李龙梓，邓建良，李酉成

（苏州混凝土水泥制品研究院有限公司 江苏省高耐久混凝土工程技术研究中心，江苏 苏州 215004）

0 引言

植筋加固技术是利用植筋胶将钢筋植入结构体内的一种加固技术[1]，可以对混凝土结构起到结构性补强。当前，有机植筋胶以其硬化速度快、强度高的特点得到工程修补加固领域广泛采用[2]。但有机植筋胶是一种有机复合材料， 其具有耐热耐候性差、 污染环境和对施工环境要求高等有机材料质量通病[3]。为解决有机植筋胶的诸多缺点，研究人员着手研究无机植筋胶代替有机植筋胶。无机植筋胶是采用水泥作为主要胶凝材料、 添加砂和其他助剂配置而成。无机植筋胶有如下优点:①强度高、性能稳定，具有很高的耐候性；②可在潮湿、高温环境下施工；③无机植筋胶有较高碱度，可以保护钢筋；④环保无污染[4]。在查阅了大量文献的基础上，研究了胶凝材料组分、硅灰、减水剂和膨胀剂对无机植筋胶的性能影响， 确定了最终配合比，并按照JGJ/T 271—2012《混凝土结构工程无机材料后锚固技术规程》 要求对无机植筋胶的约束拉拔效果进行测试。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

（1）水泥：南京小野田生产的P·Ⅱ52.5R 水泥，京阳水泥有限公司生产的快硬硫铝酸盐水泥（以下简称SAC）；

（2）砂：石英砂，粒度分布20～40 目和60～100目；

（3）硅灰：山东博肯硅材料有限公司生产，平均粒径在0.1～0.15 μm；

（4）减水剂：江苏苏博特新材料股份有限公司生产的聚羧酸减水剂，减水率25%；

（5）膨胀剂M：湖北三元特种建材生产的膨胀剂。

1.2 试验方法

按照JGJ/T 271—2012 《混凝土结构工程无机材料后锚固技术规程》标准制备材料，并测试凝结时间、膨胀率、力学性能和约束拉拔强度。表1 为无机植筋胶基本配合比。

表1 无机植筋胶基本配合比

2 试验结果与分析

2.1 胶凝材料对凝结时间和抗压强度影响研究

在选择无机植筋胶胶凝材料时， 应选用普通硅酸盐水泥和快硬硫铝酸盐水泥复合的方式制备。普通硅酸盐水泥的耐久性较好，但存在凝结时间相对较长和固化后体积收缩问题。快硬硫铝酸盐水泥的凝结时间较短，能够快速凝结硬化形成强度，且硬化后会有体积微膨胀，有利于提升植筋效果。因此，在满足施工工艺要求的前提下，研究不同普通硅酸盐水泥和快硬硫铝酸盐复合比例对无机锚固胶凝结时间和抗压强度的影响。不同比例胶材配合比的凝结时间和抗压强度见表2。

表2 不同比例胶材对凝结时间和抗压强度影响

由表2 可知:SAC/P·Ⅱ比例越小， 凝结时间越长；当SAC/PⅡ比例为8∶2～6∶4 时，无机植筋胶的终凝时间在40～120 min，满足JGJ/T 271—2012《混凝土结构工程无机材料后锚固技术规程》 中对材料凝结时间的要求。SAC/P·Ⅱ比例越小，1 d 和3 d 的强度都呈下降趋势。前3 组1 d、3 d 和28 d 强度可以达到25 MPa、30 MPa 和50 MPa， 无 法 满 足JGJ/T 271—2012 《混凝土结构工程无机材料后锚固技术规程》 标准1d 抗压强度≥30 MPa、28 d 抗压强度≥60 MPa。因此，综合考虑凝结时间和抗压强度，选择编号ZJ-3 为基本配方开展后续试验。

