李順凱 ，荀東亮 ，鄧波 ， 鄧翀

（1.中交武漢港灣工程設(shè)計(jì)研究有限公司，湖北 武漢 430070；2.湖北省海工結(jié)構(gòu)新材料及維修加固重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖北 武漢 430070）

0 引言

后張預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)因其顯著的技術(shù)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢而在大型橋梁結(jié)構(gòu)中被廣泛應(yīng)用?？椎缐簼{材料則在該結(jié)構(gòu)中承擔(dān)著保護(hù)預(yù)應(yīng)力鋼筋不受有害離子侵蝕，以及使預(yù)應(yīng)力鋼筋和周圍混凝土結(jié)合成為整體協(xié)同工作的關(guān)鍵材料[1]。新橋涵規(guī)范JTG/T F50—2011《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》[2]提出“低水膠比、高流動性”的概念，即灌漿材料的水膠比在0.26～0.28之間，漿液初始流動度在10～17 s之間，規(guī)定漿液3 h自由膨脹率為0～2%，這些新的指標(biāo)對灌漿材料提出更高的要求，而傳統(tǒng)的壓漿材料會出現(xiàn)流動性差、泌水、體積穩(wěn)定性不良等缺點(diǎn)，既影響施工進(jìn)度，也極大地影響預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性。

在實(shí)際工程中，因預(yù)應(yīng)力孔道壓漿材料質(zhì)量或施工工藝等問題造成壓漿不密實(shí)而使橋梁失效的事故報道屢見不鮮。本研究主要結(jié)合新橋涵規(guī)范中對孔道壓漿材料的要求，研制一種新型預(yù)應(yīng)力孔道壓漿材料，通過對各組分摻量和性能的分析，并結(jié)合實(shí)際工程開展壓漿工藝研究，為實(shí)體箱梁預(yù)應(yīng)力孔道壓漿提供現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)和技術(shù)保障。

1 主要原材料

預(yù)應(yīng)力孔道壓漿材料是由高效減水劑、膨脹劑、礦物摻合料和其它材料干拌而成的混合料。原材料中減水劑、礦物摻合料、膨脹劑和穩(wěn)定劑的選擇是關(guān)鍵，適應(yīng)性相對較高的原材料是保證壓漿劑質(zhì)量的前提。本試驗(yàn)主要用原材料有：

1） 水泥：華新PO42.5級水泥；2） 礦粉：武鋼S95級粉煤灰；3） 硅灰：埃凱微硅粉；4） 減水劑：萘系減水劑FDN（粉劑）和聚羧酸減水劑PC（粉劑）；5）膨脹劑：膨脹劑A，具有塑性階段膨脹和硬化中后期微膨脹的特點(diǎn)；6）穩(wěn)定劑：自制漿體穩(wěn)定劑W。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 減水劑種類及摻量的影響

選用華新水泥，減水劑采用萘系FDN和聚羧酸PC，攪拌機(jī)采用高速攪拌機(jī)（1 000 r/min），水膠比固定為0.27，測試不同減水劑及摻量對壓漿材料性能的影響，見表1。

表1 減水劑對壓漿材料性能影響Table1 Effecton groutingmaterialperformancebywater reducer

由表1可知，萘系減水劑FDN在低水膠比（0.27）情況下，壓漿材料流動度很難達(dá)到規(guī)范要求，當(dāng)FDN摻量為2%時，壓漿材料初始流動度僅為30 s，即使FDN摻量增加到3%，壓漿材料的流動度也僅為22 s，雖然流動度有所改善，但隨著FDN摻量進(jìn)一步增加，泌水情況也隨之出現(xiàn)。

聚羧酸減水劑PC比萘系減水劑FDN摻量小、減水率大，當(dāng)聚羧酸減水劑PC摻量到0.3%時流動度達(dá)到18 s，并隨著PC摻量的增加壓漿材料的流動度進(jìn)一步提升，但也出現(xiàn)了PC摻量過大，壓漿材料泌水嚴(yán)重的情況。

2.2 礦物摻合料的影響

選用華新水泥，采用礦物摻合料礦粉和硅灰等量替代水泥，減水劑采用聚羧酸，摻量為膠凝材料用量的0.35%，攪拌機(jī)采用高速攪拌機(jī)（1 000 r/min），水膠比固定為0.27，測試礦粉和硅灰及摻量對壓漿材料性能的影響，見表2。

表2 礦物摻合料對壓漿材料性能影響Table2 Effecton groutingmaterialperformanceby m ineraladm ixtures

摻入30%礦粉后，壓漿材料流動度下降，泌水率明顯增加。硅灰摻量對流動度及泌水率影響較大，硅灰摻量由3%增加到5%時，壓漿材料流動度增減幅度較小，當(dāng)硅灰摻量超過10%時，流動度降低明顯。硅灰可明顯降低壓漿材料的泌水率，泌水率隨硅灰摻量的增加而降低。

2.3 膨脹劑的影響

試驗(yàn)選用華新水泥，采用膨脹劑等量替代水泥，硅灰摻量為5%，減水劑采用聚羧酸，摻量為膠凝材料用量的0.35%，攪拌機(jī)采用高速攪拌機(jī)（1 000 r/min），水膠比固定為0.27，測試膨脹劑對壓漿材料性能的影響，見表3。

