摘要
随着我国工业化进程的日益推进，装配式建筑越来越受到研究者和ZF的关注。装配式建筑是
一种将建筑材料预先生产成构件，施工单位在现场再采用一些轻钢结构将这些轻型材料进行组合，
兼具节能、抗震、保温、隔音、防火等功能于一身的建筑形式，其将成为未来建筑结构发展的重要
方向。装配式建筑结构中主要关注的是结构节点之间的连接和纵向钢筋的连接问题，钢筋套筒连接
技术是钢筋混凝土装配式建筑中采用的主要连接技术。随着技术的进步，传统套筒灌浆料的使用环
境也越来越复杂，应用于装配式建筑中暴露的问题越来越多，比如强度不够，耐久性不佳等。针对
袞筒灌浆料的研究不足，本课题研宄开发出一种性能稳定，质量优异的高性能水泥基灌浆材料，希
望可以改进传统灌浆材料的不足，满足不冋工程的需求。
本课题采用高标号的硅酸盐水泥作为胶凝材料，选择粉煤灰、矿粉、硅灰作为矿物掺合料，选
择河砂作为细骨料，采用高效聚羧酸减水剂来解决灌浆料流动性差的问题，采用塑性膨胀剂补偿早
期收缩，采用UEA膨胀剂补偿中后期收缩，采用早强剂实现灌浆料的早强，采用消泡剂消除拌合过
程中产生的气泡。重点研究减水剂、早强剂、膨胀剂、消泡剂等外加剂的掺量和种类对灌浆料各项
性能的影响，采用正交试验优化水胶比、胶砂比、矿物掺合料的组合方式与掺量得到最优配比。同
时研宄了环境条件下灌浆料性能的变化规律，研制成冬季型灌浆料配方。选择多种纳米材料研宂其
对灌浆料各项性能的影响，并采用ＳＥＭ、ＴＥＭ、热重、压汞等微观分析手段对掺有纳米材料的灌浆
料进行微观分析。最后，进行了套筒灌浆料接头实验，研宄了不同套筒、不同尺寸钢筋以及不同灌
浆料配比对套筒灌浆接头的影响，采用拉伸试验和疲劳试验检验灌浆料的性能。最后与市售高强灌
浆料进行性能对比和成本核算。研宄结果表明：
１．通过控制变量法确定各外加剂的掺量，结果表明聚羧酸减水剂最佳掺量为１．５％；早强剂选择甲
酸钙，其最佳掺量为１．５％；消泡剂能有效抑制和排出搅拌过程中产生的气泡，最佳掺量为０．１％；
塑性膨胀剂最佳掺量为０．０２％，UEA膨胀剂作为中后期膨胀剂，最佳掺量为４．９８％；
２．通过正交试验确定水胶比、胶砂比、矿物掺合料的组合方式以及掺量。综合结果确定最优取值
分别为水胶比０．１９、胶砂比１．３３、矿物掺合料掺量０．１７、矿物掺合料的组合为粉煤灰＋矿粉＋挂
灰。采用极差分析正交试验结果表明，矿物掺合料的掺量对灌浆料１天强度影响最大，矿物掺
合料的组合方式对３天和２８天强度的影响最大，而水胶比对灌浆料流动性的影响最大。研究环
境因素对灌浆料性能的影响。结果表明夏季条件下灌浆料表现为工作性下降，力学性能提升，
而冬季条件下灌浆料表现为流动性略有提升，力学性能严重下降，并确定冬季灌浆料配方。
３．选择纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米氧化铝、碳纳米管和氧化石墨烯研宄纳米材料对灌浆料
各项性能的影响，并制备了一种粉煤灰基原位生长碳纳米管，结果表明仅表面改性纳米二氧化
硅、粉煤灰基原位生长碳纳米管和氧化石墨烯可以在满足标准要求工作性的前提下，提高灌浆
料的力学性能。采用ＳＥＭ、ＴＥＭ、热重、压汞等微观手段分析粉煤灰基原位生长碳纳米管的生
长情况以及表面改性纳米二氧化硅、粉煤灰基原位生长碳纳米管在灌浆料中的微观形貌，并通
过压汞得出灌浆料孔结构的变化规律。
４．套筒灌浆料接头实验结果表明：不同套筒类型对接头性能有较大影响，不同尺寸钢筋不影响接
头的破坏形式，采用拉伸试验和疲劳试验检验不同配比的灌浆料性能。最后与市售高强灌浆料
进行性能对比和成本核算，结果表明本实验得到的最优配方具有优异性能、性价比高、有一定
的市场竞争力。
