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淺析大摻量礦渣套筒灌漿料力學(xué)性能

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淺析大摻量礦渣套筒灌漿料力學(xué)性能

摘要:研究了不同種類(lèi)、不同活性、不同摻量的礦物摻合料對(duì)套筒灌漿料力學(xué)性能的影響,并開(kāi)發(fā)了一種用于評(píng)價(jià)套筒灌漿料與鋼筋套筒握裹性能的測(cè)試方法。結(jié)果表明,與微珠粉、硅灰以及偏高嶺土相比,高活性礦渣粉的摻入能顯著改善套筒漿料力學(xué)性能,且摻量占總材料質(zhì)量15%時(shí)效果最佳,28d抗壓強(qiáng)度達(dá)到135.4MPa。大摻量高活性礦渣套筒灌漿料能使灌漿料握裹力提高40%~60%。

關(guān)鍵詞:套筒灌漿料;礦物摻合料;力學(xué)性能;鋼筋套筒握裹力

前言

隨著建筑產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí),作為建筑業(yè)發(fā)展重要方向的建筑工業(yè)化逐漸成為行業(yè)關(guān)注與研究的熱點(diǎn),裝配式混凝土結(jié)構(gòu)則是建筑工業(yè)化的重要內(nèi)容,它具有高效率、低能耗和環(huán)保等特點(diǎn)[1]。在裝配式混凝土結(jié)構(gòu)中,預(yù)制構(gòu)件的連接是影響結(jié)構(gòu)安全的關(guān)鍵,鋼筋套筒灌漿連接技術(shù)是構(gòu)成結(jié)構(gòu)整體性的關(guān)鍵手段之一[2]。鋼筋連接用套筒灌漿料(簡(jiǎn)稱套筒灌漿料)作為影響結(jié)構(gòu)可靠性的核心材料,近年來(lái)被國(guó)內(nèi)外學(xué)者廣泛研究。研究方向涵蓋了套筒灌漿料物理性能[3]、低溫套筒灌漿料應(yīng)用性能[4-5]、鋼筋套筒灌漿連接件拉拔試驗(yàn)[6-7]、環(huán)境溫度對(duì)鋼筋套筒灌漿連接接頭性能的影響[8]及套筒灌漿料在橋梁工程中的應(yīng)用[9]等。已有的研究大都針對(duì)套筒灌漿料或鋼筋套筒灌漿連接試件性能,而關(guān)于套筒灌漿料鋼筋握裹強(qiáng)度的研究卻鮮有報(bào)道。本文擬研究不同礦物摻合料對(duì)套筒灌漿料力學(xué)性能的影響,并開(kāi)發(fā)了一種評(píng)價(jià)套筒灌漿料對(duì)鋼筋握裹性能的試驗(yàn)方法。

1試驗(yàn)

1.1原材料

膠凝材料:武漢華新水泥股份有限公司生產(chǎn)的P•O52.5水泥、深圳道特科技有限公司生產(chǎn)的精細(xì)沉珠(微珠粉)、山東盛世高鐵工程材料有限公司生產(chǎn)的活性礦渣粉、內(nèi)蒙古三鑫高嶺土有限責(zé)任公司生產(chǎn)的偏高嶺土、武漢源錦商品混凝土有限公司提供的硅灰,膠凝材料的主要化學(xué)成分見(jiàn)表1,水泥的物理力學(xué)性能見(jiàn)表2,微珠粉、偏高嶺土和礦渣粉的主要性能見(jiàn)表3。砂:連續(xù)級(jí)配的石英砂;減水劑:江蘇兆佳建材科技有限公司生產(chǎn)的ZJ-PC8010型高性能聚羧酸減水劑,減水率25%;膨脹劑:武漢善達(dá)化工有限公司生產(chǎn)的AC7000塑性膨脹劑,純度≥97%;保水劑:廣東龍湖科技股份有限公司生產(chǎn)的MT400PFV型保水劑;消泡劑:江蘇兆佳建材科技有限公司生產(chǎn)的D132型有機(jī)硅類(lèi)消泡劑,有效固含量≥98%。

