与钢筋之间的间隙，灌浆料硬化后与钢筋的横肋和套筒内壁凹槽或凸肋紧密啮合，实现上下2根钢筋的连接。因此，在装配式预制建筑结构中，高性能灌浆料是实现纵向连接的关键，灌浆料性能优劣对确保装配式建筑结构的安全性起着至关重要的作用[3]。

随着装配式建筑的发展，钢筋连接用套筒灌浆料以其具有微膨胀、高强、早强及流动性好等特点得到广泛应用。国内针对套筒灌浆料性能的研究很多，但对其应用于钢筋套筒灌浆连接接头的效果评价研究较少。本文在借鉴已有成果的基础上，分析了胶砂比、偏高岭土、减水剂、膨胀剂对套筒灌浆料性能的影响，确定了套筒灌浆料的配合比，并按JGJ 355—2015《钢筋套筒灌浆连接应用技术规程》对钢筋半套筒灌浆连接接头的力学性能进行测试，评价套筒灌浆料的应用效果。

1 试验

1.1 原材料及试件

1.1.1 原材料

（1）水泥：江苏嘉新京阳水泥有限公司生产的P·Ⅱ52.5R水泥，比表面积大于450 m2/kg。

（2）石英砂：安徽凤阳生产，最大粒径控制小于2.0 mm，细度模数2.2～2.4，含泥量小于0.2%。

（3）偏高岭土：焦作市煜坤矿业有限公司生产，细度1250目，活性指数不小于110%。

（4）膨胀剂：江苏尼高科技有限公司生产NK-HCSA混凝土膨胀剂，性能符合GB 23439—2009《混凝土膨胀剂》中Ⅱ型的指标要求。

（5）外加剂：江苏尼高科技有限公司生产的聚羧酸高效减水剂，日本艾迪科（ADK）生产的水泥砂浆用粉末消泡剂B328F；阿克苏诺贝尔特种化学（上海）有限公司生产的羟乙基甲基纤维素醚，黏度为300 mPa·s。

1.1.2 套筒试件

半灌浆套筒试件采用常州索力得建筑装备科技有限公司生产的GTB4-25-A，试件材质为球磨铸铁，用于钢筋直径25 mm的套筒灌浆连接，试件总长度238 mm、外径53 mm、灌浆端钢筋插入深度190 mm。

1.2 试验方法

套筒灌浆料性能试验：按JG/T 408—2013《钢筋连接用套筒灌浆料》制备拌合物，并测试流动度、强度、膨胀率。

月黑风高的夜晚，我站在楼顶。我想找个人说说话，却发现自己没有朋友；我想打个电话向父亲撒撒娇，又想着那个老女人是不是正在给父亲暖脚；我和想黄梁谈谈这些年，却发现身边只有黑夜。

钢筋半套筒灌浆连接接头的力学性能试验：按JGJ 355—2015规定的方法成型、养护和测试。

2 套筒灌浆料配合比试验

2.1 胶砂比对套筒灌浆料性能的影响

试验中胶凝材料组成为92%水泥+8%膨胀剂，减水剂、消泡剂和纤维素醚掺量分别占胶凝材料质量的0.25%、0.20%、0.02%，用水量按初始流动度达到300～310 mm确定。胶砂比对套筒灌浆料性能的影响见表1。

表1 胶砂比对套筒灌浆料用水量及抗压强度的影响

由表1可知，随着胶砂比的增大，套筒灌浆料的用水量、抗压强度逐渐提高，胶砂比为5.0∶5.0时，1 d抗压强度符合JG/T 408—2013的要求（≥35 MPa）。理论上讲，灌浆料中用水量过高、水泥过多，对后期稳定性不利，因此，选取胶砂比为5.0∶5.0作为优选配合比，进行下述试验研究。

2.2 偏高岭土掺量对套筒灌浆料性能的影响

以2.1节确定的配合比为基础，在套筒灌浆料中添加偏高岭土取代部分水泥，测试偏高岭土掺量为1.0%～5.0%时对套筒灌浆料流动度及强度的影响，结果如表2所示。

表2 偏高岭土掺量对套筒灌浆料流动性及强度的影响

由表2可见，随着偏高岭土掺量的增加，套筒灌浆料早期强度略有提高，后期强度明显提高。偏高岭土掺量为3.0%时，套筒灌浆料的28 d抗压强度高于100 MPa。偏高岭土的主要成分是高活性的三氧化二铝和二氧化硅，可以和水泥水化时产生的氢氧化钙反应，生成水化硅酸钙和水化铝酸钙等产物，一方面消耗了水泥水化产物氢氧化钙，促进了水化反应的进行，另一方面与氢氧化钙反应生成不溶于水的水化产物，堵塞孔隙，降低砂浆的孔隙率，提高砂浆的密实度，使砂浆的后期强度显著提高[4]。但套筒灌浆料的流动度随着偏高岭土掺量的增加逐渐下降，尤其是30 min流动度下降明显，因此综合考虑，确定偏高岭土掺量为3.0%，进行下述试验研究。

2.3 减水剂掺量对套筒灌浆料性能的影响

减水剂对砂浆的加水量、流动度起决定作用，此外还对砂浆的和易性、粘稠度以及强度有影响。以2.2确定的配合比为基础，减水剂掺量（按占胶凝材料质量计）对套筒灌浆料流动性及强度的影响如表3所示。

