水泥基灌浆砂浆是一种以水泥等胶凝材料为基料，加入适量的细集料及少量的外加剂及其他材料组成的材料。加水拌合后具有大流动性、微膨胀性、早强、高强、不泌水等性能,，是设备基础二次灌浆、地脚螺栓锚固、混凝土结构改造和加固、修补、混凝土结构孔道灌浆和钢筋套简灌浆连接等领域的理想材料，具有很大的潜在市场。本文主要是针对钢筋套简灌浆连接领域，开展钢筋套筒灌浆连接用灌浆料的制备与性能研究。

  本课题采用高标号硅酸盐水泥作为胶凝材料，采用超细矿物掺合料及高效减水剂解决现有灌浆料流动度低的问题，采用塑性膨胀剂补偿灌浆料塑性阶段的收缩，采用 CSA、CaO类膨胀剂弥补浆体硬化后产生的收缩，采用消泡剂消除浆体搅拌过程中产生的气泡。然后，从灌浆砂浆的工作性能、力学性能、膨胀性能等方面出发，分析矿物掺合料、高效减水剂、消泡剂、膨胀剂、细集料等对其性能的影响。在解决大流动性与高强，收缩与膨胀的矛盾的基础上，确定了优化配合比范围，并通过 ATM、XRD和SEM 测试仪器对复合胶凝体系水化硬化机理做多元化的分析。最后，进行了钢筋套筒接头试验，检测灌浆料的使用性能，研究根据结果得出:

  (1)单因素试验表明，聚酸减水剂与水泥基砂浆有良好的的适应性，其最佳掺量为1.5%;采用粒径范.6-1.18m石英的能得较好的流动性又能得较高的强度胶砂比在1:1.01:0.6 时性能定有机消泡剂能有效的消除砂搅时引入的有害气泡，对砂浆流动度有一定改善作用，最佳掺量为 0.2%:塑性膨胀剂可以很好地补偿早期收缩，但对后期收缩改善作用不明显，中后期膨胀剂，如 CSA、Ca 可以很好地弥补浆体硬化后产生的收缩，但对早期收缩补偿作用不显著;粉煤灰、超细矿粉对砂浆早期强度影响较大，硅灰对砂浆流动性影响较大，因此不宜单独掺入。

  (2)依据JGT 408-2013《钢连接用料》中流动度、抗强度膨胀性能等指标通过试验分析，提出了三组优化后的配合比。按优化配合比配制灌浆砂浆的性能满足JG/T 408-2013 要求钢筋套筒接头单向轴向拉伸试验根据结果得出:所有优化配比的灌浆料均能与钢筋和套筒有很好的粘结作用。(3)采用恒温量热仪、X射线射仪、扫描电镜对灌料的水化过程和水化产物进行了研究。研究结果表明:CSA 和 CaO 膨胀剂能促进灌砂的水化，还可以形成大量的 AFt和 Ca(OH)2,使硬化浆体产生体积膨胀:而消泡剂和早期膨胀剂均推迟水化加速峰的出现，减缓了灌浆砂浆的水化。

  关键词:钢筋套筒:灌浆砂浆:流动度;力学性能;膨胀率;水化特性近些年来，装配式混凝土(Precast Concrete简称PC)结构在我国已经有了一定的发展，多家单位开展了部分技术探讨研究，并在万科企业股份有限公司、南通建筑工程承包有限公司、上海瑞安集团等开发的项目中得到一定规模的示范和应用。采用预制装配式混凝土结构，较现浇混凝土结构，不但可以提高建筑质量，同时能节省资源、能源，减少污染和碳排放，还能够大大减少现场实施工程人员等，因此在未来城市建筑领域中具有广阔的发展前途。而预先制作的构件钢筋连接的性能和质量是建筑结构整体性安全性的重要保证，因此国内装配式混凝土框架结构建筑的发展首先要解决预先制作的构件中钢筋的连接技术。

