加固用高性能水泥复合砂浆的研制

章　凯，叶基业

(1.浙江省建筑科学设计研究院有限公司，浙江 杭州 310012；2.盈德气体集团有限公司，浙江 杭州 310007)



加固用高性能水泥复合砂浆的研制

章凯1，叶基业2

(1.浙江省建筑科学设计研究院有限公司，浙江 杭州 310012；2.盈德气体集团有限公司，浙江 杭州 310007)

摘要：通过正交试验研究，结合国家规范《砌体结构加固设计规范(GB 50702—2011)》中对于水泥复合砂浆力学性能及工作性能的相关要求，成功研制开发了一种新的加固用高性能水泥复合砂浆。

关键词：加固；正交试验；正拉粘结强度

高性能水泥复合砂浆是以硅酸盐水泥和高性能混凝土掺合料为主要成分，以及外加剂和少量有机纤维，加水和砂拌合而成的一种具有良好工作度的砂浆，硬化养护至设计强度后，具有高强度、低收缩，高抗裂性、密实性好，并与原构件混凝土表面有较高的粘结强度[1]。该材料具有一般水泥砂浆无法比拟的优越性，使得用这种新型复合材料加上钢筋网形成的薄层片材加固混凝土结构成为可能。通过一系列的实验研究，我们成功开发了一种新的加固用高性能水泥复合砂浆。本文将着重介绍其组成及配合比的研制过程。

1实验用原料及测试方法

1.1实验用原材料

1)水泥：采用海螺牌PO42.5水泥作为水泥复合砂浆的主要胶凝材料，其物理性能见表1。

表1　普通硅酸盐水泥化学成分　%

2)砂：配制水泥复合砂浆，其骨料选用中砂，细度模数不宜小于2.5，质量应符合《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准(JGJ 52—2006)》的规定；本试验采用赣江中砂，砂的性能见表2。

表2　砂的性能指标

3)硅灰：本文选用贵州海天牌硅灰作为高强矿物掺合料，比表面积为20 m2/g；

4)特种水泥砂浆专用增稠粉：由浙江建科新材料开发有限公司生产，是一款在特种砂浆中应用的保水增稠材料，同时有一定的增强作用；

5)UEA型膨胀剂，市售工业品，有效膨胀率为0.02%～0.03%；

6)聚丙烯纤维：采用6 mm PP短纤维，市售工业产品。

1.2实验测试方法

正拉粘结强度测试参照《砌体结构加固设计规范(GB 50702—2011)》附录B进行，抗压强度试验参照《建筑砂浆基本性能试验方法(JGJ 70—2009)》进行，其余力学指标参照《建筑结构加固工程施工质量验收规范(GB 50550—2010)》进行。

2配合比的确定

2.1正交试验设计与结果

本试验由于影响因素较多，采用正交试验设计是最理想的选择。根据卜良桃等[2]对高性能水泥复合砂浆的研究可知，水泥复合砂浆与混凝土的粘结力是该材料配方技术的重点和难点，结合《砌体结构加固设计规范(GB 50702—2011)》中对于正拉粘结强度的要求(≥1.8 MPa)，设置正拉粘结强度作为基础配方设计的考核指标。固定砂用量为50%，用水泥(记作A)、砂、硅灰(记作B)、膨胀剂(记作C)、特种水泥砂浆专用增稠粉(记作D)配制水泥复合砂浆，按L934正交表进行正交试验，因素水平表见表3。

表3　正交试验各因素水平

本次试验采用固定用水量法来对比各组试验的正拉粘结强度，用水量大致为砂浆总量的0.15，此用水量下砂浆稠度大致在80 mm左右，按GB 50702—2011附录B相关要求成型养护28 d后进行正拉粘结强度测试，试验结果见表4。

表4　正拉粘结强度测试结果

图1　正拉粘结强度与各因素水平的关系

2.2分析与讨论

从表中数据可以看出，本次试验中的正拉粘结强度均能满足规范GB 50702—2011中≥1.8 MPa的要求，总体数据结果较理想，根据表4和图1的极差分析结果可以看出，各因素对水泥复合砂浆的正拉粘结强度影响最大的是胶粉用量和水泥用量，根据各因素水平关系，结合极差分析中的k值，可以得到此次试验性能较好的配方是A1B3C3D2，即水泥∶

硅灰∶胶粉∶高效减水剂=60∶6∶6∶2，由此得出水泥复合砂浆的基础配合比见表5。

表5　水泥复合砂浆基础配合比

2.3强度与组成的关系

GB50702—2011规定水泥复合砂浆的抗压强度和抗折强度分别不得低于45MPa和8MPa，考虑强度保证率和后续试验中为调整砂浆其他性能加入外加剂对强度性能带来的不利影响。本试验中对砂浆强度指标取规范规定中的120%，即抗压强度≥54MPa，抗折强度≥9.6MPa，根据表5的基础配合比，参照JGJ70—2009成型抗压强度试件，参照GB50550—2010成型抗折强度试件，标养28d后分别对抗压强度和抗折强度进行测试，试验结果见表6。

表6　基础配合比抗压/抗折强度试验

2.4配合比的优化

2.4.1凝结时间的调整

通过上述试验得到了强度适宜的基础配合比，但试验过程中发现，所配砂浆凝结时间过短，达不到施工要求，因此需要添加缓凝剂调节水泥复合砂浆的凝结时间，以便于涂刷施工。由于《砌体结构加固设计规范(GB50702—2011)》中未对水泥复合砂浆的凝结时间作明确要求，本配方中根据厂家推荐掺量添加了0.1%的葡萄糖酸钠。

2.4.2增强砂浆整体抗裂性

根据《砌体结构加固设计规范(GB50702—2011)》对于水泥复合砂浆的定义及相关规定，用于结构加固用水泥复合砂浆中应掺入纤维来增强抗裂性，当掺聚合物纤维时，聚合物纤维体积率不应小于0.16%。

3系统性验证

根据《砌体结构加固设计规范(GB50702—2011)》表4.7.3中对水泥复合砂浆安全性能指标的相关要求及试验方法，对配方进行系统性性能验证，各项指标均能满足规范要求。具体性能指标见表7。

表7　系统性性能指标

4结语

本文通过正交试验，研究了各主要组分及其用量对于水泥复合砂浆正拉粘结强度的影响，结合水泥复合砂浆的压折强度性能确定了水泥复合砂浆的基本组成。在此基础上，通过调整其凝结时间，以及掺入纤维，最终确定了加固用高性能水泥复合砂浆的配合比(表8)，最后得到其各性能指标均能满足《砌体结构加固设计规范(GB50702—2011)》对于水泥复合砂浆的要求。

表8　加固用高性能水泥复合砂浆配合比

参 考 文 献

[1]卜良桃.高性能复合砂浆钢筋网加固混凝土结构新技术[M].北京：中国建筑工业出版社，2007.

[2]卜良桃，高伟，罗新华.高性能水泥复合砂浆与混凝土粘结性能钻芯拉拔试验研究[J].湖南大学学报，2009(1)：19-23.

收稿日期：2015-12-28

基金项目：浙江省建设科研项目(2014Z003)

作者简介：章凯(1979—)，男，浙江诸暨人，高级工程师，从事建筑材料研究工作。

中图分类号：TU57+8.1

文献标志码：A

文章编号：1008-3707(2016)04-0056-03

Preparation of the Cement Composite Motar with HighPerformance Used for Reinforcement

ZHANG Kai1, YE Jiye2