温度对装配式套筒灌浆料性能的影响研究_何宪生.pdf

工程应用Engineering Application46CHINA CONCRETE 2023.01 NO.163收稿日期：2022-10-18第一作者：何宪生，1974年生，工程师，主要研究方向为装配式建筑施工，E-mail：通信作者：韩梦迪，1994年生，硕士，工程师，主要研究方向为装配式用建筑材料，E-mail：引言近年来，尤其是“十三五”以后，装配式建筑得到了大面积的推广使用，对于装配式结构而言，其关键技术就是构件节点的连接，其连接作为传力的中枢系统和薄弱环节直接影响结构的整体性、抗震性及安全性1。目前，装配式建筑工程中主要应用的钢筋连接方式为钢筋灌浆套筒连接，即将预留的钢筋由两端插入预埋在构件里的套筒中，利用注浆机在施工现场向套筒中注入灌浆料，通过灌浆料硬化后与钢筋和套筒之间的啮合作用，实现上下两根钢筋的对接2-5。对于我国北方大多数地区，低温季节较长，受施工进度的影响，低温施工不可避免6，温度是影响套筒灌浆料力学性能发展的重要因素之一7。有关于低温套筒灌浆料的研究也逐渐增多8，根据目前的温度条件，某单位开发了2种套筒灌浆料，一种是适用于535的ANT-90常温型灌浆料（命名为CG），一种是适用于-510的低温型灌浆料（命名为DG）。本文通过研究和总结施工环境温度、拌合用水温度、预养护时间等对灌浆料的影响，以期对装配式套筒灌浆施工提供一定的指导。1 材料与方法1.1 试验材料与仪器试验所用材料为常温型灌浆料（CG）、低温型灌浆料（DG），及自来水。试验所用仪器包括水泥砂浆搅拌机、标准恒温恒湿养护箱、全自动水泥抗折抗压试验机、低温试验箱等，具体型号及生产厂家见表1；租用环境模拟低温试验冷库试验箱如图1所示，尺寸为4m3.5m2.5m，测控温度范围为-4040，测温精度为1，显示分辨率为0.1。1.2 试验方法成型及养护方法：低温型灌浆料试件成型时按照水温度对装配式套筒灌浆料性能的影响研究何宪生1韩梦迪2冯琳1孙岩波2阎明伟2王祥宝11.北京国际建设集团有限公司 北京 1000542.北京市建筑工程研究院有限责任公司 北京 100039摘 要：装配式混凝土结构竖向构件间的钢筋连接多采用钢筋灌浆套筒连接技术，而套筒灌浆料是关系到连接性能的关键一环。温度是影响套筒灌浆料力学性能发展的重要因素之一，因此本文重点研究和总结施工环境温度、拌合用水温度、预养护时间等对灌浆料的影响，以期对装配式套筒灌浆施工提供一定的指导。关键词：装配式建筑；套筒灌浆料；温度；抗压强度Study on the Influence of Temperature on the Properties of Assembly Sleeve Grouting MaterialAbstract:Between prefabricated components of fabricated concrete structures mostly uses rebar splicing technology for sleeve grouting,and sleeve grouting is a key part related to the connection performance.Temperature is one of the important factors affecting the development of mechanical properties of sleeve grouting materials.Therefore,this paper focuses on studying and summarizing the influence of construction environment temperature,mixing water temperature and pre-curing time on grouting materials,in order to provide certain guiding significance for grouting construction of assembled sleeve.Key words:Prefabricated construction;cementitious grout for sleeve;temperature;the compressive strength工程应用Engineering Application47总163期 2023.01 混凝土世界料比0.12的比例进行搅拌，搅拌之前将低温型灌浆料、搅拌锅、试模等置于指定温度环境中24h，设定温度低于0时采用0冰水混合物进行搅拌，参照JG/T 4082019钢筋连接用套筒灌浆料进行试验，如图2所示。