微珠对水泥基灌浆料力学性能的影响研究

时间：2024-09-30

刘卫星

（中国建筑第八工程局有限公司西北分公司，陕西西安 710075）

0 前言

随着经济的快速发展以及国家可持续发展战略的提出，能耗大、污染高的特点使传统建筑业在当今社会中面临着诸多挑战。近年来，随着装配式建筑及 3D 打印技术的普及应用，建筑业也走向了绿色建造的发展道路。在装配式建筑中，钢筋套筒灌浆料对整个建筑结构的稳定性起着支撑作用。水泥基灌浆料一般是以水泥、外加剂和掺合料以及一部分细骨料为原料，经配制而成的干混料，加水拌合均匀后具有可灌注的流动性、微膨胀和高的早期和后期强度等性能[1]。现在市场中常用的灌浆料是普通硅酸盐水泥加入早强剂等，但其效果并不是很好，主要体现在早期强度虽有所提高，但其后期强度却有所降低，并且在水化后期，灌浆料本身会产生体积收缩造成收缩裂纹，严重影响了灌浆料的耐久性和体积稳定性[2,3]。

郭飞[4]发现硅微粉掺入水泥基材料中能有效改善拌合物的流动性能。桑国臣[5]通过硅酸盐水泥和铝酸盐水泥等材料复配制备出具有大流动性、微膨胀、早强及强度持续稳定增长的新型水泥基灌浆料产品。粟海玉[6]等人将葡萄糖酸钠、硼酸和缓凝剂 A 按比例复配掺入灌浆料中发现其均能满足高铁灌浆材料的性能指标要求。

微珠是一种新型超微粉体材料，是利用优质粉煤灰加工而成的超细且具有连续粒径分布的一种亚微米、完美的球状粉体产品。其具有活性高、低水化热、抗压强度高、流动性好等特性。本文欲探究掺入微珠后，水泥基灌浆料流动性与力学性能的变化趋势。

1 试验原材料及方案选取

1.1 试验原材料

水泥：采用某公司 42.5 快硬硫铝酸盐水泥；粉煤灰：采用某电厂生产的Ⅱ级灰，需水比 98%，烧失量4.0%；微珠：某公司精选微珠，含水率为 1.3%，需水比为 93%；减水剂：聚羧酸高性能减水剂，减水率25%；膨胀剂：UEA-S 型高效混凝土膨胀剂；细骨料：采用去除 2.5mm 以上颗粒的河砂，细度模数为 2.1。

1.2 方案选取

试验采用固定胶材总量法，设计水泥基灌浆料水胶比 0.35，胶砂比 1:1.2，膨胀剂掺量为 10%（内掺），微珠取代粉煤灰比例分别为 25%、50%、75%、100%，具体各组配比如表 1 所示。

表1 试验用水泥基灌浆料配比 g

2 试验内容

2.1 微珠水泥基灌浆料流动性试验研究

试验参照 GB/T 2419—2005《水泥胶砂流动度测定方法》[7]规范进行试验，在搅拌结束后应立即进行流动度试验。

2.2 微珠水泥基灌浆料抗折强度试验研究

试验采用 40mm×40mm×100mm 标准试件，抗折强度测试参照 GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法》[8]进行。

2.3 微珠水泥基灌浆料抗压强度试验研究

抗压强度试验采用抗折强度测定后的胶砂断块进行测试，试验时采用抗压夹具使试件受压面积为40mm×40mm。

3 试验结果与分析

3.1 流动性能试验结果

对水泥基灌浆料进行流动度测试，各配比测试结果如表 2 所示。

表2 各配比水泥灌浆料流动度测试结果

由表 2 可知，随微珠掺量的增加，灌浆料流动度随之增大，当微珠全部取代粉煤灰时，灌浆料流动度相比基准组提高 15%，原因可能是微珠颗粒较细，需水比相比粉煤灰小，从而在同水胶比情况下使灌浆料流动度增大。在试验过程中发现，当微珠取代量超过 75% 时，灌浆料出现轻微泌水现象，在后续研究中可适当减少减水剂用量。

3.2 力学性能试验结果

到达相应龄期后将试件从养护室取出进行抗折抗压强度测试，各配比组试件不同龄期抗折抗压强度变化趋势如表 3 和图 1、2 所示。

表3 不同配比水泥基灌浆料力学性能

图1 不同配比水泥基灌浆料各龄期抗折强度

由图 1 可知，3d、28d 龄期时，灌浆料抗折强度随微珠取代量的增加而逐渐提高，微珠取代量为 100%时，灌浆量抗折强度分别为 8.5MPa 和 11.2MPa，相比基准组分别提高 13.3% 和 16.7%；7d 龄期时，灌浆料抗折强度随微珠取代量的增加呈现出先增后减的变化趋势，在取代量为 75% 时，抗折强度为 9.0MPa，相比基准组提高 9.8%。排除偶然因素，灌浆料抗折强度大体上随微珠取代量的增加而提高。

图2 不同配比水泥基灌浆料各龄期抗压强度

图2 中，3d 龄期时，灌浆料抗压强度随微珠取代量的增加而提高；7d、28d 龄期时，灌浆料抗压强度均随微珠取代量的增加先增后减，且在取代量为 75% 时达到峰值；微珠取代量为 75% 时，水泥基灌浆料各龄期抗压强度分别为 40.9MPa、46.2MPa 及 57.6MPa，相比基准组分别提高 7.6%、5.0%、10.1%。

水泥基灌浆料抗折、抗压强度随微珠的引入均有较大提高，主要原因可能是微珠细度比粉煤灰小，在灌浆料内部起到填充作用，提高了灌浆料内部的密实度；其次，微珠含有较多的 SiO2、Al2O3等活性物质，能与水泥中游离的氢氧化钙发生二次反应，生成较多稳定性好、强度高的水化硅酸钙，从而提高了灌浆料的强度。