养护条件及MgO膨胀剂对套筒灌浆料性能的影响研究

钢筋套筒连接技术是预制装配式混凝土构件的主要连接方法，套筒灌浆料作为钢筋套筒连接构件的主要材料，直接决定钢筋套筒灌浆连接构件的整体力学性能[1]。套筒灌浆连接构件的力学性能理论上主要由套筒内硬化浆体的强度和体积微膨胀控制[2-3]。事实上，套筒灌浆料水化硬化后内部相对湿度较小，内部干燥程度随养护龄期的延长而增大[4]。套筒灌浆料一般水胶比较低，低水胶比套筒灌浆料的自生体积收缩更为明显[5]。添加一定掺量的MgO膨胀剂能在较长时间内补偿体积收缩[6]。在实际工程中套筒内的实际情况不能等同于标准养护条件，而是接近密封自干燥条件。本文研究了三种不同养护方式以及不同MgO膨胀剂掺量对套筒灌浆料力学性能与自生体积变形的影响，结合压汞法研究了套筒灌浆料的孔结构特征，为套筒灌浆料连接构件的设计和工程应用提供参考。

1、试验部分

1.1原材料水泥：P·I42.5硅酸盐水泥。膨胀剂：江苏苏博特新材料股份有限公司生产的M型（中速型）MgO膨胀剂，其活性反应时间114s。矿渣粉（GGBS）：密度2800kg/m3，比表面积499m2/kg。硅灰（SF）：灰白色粉末，平均粒径0.1μm，比表面积18500m2/kg。塑性膨胀剂：表观密度400kg/m3。减水剂：山东华迪建筑科技有限公司生产的PC701型高效聚羧酸减水剂，减水率25%。拌合水：饮用自来水。砂：ISO标准砂。1.2试验方法套筒灌浆料的配合比见表1，水胶比为0.22，将MgO采用内掺法取代矿渣，套筒灌浆料的流动度、竖向膨胀率和抗压强度测定参照JG/T408—2019《钢筋连接用套筒灌浆料》。MgO的掺入会影响灌浆料的工作性能，因此通过调节减水剂的用量将灌浆料初始流动度控制在320～340mm，各个配比的流动度及竖向膨胀率见表2。采用接触式混凝土收缩试验装置（德国施莱宾格公司生产的S0033型，长1000mm，截面积100mm×60mm）进行套筒灌浆的自生体积收缩试验，用于测量硬化阶段套筒灌浆料的收缩值。每组配比成型三组试件，分别放置于标准养护、干燥养护和自干燥养护的养护条件下，并在灌注成型1d后进行自由变形数据采集。标准养护是在恒温恒湿养护箱内进行，养护温度（20±1）℃，湿度大于90%；干燥养护是表面紧密缠绕保鲜膜后置于温度（20±1）℃，湿度60%的环境中进行；自干燥养护是表面不做任何处理，放置于温度（20±1）℃，湿度60%的环境中进行。采用压汞测孔法（MIP）对三种养护条件下各个套筒灌浆料的28d孔结构进行测试分析，所用仪器为AutoporeⅡ9220型压汞仪。2、试验结果及分析