流动度测试：低温型灌浆料流动度测试试验参照JG/T 4082019进行，如图3所示。抗压强度测试：试验采用全自动水泥抗折抗压试验机，参照GB/T 176712021 水泥胶砂强度检验方法进行测试。2 结果及讨论2.1 环境温度对灌浆料性能的影响分别在20、10、5、0、-5等条件下测试灌浆料的抗压强度，结果见表2。试验根据JG/T 4082019中的试验方法，用水泥砂浆搅拌机加水搅拌，为真实的模拟施工环境，选择实验室成型温度与指定条件温度相同，材料及所需设备均提前在指定温度下放置24h，20、10、5、0时搅拌用水温度为指定相应水温，-5时搅拌用水水温为0。将搅拌后的灌浆料浆体倒入40mm40mm160mm三联铸铁钢模中，20、10、5、0、-5均在浆体入模后直接放入设置为目标温度的冰柜中养护，1d后拆模，之后继续放入冰柜中养护7d，之后转标准养护21d，到达规定龄期后，分别测定其1d、3d、28d抗压强度平均值。由于试验条件所限，试验并未对各环境温度下灌浆料的流动度进行研究。由表2可知，随着环境温度的降低，2种灌浆料各龄期抗压强度也随之下降。环境温度为20时，灌浆料的28d抗压强度均满足规范要求（JG/T 4082019中规表 1 试验仪器设备型号及厂家序号名称型号厂家1水泥胶砂搅拌机JJ-5无锡建仪仪器机械有限公司2标准恒温恒湿养护箱BSYH-40北京首仪兴科实验仪器有限公司3全自动水泥抗折抗压试验机DYE-300S-10型北京首仪兴科实验仪器有限公司4低温试验箱DWX-350-25型北京航天三宇实验仪器有限公司5多路温度记录仪EX4000意力（深圳）科技有限公司6试模40mm40mm160mm-7玻璃板500mm500mm-8截锥圆模下口内径（1000.5）mm，上口内径（700.5）mm，高（600.5）mm-图 1 环境模拟低温冷库试验箱图 2 灌浆料成型图 3 流动度测试步骤工程应用Engineering Application48CHINA CONCRETE 2023.01 NO.163定，灌浆料的1d强度35MPa，3d强度60MPa，28d强度85MPa），CG型灌浆料可达到95.8MPa；当环境温度从20下降到10时，CG型灌浆料的最终抗压强度下降了1.1%，说明在此环境温度区间的灌浆料抗压强度值较稳定，几乎不影响灌浆料性能的发挥；但当环境温度从10下降到5时，CG型灌浆料的最终抗压强度下降了17.3%，表明灌浆料对此温度区间较为敏感，抗压强度值下降幅度较大，已严重影响到灌浆料的水化进程，且5时灌浆料的抗压强度已不能满足规范要求；当环境温度为0时，CG型灌浆料的最终抗压强度仅为20时养护的57%，且1d抗压强度均未达到20MPa，说明0的环境温度已严重制约灌浆料性能的发挥，且对早期抗压强度影响最大，-5时，CG型灌浆料的1d强度仅为5.8MPa，28d强度也仅为14.5MPa，已经损伤。因此，当环境温度在10以下时常温灌浆料即可考虑采取保温措施，以免影响灌浆料性能的正常发挥；当环境温度在5以下时除采取保温措施等方法外，不可进行常温套筒灌浆施工作业。而对于DG型灌浆料就强度而言不受影响，均满足规范要求，尤其是对早期强度影响较为明显，这是因为随着温度的升高，早期水化反应加快，但是对28d强度影响不大。2.2 拌合水温度对灌浆料性能的影响由上述试验研究可知，常温型灌浆料在5及以下环境中的抗压强度值下降幅度较大，已不能满足规范要求，而在冬季实际施工过程中，为了赶工期，会采取一些套筒灌浆冬季施工措施。工程中一般常用的冬季施工措施为给墙体保温和使浆体升温，而由于直接给浆体升温的方法简单便捷且成本较低，因此使用较普遍。常用的给浆体升温的方法有加热水搅拌或者直接在搅拌后的浆体中插入电热棒加热。本节就针对加热水使浆体升温的办法，研究其在冬季施工保温措施的可行性。试验过程在10左右的操作室中进行搅拌，用加热水调节的方式改变拌合用水温度，研究CG型灌浆料在不同拌合水温度下的流动度及抗压强度变化情况。按照JG/T 4082019中的试验操作流程，搅拌完成入模后立即转入设置为0的冰柜中。试验结果见表3。由表3可知，改变拌合用水温度，进而使灌浆料浆体升温，浆体的30min流动度损失加剧，当使用60的热水时，30min后浆体已基本失去可塑性。而测得拌合用水温度对灌浆料的初始流动度却影响不大，但整体呈现下降趋势，45时灌浆料初始流动度有所增大，可能为试验误差所致。