  预制构件连接节点是装配混凝土结构的理论上的薄弱环节，而纵向钢筋的连接又是预制构件连接的关键。现浇混凝土结构中常用的纵向钢筋的连接方式有绑扎搭接、焊接以及机械连接等。由于装配式混凝士结构的连接部位较小,采用这些传统的钢筋连接方式不便于施工。上世纪60年代，余占疏(Alferd AYee)博在美国发明了钢筋套简灌连接接头，很好地解决了装配式结构中纵向钢筋连接问题，可有效实现“装配等同现浇”的设计的基本要求[21。现在工程中常用套筒连接钢筋，其原理是预制混凝土结构物件在安装时把专用的水泥基灌浆材料灌入插有钢筋的钢套筒中水泥砂浆硬化将钢筋和套筒牢固地连接在一起，达到连接钢筋的目的。但是，现市场上的灌浆料质量参差不齐，特别是超高强微膨胀型的灌浆料还不是很多，因此对于具有超高强高流动性微膨胀型的用于钢筋套筒连接用灌浆料的研究有着重要的意义。

  钢筋套简连接用灌浆料(简称“套筒灌浆料”)是一种以水泥为基本材料，配以适当的细骨料，以及少量的混凝土外加剂和其它材料组成的干混料，加水搅拌后具有大流动度、早强、高强、微膨胀等性能，填充于套筒和带肋钢筋间隙内，形成钢筋灌浆连接接头。灌浆料性能的优劣直接影响构件的使用性能，是促进我国装配式混凝土结构发展的重要的条件。灌浆套筒连接技术的优势大多数表现在结构和施工两个方面。结构方面的优势[3]最重要的包含(1)内外套简的重叠区域提供了附加刚度，套筒间的灌浆料增强了结构吸收能量的能力，这样就改善了结构抵抗水流及船舶冲击的能力; (2)节点区对较，有效减小了应力集中(3)重叠的内外套筒和之间的灌浆料增强节点的承载力以及抗疲劳性能。施工方面的优势主

  要有: (1)施工精度要求低，对实施工程人员素质以及施工环境要求不高: (2)于浆料多为水硬性材料，所以水下施工方便，无需施焊或者大量的潜水作业:3)工厂化程度高，现场装配简单快捷。

  套简灌浆接头是由专门加工的套筒、配套灌浆料和钢筋组装的组合体，在连接钢筋时通过注入快硬无收缩灌浆料，依靠材料之间的粘结咬合作用将钢筋与套筒进行连接。套简灌浆接头具有性能可靠、适用性广、安装简易便捷等优点。过去几十年，美国、日本等国家及我国台湾地区的多家公司致力于套简灌浆接头的研发，取得了多项专利，使其获得了比较广泛的应用。近年来，随着装配式结构在国内的再次兴起，套筒灌浆接头在我国内地也开始了应用，而且正在修订的行业标准《装配式混凝结构作业规程》中对套筒灌浆接头的设计、施工提出来要求4]，另外，行业产品质量标准《钢筋连接用套筒灌浆料》《钢筋连接用灌套筒》也已经编制完成，将为套筒灌浆接头的推广提供技术依据。

  国内外已有很多套简灌浆接头，且其形式多种多样，但是按照套筒的形式，总体上可分为全套筒灌浆接头和半套筒灌浆接头两大类。全套筒灌浆接头的两端均采用灌浆方式连接钢筋(见图 1-1)，其适应性广，是目前最广泛的一类套简灌浆接头形式。半套简灌浆接头(见图1-2),其在预先制作的构件端接头一般都会采用直螺纹方式连接钢筋,现场装配端采用灌浆方式连接。工业上常用的套简主要是 Nisson Master Builders[ (简称 NMB)连接套简和 LENTONINTERLOCK5]表1-1是25m 直径钢筋套简灌接头产品参数比较。

  19 世纪 60年代，Alfed AYee 最先发明了一种用于灌料填充的套简。这项发明最初用于夏威夷38 层的A Moana Hotel,之后被 Nisso 建造大师引进日本并获得日本建筑中心的批准，后来这种钢筋套简被命名为 NMB 筒体系。NMB 连接套简是一种用于采用硅酸盐水泥基无收缩超早强的灌浆料将圆柱形钢筋连接的机械连接器，钢筋植入位置大约在套筒的中部，套筒内部填充合乎条件的灌浆料。LENTONINTERLOCK 是一种半套简连接接头1.2.2套简灌浆连接的性能

