低负温钢筋连接用套筒灌浆料的应用研究

 朱清华，刘兴亚，钱冠龙，郝  敏

 （北京思达建茂科技发展有限公司，北京  100088）

[摘要]国内还未曾有低负温环境下，预制构件灌浆连接施工的经验。为此，开发了低负温套筒灌浆料，专用于环境温度低于5℃时的灌浆施工。对不同条件下，灌浆料的凝结时间、强度增长情况等性能进行了研究，明确了灌浆连接冬期施工中的控制要点。得出了冬期施工时，只要在灌浆时及灌浆后4h套筒内温度不低于0℃，就可使用低负温套筒灌浆料进行预制构件的灌浆连接施工，即使日最低温度低至- 10℃，也不需采取任何加热保温措施的结论。

[关键词]灌浆料；冬期施工；装配式；混凝土结构；套筒；应用

[中图分类号]TU528. 044 [文章编号]1002-8498 (2016)10-0049-03

 近年来，我国装配式混凝土结构发展越来越快，预制构件现场拼装的连接方式主要为灌浆连接，根据施工进度安排，很多项目在冬季仍需灌浆施工作业。而此期间日平均气温已降至5℃以下，北京市住房和城乡建设委员会《关于加强装配式混凝土结构工程质量管理的通知》中强调：“灌浆施工温度不得低于5℃”，若要满足条件，需采取保温加热措施，由于预制墙板的特殊性，加热保温很不方便，而且施工成本大大增加，施工周期将是常温施工的2～3倍。为此，本公司开发出了低负温型钢筋连接用套筒灌浆料（以下简称低负温套筒灌浆料），该灌浆料具有早强快硬、可操作时间长、最终强度不损失等特点，批量使用，效果良好。

1  钢筋连接冬期灌浆施工的特点

 普通灌浆料用于设备二次灌浆或结构改造加固时，属于较大体积施工，因而即便是在冬期施工，也因为体积较大，只要保证灌浆时的浆温和简单的覆盖保温，较大的水化热使浆体的温度降低迟缓，保证其能度过安全养护期而不产生冻害。而钢筋连接用套筒灌浆则与普通灌浆施工截然不同，套筒内腔的体积很小（一般不到0. 2L），且灌浆层厚度也很薄(< 10mm)，如图1所示。如果灌浆时套筒和钢筋的温度都在负温，即便灌浆料的浆温很高，浆料灌入后也会在很短的时间内（终凝前）降低至负温，冻害的风险较大。

2低负温套筒灌浆料

 低负温套筒灌浆料是由早强水泥、高效减水剂、微膨胀剂、调凝剂、矿物掺和料、级配砂等干拌而成的混合料，在施工现场按一定比例与水混合并搅拌均匀后，专用于低负温条件下钢筋连接用套筒的灌浆。

 适用环境温度范围为：- 10~10℃，当环境温度高于10 ℃时并不宜使用，否则会因为凝结时间过快导致灌浆困难。截至目前，国内外低负温时不采取任何保温加热措施，进行钢筋连接灌浆施工还未见报道，我公司早期开发的低负温型灌浆料曾在沈阳小批量应用，但由于凝结时间较短，只能采用手动灌浆枪进行单个套筒灌浆，极大地降低了灌浆的效率，如何使用泵送工艺完成多个套筒联通腔灌浆，需模拟现场条件，通过试验确定流动度、凝结时间、力学性能等参数。

3  应用前的试验研究

 低负温套筒灌浆料不含氯盐、亚硝酸盐等对钢筋有腐蚀作用的早强成分，其主要原理是利用快硬水泥自身良好的负温水化性能，使灌浆料在低负温条件下硬化，强度快速增长，在较短时间内具备抗冰冻能力。快硬水泥在一定的水灰比下，负温水化活性较高，其水化速率比普通硅酸盐水泥快得多。例如，在- 10℃下6h后，普通硅酸盐的化学结合水仅为3. 5%，而快硬水泥则达9.66%，随着龄期的增长可到20. 99%，而硅酸盐水泥仅增至7%。

 快硬水泥的另一个特点是初凝时间较短，一般在30~ 50min，终凝时间在40~90min，而且它的初终凝时间之差很短，仅有十几分钟，甚至几分钟。因此，低负温套筒灌浆料必须既保证低负温环境下强度的持续增长，又保证足够的操作时间而能正常灌浆。为了确定该材料施工工艺参数，我们模拟现场条件，做了下列4方面的试验。

