细砂质量比对钢筋连接用套筒灌浆料性能的影响

奉瑞萍，欧志华

(湖南工业大学土木工程学院，湖南 株洲412007)

1 引言

装配式混凝土结构(PC)具有高效率、低能耗、环保和产品质量高等优点，符合当前经济社会发展要求，是住宅产业化发展的重要结构形式[1]，目前正在我国高速发展.钢筋套筒灌浆连接技术是装配式建筑中的一项关键技术，而钢筋连接用套筒灌浆料(以下称“灌浆料”)则是钢筋套筒灌浆连接技术的一种核心材料.石英砂是灌浆料的重要组成材料之一，主要起骨架作用和减小由于胶凝材料在凝结硬化过程中干缩湿胀引起的体积变化[2].级配合理的骨料搭配会使灌浆料孔隙率低，骨架作用明显，这样既可以节约水泥，又能得到流动度好、强度较高的灌浆料.Siong等[3]研究了不同砂子级配对水泥基灌浆料强度发展的影响，发现较细砂子级配流动度小于较粗的砂子，并且在低水胶比条件下，较粗颗粒砂试样的7d、28d强度高于细颗粒砂试样.刘娟红等[4]研究得出，水泥基灌浆材料的自收缩率随着砂掺量的增加而减小.王爱军[5]提出，钢筋套筒连接用灌浆材料中细集料的最大粒径应严格控制，要小于接头内钢筋和套筒的间隙.冷达等[6]的研究认为，随着砂细度模数的增大，灌浆材料的流动性和强度都会随之增大，但其保水性和黏聚性有所下降.

总的来说，目前关于骨料对灌浆料性能影响的研究非常少.本文研究在其他组分完全相同的情况下，灌浆料中骨料的级配对其流动度、流动度经时损失率、湿表观密度、抗折强度和抗压强度的影响.

2 原材料、配合比与试验方法

2.1 原材料

(1)水泥：P.O 42.5级，河北金隅鼎盛水泥厂生产；28d抗折强度为8.2MPa,抗压强度为49.2MPa.

(2)硅灰：挪威埃肯(Elkem)国际贸易(上海)有限公司生产，灰色.

(3)减水剂：西卡(中国)有限公司生产的SikaRViscoCreteR-540P聚羧酸高效减水剂，浅黄色粉末.

(4)石英砂：试验总共采用两种不同细度的石英砂作为骨料，分别为20-40目(以下称为粗砂)和40-70目(以下称为细砂).

(5)其他：消泡剂、塑性膨胀剂、CSA膨胀剂.

2.2 配合比

试验包括11个配合比(表1)，40-70目砂占骨料的质量比分别为0、10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%和100%，而其他材料质量不变.

表1 灌浆料的试验配合比 单位：g

2.3 试验方法

(1)灌浆料的流动度和强度.灌浆料抗压强度试验按照GB/T17671和JG/T408-2013附录B的有关规定执行，每个配合比做三个试块；灌浆料流动度按照建筑工业行业标准《钢筋连接用套筒灌浆料》JG/T 408-2013附录A进行.

灌浆料30min流动度损失率按(1)式计算.

(1)

式中：

FL——灌浆料30min流动度损失率/%；

Fin——灌浆料初始流动度/mm；

F30——灌浆料30min流动度/mm.

如果30min流动度损失率结果为负数，说明灌浆料30min流动度是增加的.

(2)灌浆料的湿表观密度.先用水标定硬质塑料烧杯的体积，称取塑料杯的质量，将搅拌好的灌浆料缓缓倒满塑料杯，刮平后称取灌浆料和塑料杯的质量，按(2)式计算.

(2)

式中：

ρw——灌浆料的湿表观密度/kg·m-3；

m1——塑料杯的质量/g；

m2——塑料杯和灌浆料的质量/g；

V——塑料杯的体积/mL.

3 试验结果

3.1 细砂的质量百分比对灌浆料流动度和流动度经时损失率的影响

细砂的质量百分比对灌浆料初始流动度、30min流动度和30min流动度损失率的影响如图1所示，其中图1(a)为细砂的质量比对灌浆料初始流动度和30min流动度的影响，图1(b)为细砂的质量比对灌浆料30min流动度损失率的影响.

由图可知，当细砂的比例由0增加到100%时，灌浆料的流动度总体呈下降趋势，这是由于随着细砂比例的增加，而砂的质量保持不变，砂的表面积增加，需要更多的水泥浆包裹，从而影响灌浆料的流动性.具体而言，当细砂的比例从0增加至60%时，灌浆料的流动度一直下降，从308mm下降至288mm，共下降20mm，降幅为6.49%，下降幅度不算很大，这是因为虽然细砂掺量的增加会增加骨料的总表面积，但部分细砂填充了粗砂的间隙，却能改善砂的级配，增加流动性.所以，当细砂的比例从60%增加至70%时，灌浆料的流动度反而增加12mm，增幅为4.17%.当细砂的比例从70%增加至80%时，灌浆料的流动度不变；但当细砂的比例从80%增加至100%时，细砂对级配的改善效果较小，灌浆料的流动度下降30mm，降幅为10%，下降幅度显著.

所有灌浆料的30min流动度损失率都不大，细砂的比例为0时，灌浆料30min流动度损失率最大，为4.9%，细砂的比例为50%和60%时，灌浆料30min流动度损失率为0.

3.2 砂的质量比对灌浆料湿表观密度的影响

细砂的质量比对灌浆料湿表观密度的影响如图2所示.由图可知，当细砂的比例从0增加至60%时，灌浆料的湿表观密度一直下降，下降的幅度共计为1.60%；当细砂的比例从60%增加至100%时，灌浆料的湿表观密度基本保持不变.

3.3 砂的级配对灌浆料强度的影响

细砂的质量比对灌浆料1d、3d和28d强度的影响如图3所示，其中图3(a)为细砂的质量比对灌浆料抗折强度的影响，图3(b)为细砂的质量比对灌浆料抗压强度的影响.

由图可知，随着细砂质量比的增加，灌浆料各龄期的抗折强度和抗压强度大体上呈先增加、后降低、再增加的趋势.当细砂的比例由0增加到10%时，除3d抗折强度外，其他龄期的抗折和抗压强度都增加，其中28d抗压强度由93.2MPa增加到100MPa，增幅为7.3%；细砂的比例为10%时，28d抗压强度达到最大值；当细砂的比例由10%继续增加时，灌浆料所有龄期的抗折强度和抗压强度都下降；当细砂的比例增加至30%时，所有龄期的抗折强度达到最低值，随后抗折强度随着细砂质量比的增加而增加，并逐渐趋于稳定；当细砂的比例增加至50%～70%时，所有龄期的抗压强度达到最低值，随后抗压强度随着细砂质量比的增加而增加，并逐渐趋于稳定.

4 结论

本文研究在其他组分完全相同的情况下，细砂的质量比对其流动度、30min流动度损失率、湿表观密度、抗折强度和抗压强度的影响.主要研究结论如下：

(1)当细砂质量比不断增加时，灌浆料流动度呈先下降、后增加、再下降的趋势.

(2)随着细砂的质量比不断增加，湿表观密度不断降低，但影响较小.

(3)随着细砂质量比的增加，灌浆料各龄期的抗折强度和抗压强度大体上呈先增加、后降低、再增加的趋势.

(4)当细砂质量比为10%，灌浆料强度最高，其他性能指标达到最优状态，强度最高.在实际工程中，选细砂质量比为10%时较为合理.