套筒灌浆料工作时间与环境温度相互关系的试验研究

Abstract：This paper conducts an experimental study on the correlation between the working time of sleeve grouting material and the ambient temperature. By designing experiments under different temperatures (19.2^∘C-23.0^∘C ) and water addition amounts 12% , 13.5% , 15% ), it analyzes the influence law of ambient temperature on the working time of grouting material and the interaction between water addition amount and temperature. The results show that under most water addition conditions, an increase in temperature significantly shortens the working time, and there is a synergistic effect between water addition amount and temperature; the water addition amount has a significant impact on the strength of the grouting material, and excessive water addition will lead to a decrease in strength,. This study can provide a theoretical basis for temperature control, material adjustment and process optimization in sleeve grouting construction, and is of great significance for ensuring the quality of sleeve connections and improving construction efficiency.

关键词：套筒灌浆料；工作时间；环境温度；加水量；强度；施工工艺 eywords：sleeve grouting material; working time; ambient temperature; water addition amount; strength; construction technology

一、引言

套筒灌浆连接是装配式建筑结构中钢筋连接的核心技术，其质量直接决定结构的整体性和安全性。灌浆料的 “工作时间”（即可操作时间）是影响套筒灌浆施工的关键指标，指灌浆料从加水搅拌至失去流动性、无法完成套筒灌注的时间段。环境温度是影响工作时间的核心因素：高温环境会加速灌浆料水化反应，可能导致 “早凝”“假凝”，造成套筒内灌浆不密实、空洞等缺陷；低温环境则延缓水化，延长工作时间，甚至导致硬化前受冻，降低连接强度。

目前，行业标准（如 GB/T 50448-2015）对工作时间的规定多基于标准温度（ 20^∘C±2^∘C ），但实际施工中环境温度差异显著（夏季可达 40℃以上，冬季低至 - 10℃以下）。现有研究多单独关注温度或加水量对工作时间的影响，而对二者协同作用的系统性分析不足。本研究通过多变量试验，揭示温度-加水量-工作时间-强度的关联机制。研究套筒灌浆料工作时间与环境温度的相关关系，同时明确加水量在其中的作用及对强度的影响，对优化施工组织、保障连接质量、降低工程风险具有重要实践价值。

二、试验方案

1 工作时间定义

本试验中，工作时间采用 “漏斗滴落法” 定义，具体为：使用与灌浆套筒注浆口直径和光滑度相接近的塑料漏斗（其长管 45mm 、内径 17mm ，漏斗深度 90mm 、上口直径 115mm ）进行试验，自灌浆料加水拌和时开始计时，直至拌和料在该漏斗中最后一滴自由滴落（试验中以观察一分钟内无滴落视为最后一滴）的时间。

2 试验参数与条件

（1） 变量设计：加水量： 12% 、 13.5% 、 15% （以灌浆料质量为基准）；试验温度：19℃、20^∘C 、 21^∘C 、22℃、 23^∘C （聚焦常温段，为极端温度研究奠定基础）；环境条件：试验室相对湿度 55%6% （通过恒温恒湿箱控制，排除湿度干扰）。

（2）试样准备：拌和用水：在试验温度下调节不少于 24h ；灌浆料：在试验温度下密封调节不少于 24h

（3） 试验设备：胶砂搅拌机、电子秤（精度 0.1g ）、秒表（精度 0.1s）、试验漏斗及固定支架。

3 试验过程

（1） 称取 3200g 灌浆料放入胶砂搅拌锅，按比例加入拌和水，同时启动秒表计时；

（2）慢速搅拌 60s，清理锅壁后继续慢速搅拌 120s，静置 60s；

（ 3 ） 按 φ20mm×70mm （ 圆 柱 体 试 样 ） （ 圆 柱 体 试 样 ）40mm×40mm×160mm （棱柱体标准试样） （圆柱体试样）顺序成型。若发现流动性下降，立即将剩余拌和料倒入漏斗，观察并记录最后一滴滴落时间。

三、试验结果与分析

1 数据整理

本次试验记录了 19.2℃-23.0℃范围内不同加水量下的工作时间，结果如下表所示

表1 ： 19.2℃-23.0℃范围内不同加水量下的工作时间汇总表

根据上述试验数据，建立不同加水量工作时间与环境温度的相互关系(如下图 1),结果显示： 13.5% 加水量曲线斜率最大 (-16.0min/^∘C ），表明温度敏感性最高； 15% 加水量曲线斜率最小（ ），温度敏感性最低。

