預制建筑結(jié)構設計的節(jié)點設計關乎整個結(jié)構的整體性和穩(wěn)定性。標準規(guī)范中并沒有明確給出套筒灌漿料的設計原理。本文通過介紹套筒灌漿料的設計原理，闡述了基本成分對成都灌漿料性能的影響，提供灌漿料選用的依據(jù)，并對套筒灌漿料的發(fā)展方向作了展望。

        一.套筒灌漿料設計原理

        成都 鋼筋套筒-灌漿料-鋼筋三者粘結(jié)強度直接影響著灌漿套筒接頭的力學性能。灌漿套筒接頭的工作機理是基于灌漿套筒內(nèi)灌漿料有較高的抗壓強度，同時自身還具有微膨脹的特性，在受到灌漿套筒的約束作用時，灌漿料與灌漿套筒內(nèi)側(cè)筒壁間產(chǎn)生較大的正向應力，鋼筋藉此正向應力在其帶肋的粗糙表面產(chǎn)生摩擦力，傳遞鋼筋軸向應力。由于套筒直徑遠大于鋼筋直徑，套筒-漿體界面摩擦力遠大于鋼筋-漿體界面摩擦力，套筒接頭往往發(fā)生鋼筋拔出破壞。對于發(fā)生鋼筋拔出的試件，鋼筋極限承載力為[1]：

          應用式（2）~（8），一些研究人員預測了灌漿連接的粘結(jié)強度，并與試驗值進行了對比，驗證了預測的可靠性[4]。另一方面，這些研究反過來驗證了等式的合理性?？梢钥闯?，界面壓力與套管、灌漿料和鋼筋的力學性能，以及灌漿接頭的橫截面尺寸有關。當確定這些參數(shù)時，界面壓力隨著灌漿料膨脹率的增大而提高。

          二.套筒灌漿料的性能指標

          國內(nèi)外標準對套筒灌漿料的性能指標要求，對比見表2。2011年美國材料與試驗協(xié)會出臺干粉灌漿料標準ASTM C1107-11，由于并非專用于套筒灌漿，因而對性能要求較低。但是與國內(nèi)標準對比來看，ASTM C1107-11關注了硬化膨脹率指標0~0.3%，國內(nèi)標準僅對塑性階段膨脹率提出要求。建議國標對套筒灌漿料進行硬化階段膨脹性研究，加入膨脹性指標。

           三.套筒灌漿料成分及配合比范圍

           灌漿料基本成分是水泥、細骨料以及礦物摻合料，對于低水膠比、高流動度的膠凝體系，減水劑是必要成分，塑性階段膨脹劑可以提供早期豎向膨脹，以滿足規(guī)范要求。套筒灌漿料水膠比在0.18～0.30之間；膠砂比為0.8～1.3；礦物摻合料可單摻也可復摻，摻量占膠凝體系的12%～20%；減水劑用量占膠凝體系的1%～1.5%，具體摻量可以根據(jù)配制時工作性能調(diào)整；硬化階段膨脹劑摻量在膠凝體系的5%～10%為宜；為保證套筒灌漿料的工作性能，需配合消泡劑、早強劑和緩凝劑等其他外加劑使用。

          四.成分及配合比對性能的影響

          4.1 水泥種類

           預制建筑中使用的鋼筋套筒灌漿料主要是水泥基灌漿材料，根據(jù)灌漿料水泥成分的不同可分為三類：硫鋁酸鹽類水泥灌漿料、硅酸鹽類水泥灌漿料以及硅酸鹽與硫鋁酸鹽復配水泥灌漿料。硫鋁酸鹽類水泥灌漿料凝結(jié)時間短，有較高的早期強度及可靠的膨脹。但是生產(chǎn)成本較高，早強但后期強度發(fā)展緩慢，凝結(jié)時間短，流動度經(jīng)時損失大。硅酸鹽類水泥灌漿料，成本低廉，配制方便，應用廣泛，具有水化熱大、凝結(jié)較慢、后期收縮明顯等特點，摻入膨脹劑及其他外加劑能夠控制水化硬化過程產(chǎn)生的體積收縮。硅酸鹽與硫鋁酸鹽復配水泥灌漿料，早期和后期強度均較高，力學性能及膨脹性能可以通過使用石膏等緩凝劑控制鈣礬石生成的數(shù)量來調(diào)整，但成分較復雜、配合比需經(jīng)常調(diào)整，穩(wěn)定性差。

           綜合以上考慮，硅酸鹽類水泥灌漿料具有更加穩(wěn)定的水泥漿體，摻入膨脹劑等外加劑后，性質(zhì)穩(wěn)定可控。

           4.2 細骨料

            灌漿料的細骨料更大粒徑應小于2.36mm，在水膠比和膠砂比相同的前提下，隨著砂的更大粒徑的增大，流動度和抗壓強度增大。采用石英砂代替河砂作為細骨料對灌漿料的工作性沒有影響，但抗壓強度略有降低。目前關于石英砂的研究也比較成熟，然而其資源有限，成本較高，其他巖性的機制砂逐漸引起人們的關注，更具代表性的為石灰石機制砂，但是在套筒灌漿料中應用的研究較少。

            4.3 礦物摻合料

            礦物摻合料是套筒灌漿料的重要成分，主要有硅灰、粉煤灰、礦渣粉等。適量摻加硅灰，可以明顯提高灌漿材料的抗壓強度和流動性，摻量過多或過少都達不到更佳，摻量為5%時達到更大強度；摻量為6%時，達到更大流動度；摻量為8%時，灌漿料的剪切應力大幅下降[9]。摻加硅灰還可以在一定程度上抑制膨脹劑的過度膨脹，使體積相對穩(wěn)定。