2.2 无机植筋胶收缩膨胀性能研究

在工程加固领域，水泥基材料以其优异的耐久性得到广大用户认可。但与有机植筋胶相比，无机植筋胶的收缩会严重影响其植筋效果。水泥基材料在干燥情况下会出现干缩现象，导致植筋胶与植筋孔内壁分离，影响植筋强度。因此，需掺入膨胀剂增强无机植筋胶与植筋孔的膨胀应力，从而弥补后期产生的收缩应力。本试验采用膨胀剂M，研究不同用量对试样的膨胀性能影响，结果如图1 所示。M对无机植筋胶力学性能的影响见表3。

表3 M 对无机植筋胶力学性能的影响

图1 M 对无机植筋胶膨胀率的影响

由图1 可知： 膨胀剂M 可以显著改善植筋胶的膨胀性能。随着膨胀剂M 的掺量增加，植筋胶的膨胀系数逐渐增大。当其掺量为0.4%时，其膨胀系数达到0.2%左右，满足JGJ/T 271—2012《混凝土结构工程无机材料后锚固技术规程》 标准≥0.1%要求； 掺入膨胀剂M 会降低植筋胶的抗压强度和抗折强度；膨胀剂M 是一种氧化钙-硫铝酸钙膨胀剂（简称CA 膨胀剂）。CA 膨胀剂的膨胀源是氢氧化钙和钙矾石，在水化早期反应较快，迅速形成体积膨胀弥补水泥体积收缩，掺量越大，早期膨胀越大。但膨胀剂膨胀过程中会导致试样内出现微小裂缝， 导致力学性能的降低，因此，在满足膨胀率的前提下不应过量掺入膨胀剂。

2.3 硅灰对力学性能和施工状态的影响

为了满足JGJ/T 271—2012 《混凝土结构工程无机材料后锚固技术规程》对强度的要求，采用掺入硅灰取代P·Ⅱ水泥方式来提高力学性能。此外，还应保证植筋胶具有良好的施工状态，无泌水。硅灰对力学性能和施工状态的影响见表4。

表4 硅灰对力学性能和施工状态的影响

由表4可知，在一定范围内，加入硅灰可以提高无机植筋胶的力学性能。当硅灰的掺量达到5%时，可以满足标准的抗压强度要求。掺加硅灰能显著增加浆体黏度，植筋胶的用水量增大。掺入硅灰量越大，植筋胶的施工性越差。硅灰是一种活性超细硅质粉体材料。硅灰能够与水泥水化产物生成凝胶体，填充水泥颗粒间的孔隙，改善使水泥基材料的内部空隙结构，提高密实度，显著提高材料的力学性能。但硅灰的比表面积较大，需水量也较大，因此需增大减水剂的掺量来调整植筋胶的施工状态。否则，硅灰会导致植筋胶的拌合性较差，降低其力学性能。

2.4 配方确定

通过大量试验研究， 最终确定水泥基植筋锚固胶配合比见表5。将配置的水泥基植筋胶按照JGJ/T 271—2012 《混凝土结构工程无机材料后锚固技术规程》规定的方式、成型、养护测试，选择Ф25 钢筋， 锚固深度150 mm， 性能测试结果见表6。由表6 可知，水泥基植筋胶的基本性能均可以满足JGJ/T 271—2012 《混凝土结构工程无机材料后锚固技术规程》要求。

表5 水泥基植筋锚固胶配合比

表6 性能测试结果

3 结论

（1）采用普通硅酸盐水泥和快硬硫铝酸盐水泥复合调整水泥基植筋胶的凝结时间可以起到显著效果。当SAC/P·Ⅱ比例为8∶2～6∶4 时，无机植筋胶的终凝时间在40～120 min，可以满足JGJ/T 271—2012《混凝土结构工程无机材料后锚固技术规程》。

（2）膨胀剂M 可以显著改善植筋胶的膨胀性能。当其掺量为0.4%时，其膨胀系数达到0.2%。

（3）在一定范围内，加入硅灰可以提高无机植筋胶的力学性能。但应同时掺入减水剂，以保证水泥基植筋胶的状态良好，否则效果适得其反。