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灌浆料是什么材料组成的

灌浆料是什么材料组成的

    发布时间:2022-06-30

    内容简介:
    一款可以做到让商砼站磅房无人值守的产品

    来源:2016年第7期《混凝土》
    徐长伟,曾伟,马世方,陈勇
    沈阳建筑大学 材料科学与工程学院,辽宁 沈阳,110168
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一款可以做到让商砼站磅房无人值守的产品

来源:2016年第7期《混凝土》

徐长伟,曾伟,马世方,陈勇

沈阳建筑大学 材料科学与工程学院,辽宁 沈阳,110168

摘要:基于装配式建筑用灌浆料的基本性能要求,从石英砂级配、砂灰比、水灰比、外加剂等角度开展对灌浆料工作性和强度的影响研究,在确定的理想配合比的基础上,通过采用低水灰比净浆包裹骨料的方法,探索进一步提高灌浆料抗压强度的可能。研究结果表明:当石英砂级配为20~40目∶40~70目=1∶0.798、水灰比0.26、聚羧酸减水剂0.4%、四硼酸钠5‰、有机硅消泡剂2‰、羟丙基甲基纤维素0.1‰、硫铝酸钙型膨胀剂4%时,灌浆料满足早期强度高、后期强度高、工作性好、微膨胀、自密实、不泌水、不离析等装配式建筑用灌浆料的要求;通过采取低水灰比净浆包裹石英砂的方法,可进一步提升灌浆料的抗压强度。

0 引言

装配式建筑是指用工厂中预制好构件在工地装拼而成的建筑。这种建筑的优点是建造速度快,受气候条件制约小,节约劳动力、环境污染小并可提高建筑质量。但也存在如何在建造更高更大的装配式建筑时,保障建筑整体稳定性及抗震性这一问题,针对这一点主要由装配式建筑构件设计方案及连接构件强度所决定,在装配式建筑中,构件的连接方式主要包括浆锚连接、间接连接、套筒灌浆连接,如今套筒灌浆连接的市场占有率达到80%以上。对于套筒结构的性能强弱主要取决于套筒的数量、布置、套筒本身的性能和套筒内灌浆料的性能[1-2],本文即是从满足套筒灌浆料性能要求出发,通过使用价格相对低廉的材料配制出具有流动度大,早期强度和后期强度高,工作性好,微膨胀,不泌水,不离析,满足装配式建筑要求的套筒灌浆料。

1试验原材料与方法

1.1原材料

水泥:42.5 快硬硫铝酸盐水泥,符合GB 20472—2006《硫铝酸盐水泥》要求。

石英砂:沈阳苏杨石英砂厂。

聚羧酸减水剂:山东虹夏外加剂厂,粉体掺量为水泥质量的0.2%0.6%。

四硼酸钠:上海鑫达精细化工有限公司,含量≥99.5%。

葡萄糖酸钠:山东虹夏外加剂厂,含量≥99.5%。

DL-酒石酸:天津市鼎盛化工有限公司,含量≥99.7%。

有机硅消泡剂:南宁腾达助剂有限公司,TD-004,含量≥99.5%。

羟丙基甲基纤维素:沈阳顺风集团,20万(S)。

硫铝酸钠钙型膨胀剂:山东虹夏外加剂厂,粉体掺量为水泥质量的2%8%。

水:自来水。

1.2方案设计

本试验在采用单因素对比试验从石英砂级配、砂灰比、水灰比、外加剂等方面开展对灌浆料工作性及强度的影响研究,在确定的理想配比后,通过采用低水灰比净浆包裹骨料的方法,提高灌浆料抗压强度,得出最优材料组成及配比。

1.3 灌浆料制备及性能测试

按试验配比称取定量的42.5快硬硫铝酸盐水泥、石英砂、硫铝酸钙型膨胀剂搅拌混合均匀后加入定量的有机硅消泡剂、缓凝剂、早强剂、增稠剂和水混合溶液,再次搅拌均匀,注入40mm×40mm×160mm模具中成型。参照 GB/T17671—1999《水泥基灌浆材料应用技术规范》测量灌浆料的流动度、抗折强度和抗压强度;参照GB 50119-2013《混凝土外加剂应用技术规范》测量灌浆料的竖向膨胀率。

2基本配比试验

2.1石英砂级配的确定

由于石英砂具有较大的硬度,而且分布广泛,价格便宜,因此选择石英砂为灌浆料骨料。试验使用石英砂的目数有20目~40目(0.425mm~0.85mm),40目~70目(0.212mm~0.425mm),根据最大堆积密度理论[3],使用一升容积升对不同组分石英砂的一升堆积质量进行测量。得出结果进行二次拟合曲线Y=1507.675+275.9X-247.7X2X代表20目40目石英砂所占质量比例,Y代表一升不同目数混合后的石英砂质量),当X=0.556时Y达到最大值,即20目40目:40目70目=1:0.798时达到曲线峰值,为最优配比。此时,一升容积升堆积质量最大,说明其堆积结构更加致密,级配更加合理,因此选择此石英砂配比开展进一步试验。