  钢筋套筒灌浆接头常见的破坏模式[7主要有三种:(1)钢断(2拨出3)灌浆料拨出，见图 1-3。其中套筒灌接头的理想破坏模式为套简外钢筋被拉断破坏接头起到了有效的钢筋连接作用见图 1-3(a)。除此之外，套简灌浆连接接头由于受其他因素影响形成模式(2)(3破[89，会成出破坏见图 1-3(b)，这样的一种情况下应增大筋固长度以避免此类破坏灌浆料套简结合面在钢筋拉断前失效，会造成灌浆料拔出破坏见图 1-3()，可在套简上适当配制力键以避免此类破坏;有时还会出现灌浆料强度不够，导致接头钢筋拉断前发生灌浆料劈裂破坏;套筒强度不够，导致接头钢筋拉断前发生套筒拉断破坏。

  目前，套简灌浆接头的性能要求和检测验证的方法主要执行的是钢筋机械连接的有关标准。美国钢筋机械连接试验标准ASTM A103[给出了钢筋机械连接的性能要求和试验方法，并规定套简灌浆连接需满足美国规范 ACI318-08[10中半套筒灌浆接头要求，即满足接头的抗拉强度应大于 125%的钢筋标准屈服强度等性能要求，并且结合实际需要进行重复加载试验、高周疲劳试验、滑移试验等。由于套筒灌浆接头需要在同一连接区内 100%连接，因此按照我国的《钢筋套简连接作业规程》(JGJ107-2010)[1中的关规定，应满足一级接头要求，接头抗拉强度大于钢筋的抗拉强度标准值，并能经受规定的高应力和大变形反复抗压试验与直螺纹等一般钢筋机械连接相比，套筒灌浆接头产品形式各异，连接机理也较为复杂并且连接性能受到更多的产品参数影响，如钢筋锚固长度、锚固偏差、灌浆料龄期、灌浆环境、套筒内部构造等。现有标准没有最大限度地考虑套筒灌浆接头的这些特点。1.2.23钢筋与水泥基灌浆料粘结机制

  钢筋与混凝土之间的粘结作用是钢筋混凝土结构整体性的保障。可是，这种粘结作用受很多因素的影响，是一个很复杂的问题。而由于其是实际工程设计中重要考虑因素，现阶段,对于钢筋与混凝土之间的粘结作用已经有了很广泛的研究。

  钢筋与混凝土之间的粘结作用大体上分为三种[2]:附着粘结、摩擦粘结以及剪切粘结。其中剪切粘结是最有效和最可靠的粘结方式，剪切粘结是只有当钢筋表面和混凝土之间形成的销栓状机械啮合的混凝土齿被剪断之后，混凝土内部钢筋才有机会滑动。在钢筋混凝土结构

  中，钢筋与混凝土两种性质完全不同的材料之所以能够共同工作，主要是依靠钢筋与混凝士之间的粘结应力。这种粘结作用是的两种材料间相互传递力，实现互相弥补各自的缺点，发挥各自的有点[13-14

  外国学者Untrauer 和Henty5]定结强度为“一种抵抗及水与钢筋或是其他材料间分离的能力”，并指出钢筋与混凝土之间的粘结强度与压力成线)混凝土强度对粘结强度的影响

  Soroushian等[16]学者研究了混凝限制作用下钢筋变形过程中局部粘结应力与混凝土抗压强度之间的关系。他们发现最大粘结应力和混凝土抗压强度的平方根成正比例关系。这与Einea 和 Farndon等[17-19学者的研究结论一致。

  一些学者[20-22]提出随着钢筋直径的增大，粘结强度随着降低。在拉拔试验中，粘结应力峰逐渐从钢筋加载末端移动到未加载端，但是钢筋加载末端的粘结应力值大幅度降低，应力分布并不是沿着钢筋的线性分布。Archilles[20认为这种非线性的应力分布是由于粘结强度与钢筋直径大小有关，因为随着较大直径钢筋植入长度增加的情况下非线性应力分布表现的更明显。

  Bazantl23]用尺寸效应来解释钢筋直径和粘结强度之间的关系对于几何形状相似的试件较大直径的钢筋对应着较低的粘结强度。Ichinose 和 Kanayama 等学者24也提出了上述有关钢筋直径与粘结强度间关系的结论。从他们的研究结果能得出，钢筋尺寸对粘结强度的影响主要来自于钢筋周围的脆性裂缝。Robimns PJ[25]学者也研究了钢筋直径与粘结强度见的关系见图1-4。

  Clark AP[26]提出，钢筋植入长度直接影响钢筋套简连接器的破坏形式。通常，钢筋植入长度足够的话，在连接器受到持续不断的增加荷载时，钢筋本身发生断裂