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快硬膨脹劑(FEA)在套筒灌漿料中的應用研究

發布時間:2018-3-31 0:00:00 來源:http://www.lt0044.com/news-77.html

  裝配式建築方式通過工廠預制,可大幅減少施工現場濕作業,不僅環保而且可在一定程度減少現場材料浪費,社會效益非常顯著,對實現節能減排,保護生态環境、改善人居環境、應對氣候變化都具有重要的意義,是住宅建設發展的必然趨勢和途徑。裝配式預制建築的橫向連接采用構件的預留橫向出筋現場現澆連接方式予以實現。而縱向連接通過将帶肋鋼筋插入預埋在混凝土内的套筒中,用高性能灌漿料填充套筒與鋼筋之間的空隙,灌漿料硬化後與鋼筋的橫肋和套筒内壁凹槽或凸肋緊密齧合,實現上下2根鋼筋的連接。

  灌漿套筒連接是一種由工程實踐需要和技術發展而産生的新型鋼筋連接方式,該連接方式的出現彌補了傳統的鋼筋連接方式(主要包括焊接和螺栓連接)的不足,在美國和日本等國家得到了迅速的發展和推廣。鋼筋套筒灌漿連接接頭由帶肋鋼筋、套筒和灌漿料等3部分組成。其連接原理是:帶肋鋼筋插入套筒後,向套筒内灌注無收縮或微膨脹的水泥基灌漿料,填充套筒與鋼筋之間的間隙。灌漿料硬化後與鋼筋的橫肋和套筒内壁凹槽或凸肋緊密齧合,實現上下2根鋼筋的連接。在此過程中,藉助灌漿料受到套筒的圍束作用以及灌漿料本身具有的微膨脹特性,增強了鋼筋與套筒内側間的正向作用力,加大鋼筋與套筒内表面的摩擦力傳遞鋼筋應力。在裝配式預制建築結構中,高性能的灌漿料是實現縱向連接的關鍵,其性能優劣對确保結構體系的整體性及抗震性能起着至關重要的作用。

  套筒灌漿料的關鍵技術要點在于早強、高強和微膨脹,本文着重從這三個方面研究快硬膨脹劑對套筒灌漿料性能的影響。

  2 原料及試驗方法

  2.1 原料

  水泥:P.O52.5水泥,海螺牌;河沙:20~100目河沙;聚羧酸減水劑;消泡劑;矽粉,1000目以上粉末;快硬膨脹劑FEA;

  2.2 試驗方法

  按JG/T408-2013《鋼筋連接用套筒灌漿料》的規定進行試驗。

  2.3 試驗用基礎配比

  水泥450千克、減水劑2千克、消泡劑1千克、矽粉20千克、快硬膨脹劑可調、河沙補齊至100%。

  3 試驗設計

  3.1 快硬膨脹劑對套筒灌漿料早強性能研究

  套筒灌漿料要求1天強度大于35MPa,在實際配方調試過程中一般控制1天強度在40MPa以上,有些廠家生産的套筒灌漿料1天強度可達到50MPa。目前生産企業絕大部分采用硫鋁水泥、碳酸锂、甲酸鈣、元明粉等原料提高灌漿料的早期強度,在實際應用中甲酸鈣、元明粉等早強效果并不理想,而硫鋁水泥和碳酸锂應用最為廣泛。本試驗對比快硬膨脹劑、硫鋁水泥、碳酸锂碳酸锂三種材料對套筒灌漿料性能的影響,快硬膨脹劑摻量為灌漿料總量的1.5%,碳酸锂摻量為灌漿料總量的0.2%,硫鋁水泥摻量為水泥用量的10%,分别測試三組灌漿料的流動度和強度,具體數據見圖1和圖2.

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  由圖1、圖2可知,不加任何早強組分的空白灌漿料測試,1d和3d強度達不到标準要求,且大幅度低于添加早強組分的灌漿料測試數據;硫鋁水泥和碳酸锂的加入,對灌漿料30min流動度影響較大,而快硬膨脹劑基本不影響灌漿料的30min流動度;快硬膨脹劑、硫鋁水泥和碳酸锂對灌漿料早強效果顯著,都能滿足标準要求,快硬膨脹劑的早強效果明顯優于硫鋁水泥和碳酸锂,且快硬膨脹劑對灌漿料後期強度影響很小。

  3.2 快硬膨脹劑對套筒灌漿料膨脹性能影響

  套筒灌漿料要求3h膨脹率大于0.02%,3h與24h膨脹率之差在0.02%~0.5%之間,這充分說明套筒灌漿料不僅需要塑性膨脹,同時也需要後期持續膨脹。目前常用膨脹劑有硫鋁酸鈣類膨脹劑(A)、氧化鈣類膨脹劑(C)、硫鋁酸鈣-氧化鈣類膨脹劑(AC)、硬石膏、塑性膨脹劑以及CSA膨脹劑等。塑性膨脹劑屬于引氣類材料,加水攪拌後與水泥反應生成氣體從而引氣體積膨脹,可以解決灌漿料早期沉降收縮,待漿體固化後不再膨脹,後期會持續收縮,對灌漿料後期收縮開裂沒有改善,不建議單獨使用。本試驗對比硫鋁酸鈣類膨脹劑(A)、硫鋁酸鈣-氧化鈣類膨脹劑(AC)、塑性膨脹劑和快硬膨脹劑對灌漿料膨脹性能的影響,快硬膨脹劑摻量為灌漿料總量的1.5%,硫鋁酸鈣類膨脹劑(A)、硫鋁酸鈣-氧化鈣類膨脹劑(AC)為水泥用量的8%,塑性膨脹劑摻量為灌漿料總量的0.02%,具體試驗數據見圖3。

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  由圖3可知,灌漿料在重力作用下,早期會稍微沉降,而後趨于穩定,硫鋁酸鈣類膨脹劑(A)和硫鋁酸鈣-氧化鈣類膨脹劑(AC)早強膨脹性能較差,膨脹值低于灌漿料自身沉降數值,故3h豎向膨脹率為負值,随着水泥水化的逐步進行,灌漿料沉降趨于穩定,膨脹劑不斷反應産生膨脹,豎向膨脹率逐漸增大,24h後豎向膨脹率達到0.02%左右,并趨于穩定。CSA膨脹劑3h和24h豎向膨脹率都可以滿足标準要求,但CSA膨脹劑以高鋁熟料為主,在灌漿料中對流動度影響非常大,配方調試較為複雜,不建議使用。快硬膨脹劑早期膨脹效果顯著,且後期持續膨脹,3h豎向膨脹率達到0.12%,24h豎向膨脹率達到0.26%。

  3.3 快硬膨脹劑摻量确定

  本試驗對比FEA不同摻量下,對套筒灌漿料性能的影響。FEA摻量分别為灌漿料總量的0.5%、1.0%、1.5%、2.0%、2.5%,分别測試灌漿料的流動度、強度、和膨脹率。具體試驗數據見圖4、圖5、圖6

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  由圖4、圖5、圖6可知,随着FEA摻量的提高,灌漿料早期強度大幅度提高,豎向膨脹率增大,30min流動度損失越來越大,FEA的建議摻量為灌漿料總量的1.0%~2.0%。

  4 總結

  (1)FEA在套筒灌漿料中最佳摻量為1.0%~2.0%;

  (2)灌漿料中摻入适量FEA,可大幅度提高灌漿料早期強度,1d強度可達 50MPa,3d強度可達70以上,且後期強度穩定增長。

  (3)FEA在灌漿料中,早期膨脹明顯,後期持續穩定膨脹。


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