表3 减水剂掺量对套筒灌浆料流动性及强度的影响

由表3可见，随着减水剂掺量增加，套筒灌浆料的流动度逐渐增大，30 min流动度增加明显，当减水剂掺量大于0.30%时，30 min流动度损失较小；减水剂掺量为0.35%时，拌合物表面出现轻微泌水；试验中发现，当减水剂掺量为0.40%时，拌合物泌水、分层现象严重。为了保持套筒灌浆料的30 min流动度，本试验选择的聚羧酸减水剂为缓凝减水剂，对套筒灌浆的早期强度有一定影响，因此随着减水剂掺量增加，套筒灌浆料的1 d、3 d抗压强度逐渐降低，但对28 d抗压强度的影响不大，当减水剂掺量小于0.30%时，随着减水剂掺量的增加，28 d抗压强度略有提高，减水剂用量大于0.35%后，灌浆料拌合物产生了明显的分层离析，28 d抗压强度有所下降。综上所述，选取减水剂掺量为0.30%，进行以下试验研究。

2.4 膨胀剂掺量对套筒灌浆料性能的影响

套筒灌浆料除了要具有超高强度之外，其膨胀性能也尤为重要，利用灌浆料的膨胀将钢筋有效握裹，并与套筒内壁紧密接触产生膨胀应力，使钢筋受力传递至套筒，以此来共同抵抗钢筋所受到的拉力，从而提高整体结构的强度和稳定性[5]。以2.3确定的配合比为基础，测试了膨胀剂用量（按占胶凝材料质量计）对套筒灌浆料膨胀率、强度的影响，结果见表4。

表4 膨胀剂掺量对套筒灌浆料膨胀率及强度的影响

由表4可见，膨胀剂掺量为8.0%～10.0%时，套筒灌浆料3h膨胀率及24h与3h膨胀率差值均符合JG/T 408—2013要求，其中膨胀剂掺量为10.0%时套筒灌浆料的膨胀效果更好，此时对套筒灌浆料的抗压强度没有影响。综上所述，选取套筒灌浆料的膨胀剂掺量为胶凝材料质量的10.0%。

3 套筒灌浆料应用效果评价

通过大量试验研究，最终确定套筒灌浆料生产配方见表5。将生产的套筒灌浆料与半灌浆套筒试件按JGJ 355—2015规定的方法成型、养护和测试，试件中连接钢筋的强度等级为HRB 400，性能测试结果见表6、表7。

表5 套筒灌浆料的生产配方 kg

表6 套筒灌浆料的性能测试结果

表7 钢筋半套筒灌浆连接接头的力学性能测试结果

由表6、表7可见，套筒灌浆料的各项性能均符合JG/T 408—2013的要求，钢筋半套筒灌浆连接接头的偏置单向拉伸、对中单向拉伸、高应力反复拉压、大变形反复拉压的各项性能指标均符合JGJ 355—2015的要求，钢筋半套筒灌浆连接接头试件的破坏形成均为钢筋拉断，未产生套筒灌浆料破坏、钢筋拔出等现象，应用效果较好。

4 结论

（1）套筒灌浆料的胶砂比为5.0∶5.0时，1 d抗压强度大于35 MPa，用水量低于15%。掺入3.0%的偏高岭土，可明显提高套筒灌浆料的后期强度，28 d抗压强度高于100 MPa。减水剂掺量为胶凝材料质量的0.30%时，套筒灌浆料的初始流动度、30 min流动度均有明显改善，且30 min流动度损失较小。膨胀剂用量为胶凝材料质量的10.0%时，套筒灌浆料的3 h膨胀率及24 h与3 h膨胀率差值均符合JG/T 408—2013的要求，且对抗压强度无明显影响。按最优配比制备的套筒灌浆料性能符合JG/T 408—2013的要求。

（2）将生产的套筒灌浆料与半灌浆套筒试件按JGJ 355—2015规定方法成型并测试，钢筋半套筒灌浆连接接头的偏置单向拉伸、对中单向拉伸、高应力反复拉压、大变形反复拉压的各项性能指标均可满足要求，钢筋半套筒灌浆连接接头试件的破坏形成均为钢筋拉断，未产生套筒灌浆料破坏、钢筋拔出等现象，应用效果较好。

[1] 赵季超，楚先锋，邱剑辉，等．高效、节能、环保预制钢筋混凝土结构住宅体系及其产业化[J]．工程力学，2008（增刊Ⅱ）：123-138．

[2] 汪秀石，杨智良，吴照学．装配式结构用高强套简灌浆料性能试验研究[J]．混凝土与水泥制品，2015（2）：65-68．

[3] 张友海，刘兴华，武卫平．装配式建筑钢筋套筒连接用灌浆料性能比较究[J]．混凝土世界，2014（11）：80-83．

[4] 冷政，李曦，李党义．偏高龄士对聚合物改牲修补砂浆性能的优化[J]．新型建筑材料，2014（4）：38-41．

[5] 高安庆，朱清华，化子龙．超高强钢筋接头灌浆料的试验研究[J]．混凝土与水泥制品，2013（1）：16-19．