            在水泥基材料中加入粉煤灰，可以減少灌漿料的流動時間，降低干燥收縮，增強體積穩(wěn)定性，并且對后期強度影響較小，還能提高灌漿料的耐久性。粉煤灰與礦渣粉復摻能顯著提高灌漿料的流動度，硅灰和礦渣粉復摻對強度的提高更大，漿體豎向膨脹率受粉煤灰影響更大[10]。

           礦渣粉活性與細度有關，細度越高，活性越大，為了保證礦渣粉活性，其粒徑應小于459μm。礦渣粉能提高漿體的流動性、抗壓強度和提高耐久性，礦渣粉摻量為15%~30%時，流動度和抗壓強度是遞增的，但摻量大于30%時，流動度和抗壓強度反而降低[11]。

            4.4 塑性階段膨脹劑

            套筒灌漿料的早期膨脹源曾以鋁粉為主要原料，但由于產(chǎn)生氣泡較多且難以控制發(fā)泡速率，導致膨脹不穩(wěn)定，易產(chǎn)生不均勻膨脹，降低漿體強度和耐久性，不利于工程使用。類似鋁粉，大多數(shù)塑性膨脹劑作用機理是：在堿性環(huán)境下與水發(fā)生反應，緩慢釋放氣體，在漿體中產(chǎn)生細小氣泡，實現(xiàn)24h內(nèi)的有效膨脹。合理摻量一般在0.03%~0.05%。

          4.5 硬化階段膨脹劑

             由于膨脹劑的種類不同，膨脹源產(chǎn)生的機理不同，因此在設計套筒灌漿料時，應根據(jù)工程性質(zhì)、位置及要求選擇膨脹劑品種，并經(jīng)檢驗指標符合標準要求后方可使用。

            戴民[12]以氧化鈣膨脹劑為膨脹源，測試與分析了水泥基灌漿料的豎向膨脹率、流動度和強度等性能。結(jié)果表明，氧化鈣膨脹劑能夠保證灌漿料有適宜的膨脹值，但強度和流動度隨著摻量的增大而下降。

             盧佳林等[13]通過摻入中后期膨脹劑（硫鋁酸鈣膨脹劑和氧化鎂膨脹劑），制備出一種工作性能好，力學性能高，體積微膨脹的高性能水泥基無收縮灌漿料。由于灌漿料摻加膨脹劑的研究較少，灌漿料屬于高性能混凝土的一種，因而可以借鑒高性能混凝土摻加膨脹劑的經(jīng)驗。

             馮竟竟等[14]研究了硫鋁酸鈣-氧化鈣類復合膨脹劑對高強混凝土的水化過程及膨脹性能的影響，同時加入了磨細礦渣和硅灰來改善性能。結(jié)果表明，該膨脹劑的早期膨脹量大，膨脹速度快，但該類膨脹劑反應需水量大，導致與水泥爭奪水分，當水膠比過低時，會對強度發(fā)展產(chǎn)生負影響。

             王棟民等[15]在高強混凝土中摻入了硫鋁酸鈣膨脹劑和磨細礦渣，試驗結(jié)果表明，在一定摻量范圍內(nèi)，膠凝材料具有良好的膨脹性且與強度發(fā)展相協(xié)調(diào)；調(diào)整硫鋁酸鈣膨脹劑的摻量可以制備出不同用途的混凝土；磨細礦渣的摻入可以減小膨脹劑摻量過多引起的過度膨脹。一般來說，混凝土在水泥發(fā)展的各個階段產(chǎn)生不同的收縮，高性能套筒灌漿料具有較低的水膠比，雖然低水膠比對收縮的影響較小，但其是抗震關鍵節(jié)點，仍然需要添加膨脹劑，保證灌漿料的膨脹性能，以此提高節(jié)點可靠性。對于套筒灌漿料，前期豎向膨脹率是一個十分重要的指標，規(guī)范也規(guī)定了灌漿料24h內(nèi)的膨脹性能，而對后期膨脹并沒有明確的要求，但硬化膨脹劑能夠補償一定的收縮量，減小砂漿硬化后收縮的幾率，從而使套筒-灌漿料-鋼筋緊密粘結(jié)在一起，提高套筒接頭的整體性。

           4.6 減水劑

           套筒灌漿料工作性能指標較高，不僅包括初始流動度，而且還要求30min有足夠的流動度，這就不僅要求初始流動度足夠大，而且要有足夠小的流動度經(jīng)時損失。

            冷達等[16]發(fā)現(xiàn)，聚羧酸減水劑與三聚氰胺和萘系減水劑相比，可以大幅度提高灌漿料的流動性和強度。汪秀石等[17]研究了聚羧酸減水劑對強度的影響：當摻量大于0.3%時，隨減水劑摻量的增加，強度先增大后減小，減水效率降低。

         一般情況下，聚羧酸系高性能減水劑對水泥等膠凝材料的適應性較好，摻入到混凝土后，能使混凝土的坍落度在2h內(nèi)損失不明顯，甚至還略有增大，基本無緩凝作用，其更佳摻量應根據(jù)工程實際調(diào)整而定。

            結(jié)論

           （1）干縮引起的套筒與灌漿料之間握裹力不足是可能存在的，應進一步研發(fā)高抗壓強度、補償收縮灌漿料。

          （2）有關套筒灌漿料的國內(nèi)標準和行業(yè)標準都只關注了塑性膨脹，建議加入硬化階段膨脹率指標。

             （3）影響套筒灌漿料性能的因素較多，就膨脹性而言，應對膨脹劑類型和摻量進行設計，綜合考慮各項組分對套筒灌漿料性能的影響，從材料角度提高節(jié)點連接的可靠性。

             （4）石灰石機制砂代替河砂以及石英砂的可行性需要進一步研究。