不同加水量工作时间与环境温度关系曲线

图1 ：不同加水量工作时间与环境温度的相互关系

2 温度对工作时间的影响规律分析

（1） 12% 加水量：工作时间整体呈下降趋势（ 2814min ），但数据波动较大（如 20.1^∘C 时达 30min ），推测与低水量下浆体均匀性差有关，需进一步验证。

（2） 13.5% 加水量：温度与工作时间呈显著负相关。随温度从 19.2^∘C 升至 23.0^∘C ，工作时间从 98min 降至 34min ，每升高 1℃平均缩短约 16min，且下降速率随温度升高加快（近似指数衰减趋势，拟合曲线 R²=0.9069 ）。需警惕灌注不及时风险。

（3） 15% 加水量：温度升高同样导致工作时间缩短。从 19.2℃的 174.0min 降至 22.0°C 的 130min ，整体趋势稳定，推测 23.0℃时工作时间继续下降。工作时间随温度升高缓慢缩短（ 174125min ），温度敏感性较低，但初始工作时间最长（ 174min ），易导致离析。

3 加水量与温度的交互作用

不同加水量情况下，工作时间的绝对值及变化幅度存在差异： 15% 加水量时初始工作时间最长（ 174.0min ），但随温度升高的下降幅度较平缓； 13.5% 加水量时工作时间随温度升高的下降幅度最大，对温度更敏感。同时表明加水量可调节灌浆料对温度的响应程度，二者存在协同影响。

4 温度 - 工作时间 - 强度 - 成型质量关联的讨论

（1） 在日常实践中如果水料比过高时（加水量过多），由于多余水分蒸发后形成孔隙，降低密实度，且导致浆体离析、泌水，破坏结构均匀性。通常水料比每增加 1% ，28 天抗压强度可能降低 3%-5% ；水料比过低时（加水量不足）：因水化不充分、灌注不密实，易形成缺陷，影响强度发展；适宜水料比的 “平衡效应”，表现最佳。浆体水化充分且结构密实，强度达到设计峰值。

（2） 根据试验数据可以得出：低温（ ≤20^∘C ）： 15% 加水量工作时间过长易离析，强度低； 12% 加水量工作时间短、灌注难，强度一般； 13.5% 加水量综合表现最优；适温（20.1℃）：13.5% 加水量工作时间与灌注节奏匹配，强度高，成型质量最佳；高温（ ≥22^∘C ）： 13.5% 加水量工作时间短，需警惕灌注不及时风险，但强度仍较高； 15% 加水量工作时间较长，强度却较低。

四、讨论

环境温度通过改变水化反应速率影响工作时间：高温加速反应，缩短工作时间；低温延缓反应，延长工作时间。加水量通过调节浆体稠度影响这一过程，但需警惕其对强度的负面影响 —— -15% 加水量虽延长工作时间，却因孔隙率增加导致强度下降，印证了 “不能以增加水量换取长工作时间” 的结论。 12% 加水量数据波动可能源于水分分布不均，需进一步试验验证，建议后续采用真空搅拌工艺优化。相对湿度（ 55%-60% ）对结果干扰较小，温度仍是主导因素。

五、结论与建议

1 结论

环境温度对套筒灌浆料工作时间有显著影响， 13.5% 和 15% 加水量条件下，温度升高显著缩短工作时间，且 13.5% 加水量时对温度更敏感。

（1）加水量与温度存在交互作用，高加水量可缓解高温对工作时间的缩短效应，但过多加水会导致强度下降，不能以增加水量换取长工作时间。

（2） 13.5% 左右加水量时，工作时间与强度适配性最佳，可保障成型质量。

2 建议

（1）施工管控：高温（ .223^∘C ）时采用遮阳棚、预冷材料等降温措施，或选用含缓凝剂的专用灌浆料，严禁通过增加加水量延长工作时间；低温（≤19℃）时选择正午施工，必要时添加早强剂，避免浆体受冻。

（2）加水量控制：严格按产品说明书加水（推荐 13.5% ），用精密工具计量，误差控制在 ±0.5% 以内。高温时可在允许范围内微调加水量（不超过 1% ），同步采取降温措施；低温时不随意减少加水量，可预热拌合水提升水化速率。

（3）工艺优化：加水量偏差较小时，延长搅拌时间确保均匀性；灌注时采用机械振捣，尤其对低加水量稠浆体，排出气泡以提高密实度。

（4）质量追溯：每批次制作标准试块测定 28 天抗压强度，记录加水量、温度等参数，便于后期问题追溯。

（5）标准完善：建议行业规范补充不同温度下的工作时间、强度及合理加水量参数，增强指导实用性。

参考文献

[1] GB/T 50448-2015，水泥基灌浆材料应用技术规范 [S].