从抗压强度角度分析，虽然提高拌合水温度抗压强度略有提高，但仍与规范要求相去甚远，并不能使灌浆料的抗压强度提高，究其原因，虽然提高拌合水温度能使浆体入模温度提高，但在0的养护环境下，浆体的降温速率很快，因此提高拌合水温度并不能起到表 2 不同温度下灌浆料的力学性能测试结果温度/灌浆料抗压强度/MPa1d3d28d20CG54.670.195.8DG60.586.399.310CG51.567.294.7DG58.679.298.25CG36.858.778.3DG54.376.997.90CG17.935.554.7DG46.470.394.8-5CG5.86.714.5DG48.771.296.3表 3 不同拌合水温度时常温套筒灌浆料（CG）性能测试结果拌合水温/浆体温度/流动度/mm抗压强度/MPa初始30min1d3d28d1512.132029517.636.553.83029.131526018.337.254.54533.632020018.138.756.96043.631210018.537.655.1工程应用Engineering Application49总163期 2023.01 混凝土世界效果。另外，实际工程施工时，灌浆套筒的内腔体积很小（一般不超过0.2L），且灌浆层厚度很薄9。如果灌浆施工时，灌浆区域温度很低，即使灌浆料的浆温很高，浆体也会在灌注后的很短时间内降低至环境温度，因此仅仅依靠提高拌合水温度来改善灌浆料低温性能的措施并不可行。2.3 预养护时间对灌浆料力学性能的影响为了测试常温套筒灌浆料通过预养护时间的变化，如何在之后的低温下强度满足要求，本小节试验测试常温套筒灌浆料（CG）在不同养护时间下的抗压强度。用水泥砂浆搅拌机加水搅拌入模后，放入养护室（202）中养护，试验设置不同的预养护时间，分别为0h、2h、4h、8h、12h、24h，达到各自的养护时间后立即将模具移入设置为0的冰柜中养护，试块均在1d龄期时拆模。到达规定龄期后，分别测定灌浆料1d、3d、28d抗压强度平均值。试验所用拌合水为自来水，测得温度为12，操作室温度约为15。测试结果如图4所示。图 4 预养护时间对常温套筒灌浆料（CG）抗压强度的影响由图4可知，随着预养护时间的延长，各龄期的抗压强度均有所提升，说明在套筒灌浆施工作业中给灌浆料升温预养护的措施有效；且在20环境下预养护24h后，即使转入0的环境，其各龄期抗压强度均满足规范要求，但后期强度相较于标准养护条件仍有所损失，其28d抗压强度损失9.6%。灌浆料预养护4h后，1d抗压强度即可达到39.7MPa；预养护8h后，其1d抗压强度已接近标准养护下的1d抗压强度，为50.2MPa，表明硅酸盐水泥-硫铝酸盐水泥-石膏复合胶凝体系的早强效果显著，且能够抵抗低温的冻害，但后期由于低温环境对水泥的水化参考文献1 韩梦迪,孙岩波,阎明伟,等.低温型钢筋连接用套筒灌浆料的研究进展J.低温建筑技术,2020,42(11):22-24+27.2 周玉强,杨少华.低温环境下预制构件套筒灌浆施工技术J.建筑施工,2020,42(8):1433-1434.3 吴开胜,赵大军,宋云娟.套筒灌浆料的研制及应用效果评价J.新型建筑材料,2018(5):71-73+78.4 王玉进,李浩杰,杨进波.养护条件及MgO膨胀剂对套筒灌浆料性能的影响研究J.混凝土世界,2021(8):61-64.5 袁伟,田晓航,杨辉,等.超细矿物掺合料对超细灌浆料性能的影响J.混凝土世界,2022(1):65-68.6 杨国刚,侯维红,吴文选,等.低温条件下套筒灌浆料应用性能的研究J.混凝土与水泥制品,2018(4):90-94.7 李晓明,苏忠纯,陈韬.养护温度对低温灌浆料强度发展的影响J.中国港湾建设,2014(7):47-49.8 李兵,马正先,杭鑫坤,等.新型负温套筒灌浆料性能试验研究J.混凝土与水泥制品,2017(10):9-13.9 朱清华,刘兴亚,钱冠龙,等.低负温钢筋连接用套筒灌浆料的应用研究J.施工技术,2016(10):49-51.进程的影响，预养护8h的28d抗压强度未能达到规范标准，但已经很接近，为82.8MPa。另外，由于试验条件所限，未对其他环境温度的预养护时间进行分析。但也可以看出，20与10的养护条件对灌浆料性能的影响不大，其抗压强度损失很小，因此，可以间接得出只需在1020环境下至少养护24h，之后即使移入0的环境也可以使灌浆料满足规范要求的结论。结语本文通过研究不同环境温度、拌合水温度，及养护时间对套筒灌浆料性能的影响，得出以下结论：（1）CG和DG灌浆料均随着环境温度的降低，各龄期抗压强度也随之下降。环境温度在1020这个温度区间对普通型灌浆料的性能影响不大，但在510时灌浆料的抗压强度急剧下降，且5时灌浆料的抗压强度已无法满足规范要求。0的环境温度已严重制约灌浆料性能的发挥，且28d抗压强度仅为54.7MPa。（2）提高拌合水温度，对套筒灌浆料的抗压强度影响甚微，但对流动度的影响较大，随着拌合水温度的提升，30min流动度急剧下降。（3）通过对套筒灌浆料不同的预养护时间进行研究，得出在0环境下，需对套筒灌浆料在1020的养护条件下至少预养护24h，其抗压强度方可满足规范要求。