关键词：套筒灌浆料；正交试验；最优配方；纳米材料；冬季配方；拉伸性能；
随着我国工业化进程的日益推进，装配式建筑越来越受到研究者和ZF的关注。装配式建筑是
一种将建筑材料预先生产成构件，施工单位在现场再采用一些轻钢结构将这些轻型材料进行组合，
兼具节能、抗震、保温、隔音、防火等功能于一身的建筑形式，其将成为未来建筑结构发展的重要
方向。装配式建筑结构中主要关注的是结构节点之间的连接和纵向钢筋的连接问题，钢筋套筒连接
技术是钢筋混凝土装配式建筑中采用的主要连接技术。随着技术的进步，传统套筒灌浆料的使用环
境也越来越复杂，应用于装配式建筑中暴露的问题越来越多，比如强度不够，耐久性不佳等。针对
袞筒灌浆料的研究不足，本课题研宄开发出一种性能稳定，质量优异的高性能水泥基灌浆材料，希
望可以改进传统灌浆材料的不足，满足不冋工程的需求。
本课题采用高标号的硅酸盐水泥作为胶凝材料，选择粉煤灰、矿粉、硅灰作为矿物掺合料，选
择河砂作为细骨料，采用高效聚羧酸减水剂来解决灌浆料流动性差的问题，采用塑性膨胀剂补偿早
期收缩，采用UEA膨胀剂补偿中后期收缩，采用早强剂实现灌浆料的早强，采用消泡剂消除拌合过
程中产生的气泡。重点研究减水剂、早强剂、膨胀剂、消泡剂等外加剂的掺量和种类对灌浆料各项
性能的影响，采用正交试验优化水胶比、胶砂比、矿物掺合料的组合方式与掺量得到最优配比。同
时研宄了环境条件下灌浆料性能的变化规律，研制成冬季型灌浆料配方。选择多种纳米材料研宂其
对灌浆料各项性能的影响，并采用ＳＥＭ、ＴＥＭ、热重、压汞等微观分析手段对掺有纳米材料的灌浆
料进行微观分析。最后，进行了套筒灌浆料接头实验，研宄了不同套筒、不同尺寸钢筋以及不同灌
浆料配比对套筒灌浆接头的影响，采用拉伸试验和疲劳试验检验灌浆料的性能。最后与市售高强灌
浆料进行性能对比和成本核算。研宄结果表明：
１．通过控制变量法确定各外加剂的掺量，结果表明聚羧酸减水剂最佳掺量为１．５％；早强剂选择甲
酸钙，其最佳掺量为１．５％；消泡剂能有效抑制和排出搅拌过程中产生的气泡，最佳掺量为０．１％；
塑性膨胀剂最佳掺量为０．０２％，UEA膨胀剂作为中后期膨胀剂，最佳掺量为４．９８％；
２．通过正交试验确定水胶比、胶砂比、矿物掺合料的组合方式以及掺量。综合结果确定最优取值
分别为水胶比０．１９、胶砂比１．３３、矿物掺合料掺量０．１７、矿物掺合料的组合为粉煤灰＋矿粉＋挂
灰。采用极差分析正交试验结果表明，矿物掺合料的掺量对灌浆料１天强度影响最大，矿物掺
合料的组合方式对３天和２８天强度的影响最大，而水胶比对灌浆料流动性的影响最大。研究环
境因素对灌浆料性能的影响。结果表明夏季条件下灌浆料表现为工作性下降，力学性能提升，
而冬季条件下灌浆料表现为流动性略有提升，力学性能严重下降，并确定冬季灌浆料配方。
３．选择纳米二氧化硅、纳米碳酸钙、纳米氧化铝、碳纳米管和氧化石墨烯研宄纳米材料对灌浆料
各项性能的影响，并制备了一种粉煤灰基原位生长碳纳米管，结果表明仅表面改性纳米二氧化
硅、粉煤灰基原位生长碳纳米管和氧化石墨烯可以在满足标准要求工作性的前提下，提高灌浆
料的力学性能。采用ＳＥＭ、ＴＥＭ、热重、压汞等微观手段分析粉煤灰基原位生长碳纳米管的生
长情况以及表面改性纳米二氧化硅、粉煤灰基原位生长碳纳米管在灌浆料中的微观形貌，并通
过压汞得出灌浆料孔结构的变化规律。
４．套筒灌浆料接头实验结果表明：不同套筒类型对接头性能有较大影响，不同尺寸钢筋不影响接
头的破坏形式，采用拉伸试验和疲劳试验检验不同配比的灌浆料性能。最后与市售高强灌浆料
进行性能对比和成本核算，结果表明本实验得到的最优配方具有优异性能、性价比高、有一定
的市场竞争力。
关键词：套筒灌浆料；正交试验；最优配方；纳米材料；冬季配方；拉伸性能；