1.2試驗(yàn)方法

套筒灌漿料基本配合比:膠砂比1.5,水膠比0.217,礦物摻合料摻量占膠凝材料質(zhì)量的25%,摻加適量功能助劑。以某廠家市售的套筒灌漿料為基準(zhǔn)進(jìn)行對(duì)比,該產(chǎn)品符合JG/T408—2013《鋼筋連接用套筒灌漿料》各項(xiàng)指標(biāo)要求。(1)套筒灌漿料力學(xué)性能研究調(diào)整套筒灌漿料的配合比,分別摻入不同種類(lèi)、不同活性、不同摻量的礦物摻合料,再通過(guò)粉劑聚羧酸減水劑調(diào)節(jié)漿體狀態(tài),使套筒灌漿料具有良好的流動(dòng)性能。截錐流動(dòng)度試驗(yàn)方法參考GB/T50448—2015《水泥基灌漿材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》。將上述不同配比的套筒灌漿料用40mm×40mm×160mm三聯(lián)試模成型試塊,并在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱[溫度(20±1)℃、相對(duì)濕度95%]中養(yǎng)護(hù)1d后拆模,然后放入20℃水中養(yǎng)護(hù)到規(guī)定齡期,按照GB/T17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法(ISO法)》測(cè)試抗折和抗壓強(qiáng)度。(2)鋼筋套筒灌漿連接試件握裹強(qiáng)度測(cè)試①準(zhǔn)備鋼筋和套筒:鋼筋等級(jí)為HRB400E,長(zhǎng)度(15±1)cm,且切割面須平整以便精確測(cè)試長(zhǎng)度;半灌漿套筒為規(guī)格16mm的球墨鑄鐵套筒。②綁扎鋼筋套筒:所有鋼筋插入套筒深度均控制在(5±0.4)cm。③灌漿:將套筒灌漿料按相應(yīng)的用水量加水?dāng)嚢璩删鶆驖{體,注入綁扎好的鋼筋套筒內(nèi),并用橡膠塞封堵注漿口和出漿口,制得鋼筋套筒灌漿連接試件。④灌漿料試件成型:使用40mm×40mm×160mm的三聯(lián)試模成型試件,并與鋼筋套筒灌漿連接試件同條件養(yǎng)護(hù)。⑤試件養(yǎng)護(hù)至規(guī)定齡期后,測(cè)試對(duì)應(yīng)灌漿料試件的強(qiáng)度,并對(duì)鋼筋套筒灌漿連接試件進(jìn)行抗拉性能測(cè)試,記錄鋼筋拔出的最大力值,計(jì)算灌漿料的握裹強(qiáng)度。表4為鋼筋套筒灌漿連接用灌漿料基準(zhǔn)配合比。圖1和圖2分別是成型后的鋼筋套筒灌漿連接試件以及對(duì)應(yīng)的抗拉性能測(cè)試試驗(yàn)??估阅軠y(cè)試中,由于鋼筋與灌漿料接觸面上的剪應(yīng)力低于套筒內(nèi)壁與灌漿料接觸界面的剪應(yīng)力,當(dāng)萬(wàn)能試驗(yàn)機(jī)持續(xù)加載時(shí),鋼筋會(huì)從灌漿料中拔出,試驗(yàn)結(jié)束。握裹強(qiáng)度按式(1)計(jì)算:

2結(jié)果與討論

2.1不同礦物摻合料對(duì)套筒灌漿料力學(xué)性能的影響

不同礦物摻合料對(duì)套筒灌漿料性能影響的試驗(yàn)配合比和性能測(cè)試結(jié)果如表5~表7所示。由表5可見(jiàn),隨著硅灰摻量的增加,套筒灌漿料的1、3、28d抗壓強(qiáng)度均先提高后降低,當(dāng)硅灰摻量為2%時(shí)抗壓強(qiáng)度最高。這是由于在一定摻量范圍內(nèi)硅灰具有潤(rùn)滑及密實(shí)填充作用,使得抗壓強(qiáng)度有一定幅度的提高[10]。而硅灰摻量超過(guò)2%時(shí),套筒灌漿料的工作性能變差,漿體內(nèi)部不密實(shí),導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度有輕微下降。由表6可見(jiàn),隨著偏高嶺土摻量的增加、礦渣粉摻量減少,套筒灌漿料各齡期抗壓強(qiáng)度逐漸降低。一方面是由于偏高嶺土是一種層狀結(jié)構(gòu)的物質(zhì),能夠快速吸收水分,使得水泥顆粒向微細(xì)偏高嶺土周?chē)繑n,形成“粘稠點(diǎn)”,降低了水泥膠砂的流動(dòng)性;另一方面是因?yàn)樗x用的偏高嶺土活性指數(shù)較礦渣粉小,從而導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度降低。由表7可見(jiàn),隨微珠粉摻量的增加,砂漿的流動(dòng)度增大,這是由于微珠粉是從粉煤灰中提取出來(lái)的一種全球狀、連續(xù)粒徑分布、超細(xì)、實(shí)心的硅鋁酸鹽材料,具有“滾珠效應(yīng)”,可改善砂漿和水泥的流變性,降低黏度。隨微珠粉摻量的增加和礦渣粉摻量的減小,套筒灌漿料的1、3d抗壓強(qiáng)度明顯降低,28d抗壓強(qiáng)度略微降低。這主要是因?yàn)槲⒅榉劢档土嗽缙诜磻?yīng)水化熱,摻量越高,早期抗壓強(qiáng)度越低。而其活性和填充性對(duì)套筒灌漿料后期抗壓強(qiáng)度又有一定的提高作用。

2.2鋼筋套筒灌漿連接試件的握裹強(qiáng)度

帶肋鋼筋與套筒灌漿料之間粘結(jié)性能研究是鋼筋套筒灌漿連接接頭應(yīng)用的理論基礎(chǔ)。帶肋鋼筋與灌漿料之間的粘結(jié)力由3部分組成[11]:(1)灌漿料膠體與鋼筋表面的化學(xué)膠結(jié)力;(2)鋼筋與灌漿料接觸面處的摩擦力;(3)鋼筋肋與灌漿料的機(jī)械咬合作用。表8為不同規(guī)格鋼筋、相同規(guī)格套筒時(shí),鋼筋套筒灌漿(按表4配比)連接試件的握裹性能。由表8可以看出:隨著鋼筋直徑增大,鋼筋套筒連接試件內(nèi)的漿體厚度減小,試件極限承載力增大,握裹強(qiáng)度呈增大趨勢(shì),這與文獻(xiàn)[12]的研究結(jié)果一致。但并不是鋼筋套筒連接試件內(nèi)漿體厚度越小越好,還要考慮到現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)方便鋼筋插入、方便灌漿施工等情況。圖3為不同齡期套筒灌漿料抗壓強(qiáng)度和握裹強(qiáng)度增長(zhǎng)曲線。從圖3可以看出,鋼筋套筒連接試件的握裹強(qiáng)度與連接二者的灌漿料抗壓強(qiáng)度呈正相關(guān)性,灌漿料抗壓強(qiáng)度越高,握裹強(qiáng)度越高。另一方面,由于高活性礦渣粉的摻入,套筒灌漿料早期強(qiáng)度增長(zhǎng)迅速,后期強(qiáng)度增長(zhǎng)緩慢,相應(yīng)的握裹強(qiáng)度也表現(xiàn)出相同的發(fā)展規(guī)律。

作者:鄒偉 周壯 吳文選 葉顯 孔金鳴 單位:武漢源錦建材科技有限公司