3.1  冻害情况与浆体温度和套筒内温度的关系

 通过调节拌合水温度得到不同温度的浆体，将其灌入不同温度（- 10，-5，- 1℃）的套筒内，灌浆结束4h后均转入- 10℃环境中养护至7d，然后转入标准条件下养护至28d进行拉拔试验，结果如表1所示。由表1可知，如果套筒内温度低于-5℃，即便浆体温度较高，也难免受冻，导致钢筋被拔出，接头不合格。而套筒内温度在-1 ℃以上时，由于浆料本身温度和水化反应时温度的补偿，4h后强度可达10MPa，此时，灌浆料已具备足够的抗冻能力，即使转入-10℃环境也不会受冻且强度能持续增长，最终破坏形式为被连接钢筋断裂，接头合格。因此在施工时，应严格控制套筒内温度在-1 0℃以上，并且施工后在一定时间内，套筒内温度不应低于-1 ℃。

3.2浆体温度对灌浆料经时性、终凝时间的影响

 固定灌浆料干料温度为0 ℃，通过改变拌合水温得到不同温度的浆体，测量其在10 ℃环境下的流动度经时损失和凝结时间，结果如表2所示。

由表2可知，当灌浆料粉料温度不变，水温升高时，浆液温度升高，进而导致凝结时间变短，受冻害风险变小。现场采用泵送方式灌浆，必须保证有足够的可操作时间，至少45 min以上。因此，应根据现场温度情况，严格控制拌合水温。

3.3环境温度对灌浆料经时性、终凝时间的影响

 通过改变灌浆料粉料温度和拌合水温度，使鲜浆的温度在10℃左右时，测量不同环境下(0，10，15，20，25℃)的流动度经时损失和凝结时间，结果如表3所示。

 由表3可知，控制浆温恒定，环境温度升高，浆料的流动度损失加剧，凝结时间显著变短。当浆温10℃左右，环境温度在0℃时，终凝时间为110min，环境温度25℃时，终凝时间为36min。即在使用此类灌浆料前，应做流动度损失试验，灌浆时应在浆体凝结前使用完毕，且环境温度高于10℃ ，不宜使用此类灌浆材料。

3.4灌浆料在不同环境下强度发展情况

 通过改变灌浆料粉料温度和拌合水温度，使鲜浆温度在10℃左右时，测量不同养护条件下低负温套筒灌浆料强度增长情况，结果如图2和图3所示。

 从图2、图3可以看出，浆温10℃左右，只要灌浆时和灌浆后环境温度保持在0 ℃及以上，强度仍可增长。4h后，即使环境温度降低至负温（-  10℃以上），强度仍继续增长，恢复正温后，灌浆料最终强度可达标准养护的95%以上。

 综上所述：低负温套筒灌浆料在-  10℃以上环境中使用时，需要保证灌浆时和灌浆后4h内套筒内温度不低于0℃，灌浆料的流动损失会随着浆体温度、环境温度的升高而加剧，凝结时间随之变短。因此，冬期灌浆施工应根据施工温度合理制定施工方案，尽可能快地完成灌浆施工作业。

4灌浆施工

 2014年年底至2015年年初，国内某项目使用低负温套筒灌浆料顺利完成了预制墙板的安装连接灌浆工作。灌浆施工技术要点如下。

 1)正式灌浆前，逐个检查各接头灌浆孔和出浆孔内有无影响浆料流动的杂物，确保孔路畅通。

 2)灌浆料（粉料）应储存于>0℃的环境条件下，拌合用水采用自然常温水(≥10℃)，无须加热。控制注入套筒前浆体温度≥5℃，且≤20℃。

 3)施工选择在上午温度上升时段，检测核实墙体套筒内温度在0 ℃以上时开始施工，并保证灌浆结束后5h内环境温度不得降至0℃以下，若灌浆后环境温度<0 ℃应对墙体采用保温措施，确保4h内套筒内温度≥0℃。

 4)每次拌合的灌浆料干料≤20kg，确保在25min内用完，灌浆完成后及时清理灌浆设备。

 5)搅拌采用手提式变速搅拌机，转速0~ 800r/min，搅拌方式：首先按比例称取搅拌用水，倒入搅拌桶，然后加入约70%料，搅拌1~2min大致均匀后，再将剩余料全部加入，再搅拌3～4min至彻底均匀；搅拌均匀后，静置2~ 3min，使浆内气泡自然排出后再使用。

 6)准备灌浆前，应开启灌浆泵，使浆体从灌浆泵出浆口排出，以排出出浆管中的空气、水和稀浆，待排出浆液流动度和灌浆泵料斗中浆液流动度一致时方可进行灌浆施工。

  5  灌浆施工质量控制

 与灌浆套筒匹配的灌浆料依照每个施工段所取试块组进行抗压检测。每个施工段留置2组试块送检（1组标准养护、1组同条件养护）。每组3个试块，试块规格为40mm×40mm×160mm。施工当天严格记录施工数据，包括：施工时环境温度，当天最低气温、水温、浆温、水料比、浆液流动度，1d抗压强度等。

  6结语

 1)低负温套筒灌浆料的批量应用取得成功，解决了预制剪力墙冬期安装难题，加快了施工进度。

 2)灌浆施工使用低负温套筒灌浆料，采用自然常温水，墙体不需要采取任何加热保温措施即可保证施工质量。