2.2聚羧酸减水剂用量的确定

根据粉体聚羧酸减水剂使用掺量(0.2%0.6%)进行减水剂定量试验,图1为聚羧酸减水剂掺量从0.2%到0.6%的对比试验。

由图1可知,聚羧酸减水剂掺量从0.2%增加到0.4%。其灌浆料初始流动度和30min流动度逐渐增大,而从0.4%增加到0.6%时,其减水效果基本不变,因此0.4%是聚羧酸减水剂掺量的饱和值,由此聚羧酸减水剂的掺入量定为0.4%,并开展进一步试验。

2.3水灰比及砂灰比的确定

本试验选择快硬硫铝酸盐水泥为基料,分别对4种水灰比(0.24、0.26、0.28、0.30)及4种砂灰比(0.6、0.8、1.0、1.2)进行配比试验,通过初始流动度及3d抗压强度确定砂灰比和水灰比(其中聚羧酸减水剂掺量为0.4%),如表1所示。

表1 不同砂灰比的灌浆料工作性试验结果

根据灌浆料流动度及3d抗压强度试验发现,随着水灰比的增大,流动度整体呈增大趋势,而强度呈降低趋势,当水灰比为0.26,砂灰比为0.8时在3d抗压强度相对更高,说明此时骨料级配和骨料之间的净浆厚度更为合理,而且初始流动度满足辽宁省地方标准《装配整体式混凝土结构技术规程》(DB21/T1868-2010)要求,说明这组水泥与石英砂比例堆积更加致密,由此将水灰比0.26、砂灰比0.8定为下一步基础方案。

3.外加剂掺量的研究

本试验所使用的外加剂包括缓凝剂(酒石酸,葡萄糖酸钠,四硼酸钠),消泡剂(有机硅消泡剂),增稠剂(羟丙基甲基纤维素),早强剂(硫酸钠),膨胀剂(硫铝酸钙型膨胀剂),设置基本配比:砂灰比0.8,水灰比0.26,聚羧酸减水剂0.4%。

3.1对缓凝剂的选择与用量的研究

通过对酒石酸、葡萄糖酸钠和四硼酸钠三种缓凝剂的对比试验,如图2、图3可知,加入四硼酸钠的试样30min流动度损明显大于另两组流动度。而且随着四硼酸钠的掺量的增多,30min流动度逐渐增大,而由图3可知,3d抗压强度的四硼酸钠组分好于葡萄糖酸钠组分好于酒石酸组分,根据三组试剂的30min流动度及3d抗压强度对比,选择四硼酸钠作为缓凝剂,由于辽宁省地方标准《装配整体式混凝土结构技术规程》(DB21/T1868-2010)要求30min流动度达到260mm、3d抗压强度≥60MPa,为了节约成本,因此缓凝剂选择四硼酸钠掺入量为5%,用以开展下一步试验。

3.2有机硅消泡剂研究

为了消除灌浆料中多余的泡而掺入有机硅消泡剂如图4、图5可知,随着有机硅消泡剂掺量的增加,灌浆料初始流动度、30min流动度、3d抗折强度和3d抗压强度整体呈增大趋势,由于使用聚羧酸减水剂会引入一些气泡,而气泡表面是一种吸附着定向排列的活性分子,当其达到一定浓度时,气泡壁就会形成了一层坚固的薄膜,造成液面表面张力下降,气泡就不易合并,而形成很多小气泡,而有机硅消泡剂可以进入气泡双分子定向膜,破坏定向膜的力学平衡达到破泡的目的而浆体中气泡减少后,其流动阻力就减少,对骨料的阻力就减少,而且留在灌浆料中的气泡减少,从而灌浆料更加密实,抗压强度也会升高[4-5]。根据图5可知,当有机硅消泡剂消泡剂用量为2‰时,3d抗压强度最高,说明此配比的浆体最为密实,气泡含量低,因此选择有机硅消泡剂掺入量为2‰,用以开展下一步试验。

3.5硫铝酸钙型膨胀剂用量研究

为了使灌浆料具有微膨胀效果,因此加入硫铝酸钙型膨胀剂,由图8、图9可知,当硫铝酸钙膨胀剂掺入量大于等于4%时,膨胀效果符合辽宁省地方标准《装配整体式混凝土结构技术规程》(DB21/T1868-2010)规定,即3h竖向膨胀率≥0.020%及24h与3h竖向膨胀率差值≥0.020%,而相对于空白组达到微膨胀的效果。