2.1养护条件对套筒灌浆料抗压强度的影响表3为套筒灌浆料在三种养护条件下1、3d和28d的抗压强度。由结果可以看出，随着养护龄期的增加，抗压强度均增大；三种养护条件下，标准养护条件下套筒灌浆料的抗压强度更高。标准养护条件下，所有试验组28d抗压强度均满足≥85MPa的标准要求；干燥养护条件下，套筒灌浆料28d抗压强度不能满足标准要求；自干燥养护条件下，GM0、GM3和GM6试验组28d抗压强度能够满足标准要求，而GM9和GM12试验组的28d抗压强度不满足。2.2MgO膨胀剂对套筒灌浆料抗压强度的影响图1为三种养护条件下套筒灌浆料28d抗压强度随MgO膨胀剂掺量的变化。图1不同养护条件下套筒灌浆料28d抗压强度随MgO膨胀剂掺量的变化由图1可知，套筒灌浆料的抗压强度均随MgO掺量的增加而降低。标准养护条件下，随着MgO掺量的增加，套筒灌浆料的抗压强度从98MPa降低到86MPa；干燥养护条件下，随着MgO掺量的增加，套筒灌浆料的抗压强度从85MPa降低到75MPa；自干燥养护条件下，随着MgO掺量的增加，套筒灌浆料的抗压强度从90MPa降低到81MPa。套筒灌浆料28d抗压强度值的大小顺序为：标准养护＞自干燥养护＞干燥养护。2.3不同养护条件下套筒灌浆料的自生体积变形MgO膨胀性能的发挥与养护环境中的水含量有关系，图2为不同养护条件下套筒灌浆料的自生体积变形率。图2不同养护条件下套筒灌浆料的自生体积变形由图2可知，在标准养护条件下，套筒灌浆料表现出膨胀性能，累积膨胀量随养护龄期的延长而增大；随着MgO掺量的增加，套筒灌浆料自由膨胀量规律性递增，MgO掺量为12%时的膨胀量最大，3%时的膨胀量最小。在干燥养护条件下，套筒灌浆料出现体积收缩现象，且累积收缩值随养护龄期的延长而增大。随着MgO掺量的增加，套筒灌浆料的收缩率呈规律性下降趋势，但始终为收缩。在自干燥养护条件下，套筒灌浆料同样呈现为收缩现象，且累积收缩值随养护龄期的延长而增大。MgO掺量3%时的收缩值呈增大的趋势，随着MgO掺量的增加，收缩值增大的趋势逐渐减弱，当MgO掺量为9%时，收缩值开始减小。在套筒灌浆料中既发生自收缩现象，又有MgO的补偿收缩效应，这两个因素的同时进行使套筒灌浆料呈现耦合变形发展规律。在自干燥养护过程中，套筒灌浆料在前8d的收缩值快速增大，8d后开始减小。因此，MgO膨胀性能的发挥在前8d并不明显。随着MgO掺量的增加和养护龄期的延长，收缩补偿效应增强，累积自由变形值逐渐趋于0。2.4不同养护条件下套筒灌浆料的微观孔结构图3为不同养护条件下套筒灌浆料28d的累计孔隙率。图3套筒灌浆料28d累积孔隙率由图3可知，在三种养护条件下，随着MgO掺量的增加，套筒灌浆料的总孔隙率不断增大，且大部分孔径集中在100nm以内。套筒灌浆料在标准养护条件下的总孔隙率最小，在干燥养护条件下的总孔隙率最大。随着MgO掺量的增加，在标准养护条件下浆体总孔隙率从3%增大到6%，在干燥养护条件下浆体总孔隙率从7.5%增大到10%，在自干燥养护条件下浆体总孔隙率从4%增大到8%。图4为不同养护条件下套筒灌浆料28d的微分孔隙率。图4套筒灌浆料28d微分孔隙率由图4可知，在三种养护条件下，随着MgO掺量的增加，套筒灌浆料的累计孔隙率积分曲线右移，微分曲线的峰值也逐渐右移，即最可几孔径逐渐增大，且各个掺量下的最可几孔径集中在20～30nm之间。MgO的引入会增大套筒灌浆料的总孔隙率，尤其是在10～100nm区间的孔隙率。MgO掺量增加会增大浆体内部的孔隙，使得套筒灌浆料内部结构变得疏松，这在宏观上则表现为试件抗压强度的逐渐降低，并补偿套筒灌浆料体积收缩。

结论

（1）不同养护条件对套筒灌浆料的性能有明显影响。在标准养护条件下，套筒灌浆料的抗压强度最高，掺加MgO膨胀剂后套筒灌浆料表现为体积膨胀；在干燥养护和自干燥养护条件下，套筒灌浆料虽然表现为体积收缩，但收缩值增大的趋势逐渐减弱并趋于稳定。（2）MgO膨胀剂可以有效补偿收缩，但