当硫铝酸钙膨胀剂的掺量为4%、5%、6%、7%时膨胀效果符合辽宁省地方标准《装配整体式混凝土结构技术规程》(DB21/T1868-2010)要求,因此进行力学试验对比,如表2可知,随着掺量逐渐增加,抗压强度和抗折强度整体呈下降趋势,由于既要满足微膨胀效果,又要满足早期强度和后期强度要求,选择硫铝酸钙膨胀剂的掺入量为水泥4%,用以开展下一步试验。

4抗压强度增强组试验

由于灌浆料的强度主要由骨料强度、界面连接、水泥凝结后的强度这三个方面影响,由于上述试验得出最优组成配比,因此提高界面连接强度成为提高灌浆料整体强度有效方法。本节通过低水灰比水泥包裹石英砂,然后待包裹后的泥球硬化后将其筛分,然后再将剩下的水泥按正常水灰比和包裹处理后的骨料进行搅拌,由于在搅拌时净浆与骨料之间会析出一层水膜包裹骨料表面,待水泥硬化后会对净浆与骨料连接强度产生影响[7],而此方法可减少用水量,降低净浆与石英砂界面结合处析出的水份,因此减少水膜的厚度,使其净浆与石英砂界面处有更高结合力,提高结合强度,同时由于不同水灰比的净浆基本组成相同,所以低水灰比(0.20)净浆与正常水灰比(0.26)净浆界面也有很好的相容性,同时此方法又有利于在工厂环境下进行骨料包裹加工与养护,可达到提高灌浆料整体强度的效果。

4.1低水灰比净浆包裹骨料的研究

用于低水灰比的水泥加入外加剂为聚羧酸减水剂掺量0.4%,为了测定最佳方案,则低水灰比水泥占总水泥质量比例分别为5%、10%、15%、20%、低水灰比水泥净浆的水灰比分别为0.18、0.20、0.22、0.24,先进行低水灰比净浆包裹骨料,然后待骨料硬化后(标准养护5h以上)进行粒径筛选(0.301.18mm),最后与剩余水泥以水灰比0.26进行搅拌成型,其中第二次搅拌除基本配比组成外还加入了按剩余水泥质量5‰四硼酸钠2‰有机硅消泡剂、0.10‰的羟丙基甲基纤维素用量4%的硫铝酸钙膨胀剂。

表3低水灰比裹浆试验结果

由表3可知,低水灰比水泥占总水泥质量比例为15%,低水灰比水泥净浆的水灰比为0.20时,1d和28d抗压强度最高,并且流动度及1d,3d和28d抗压强均符合辽宁省地方标准《装配整体式混凝土结构技术规程》(DB21/T1868-2010)要求,同时灌浆料具有自密实、不泌水、不离析等特点,满足装配式建筑用灌浆料的要求。

5 结论

1)当石英砂级配为20目~40目(0.425mm~0.85mm):40目~70目(0.212mm~0.425mm)=1:0.798、水灰比0.26、砂灰比为0.8、聚羧酸减水剂0.4%、四硼酸钠5‰、有机硅消泡剂2‰、羟丙基甲基纤维素0.1‰、硫铝酸钙型膨胀剂4% 时,灌浆料满足早期强度高、后期强度高、工作性好、微膨胀、自密实、不泌水、不离析等装配式建筑用灌浆料的要求。

(2)通过采取低水灰比(0.20)净浆包裹石英砂,其中用于低水灰比净浆的水泥并掺入其水泥质量0.4%的粉体聚羧酸减水剂,此方法可提高骨料与硬化后净浆界面结合力,不同程度提升灌浆料的抗压强度,研究发现当用于包裹石英砂净浆的水泥占总水泥质量15%时更有利于灌浆料的早期抗压强度及后期抗压强度。

参 考 文 献:

[1]王军强,李 清. 装配式混凝土结构灌浆材料的性能试验与施工技术[J].混凝土,2013

(10):142-145.

[2]屠立玫.我国建筑灌浆料的灌浆料的发展方向[J].新型建筑材料.1997(11):13-15.

[3]林荣峰,聚羧酸高性能灌浆料试验研究[D].山东:山东建筑大学,2012.28-31.

[4]李祥,王旭,马素德.乳液型有机硅消泡剂的研制[J].造纸化学品,2002(4):28- 31.

[5]吕鑫,景艳,岳湘安.高效有机硅消泡剂的制备.精细化工[J], 2005(9) : 688- 690.

[6]赛守卫,马保国,苏雷,李相国等.纤维素醚改性灌浆料的研究进展[J].硅酸盐通报,2011

(3):560-566.

[7]Maso J C.The bond between aggregates and hydrated cement paste.In:7 th Intern

Congr on the Chem of Cem.Paris:[sn],1980.Vol. Ⅶ-1/3.

《混凝土》杂志创刊于1979年,是国内混凝土行业唯一的国家级专业科技期刊也是国建筑业协会混凝土分会会刊,全国中文核心期刊。

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