表3 膨脹劑對壓漿材料性能影響Table 3 Effecton groutingmaterialperformance by expanding agent

從表3可以看出，膨脹劑在一定摻量范圍內(nèi)對流動度的影響較小，壓漿材料的膨脹率隨膨脹劑摻量增加而增加，規(guī)范要求3 h自由膨脹率0~2%，24 h自由膨脹率0~3%。由試驗(yàn)結(jié)果分析可知，膨脹劑摻量為5%和10%時，膨脹率均滿足規(guī)范要求，當(dāng)摻量為15%時，膨脹劑對流動度具有一定的削弱作用，流動度有下降的趨勢。

2.4 穩(wěn)定劑的影響

穩(wěn)定劑均具有保塑功能，使?jié){體有良好的內(nèi)聚保水功能，大幅度減少泌水率。試驗(yàn)選用華新水泥，硅灰摻量為5%，膨脹劑摻量為10%，減水劑采用聚羧酸，摻量為膠凝材料用量的0.35%，攪拌機(jī)采用高速攪拌機(jī)（1 000 r/min），水膠比固定為0.27，測試穩(wěn)定劑摻量的影響，見表4。

表4 穩(wěn)定劑對壓漿材料性能影響Table4 Effecton groutingmaterialperformanceby stabilizer

從表4可以看出，壓漿材料的流動性隨穩(wěn)定劑摻量的增加而降低，穩(wěn)定劑的摻入對壓漿材料泌水現(xiàn)象改善明顯，當(dāng)摻量為0.02%時，壓漿材料即可以達(dá)到零泌水。試驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，未加入穩(wěn)定劑前，壓漿材料有扒底現(xiàn)象，摻入穩(wěn)定劑可明顯改善漿體扒底現(xiàn)象。

3 現(xiàn)場工藝試驗(yàn)

3.1 工藝試驗(yàn)

綜合各項(xiàng)性能試驗(yàn)分析，為確保壓漿材料性能，配制的壓漿材料組分最終摻量為：聚羧酸減水劑0.35%，硅灰5%，膨脹劑10%，穩(wěn)定劑0.02%，壓漿材料的水膠比為0.27。將配制好的壓漿材料用于30m矩形梁壓漿試驗(yàn)，矩形梁設(shè)計(jì)長度30m，截面尺寸150 cm×75 cm，梁內(nèi)設(shè)置豎向大彎曲半徑預(yù)應(yīng)力管道，見圖1。

圖1 現(xiàn)場工藝試驗(yàn)30m矩形梁Fig.1 Field process testof30m rectangular beam

3.2 現(xiàn)場制備與性能測試

采用水泥漿專用拌和機(jī)攪拌5min，真空壓漿前先用真空泵抽吸預(yù)應(yīng)力管道中的空氣，使管道中真空度達(dá)到-0.07～-0.09 MPa，然后在管道的另一端用壓漿泵以一定的壓力將攪拌好的水泥漿體壓入預(yù)應(yīng)力管道?，F(xiàn)場對拌制的壓漿材料取樣，實(shí)測流錐時間均值為14.1 s，3 h泌水率為0，28 d抗壓強(qiáng)度為62.8MPa。

3.3 充盈度檢測

灌漿5 d后，沿30m矩形梁長度方向取4個橫截面剖開，取得4個剖面，檢查預(yù)應(yīng)力孔道內(nèi)漿體充盈度情況，各孔道剖面見圖2。從圖2可以看出，壓漿材料在管道中全部充實(shí)。正是由于該壓漿材料具有大流動、零泌水和微膨脹等特點(diǎn)，便于孔道壓漿施工，且壓漿過程中漿料穩(wěn)定、均勻，可有效保證孔道壓漿質(zhì)量。

圖2 管道剖面圖Fig.2 Cross-section of theduct

4 結(jié)語

1） 萘系減水劑FDN在低水膠比（0.27）的情況下，壓漿材料的流動度很難達(dá)到規(guī)范要求，配制高性能壓漿材料應(yīng)選用聚羧酸減水劑。

2）礦粉對壓漿材料流動性和泌水率不利，一定摻量硅灰可有效改善壓漿材料的流動性和泌水率。應(yīng)選擇具有塑性階段和后期膨脹的膨脹劑，且摻量應(yīng)控制在一定范圍內(nèi)。

3）穩(wěn)定劑的摻入對壓漿材料泌水現(xiàn)象改善明顯，但壓漿材料的流動性隨穩(wěn)定劑摻量的增加而降低。

4）壓漿材料組分最終摻量為：聚羧酸減水劑0.35%，硅灰5%，膨脹劑10%，穩(wěn)定劑0.02%，壓漿材料的水膠比為0.27。該壓漿材料在30m試驗(yàn)矩形梁工藝試驗(yàn)中，各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿足新橋涵規(guī)范的要求。

[1] 杜玉兵，吳恒新.后張預(yù)應(yīng)力孔道壓漿材料配合比試驗(yàn)研究[J].公路工程,2010(6):110-112.DU Yu-bing,WU Heng-xin.Experimental study of the mixture ratio of duct grouting materials of post-tension [J].Highway Engineering,2010(6):110-112.

[2]黃玉娟，侯書恩，靳洪允，等.預(yù)應(yīng)力孔道灌漿材料性能的影響因素[J].混凝土與水泥制品，2009（6）：32-34.HUANG Yu-juan,HOU Shu-en,JIN Hong-yun,et al.Influence factorofgroutingmaterialperformanceofprestressed duct[J].China Concreteand CementProducts,2009(6):32-34.

[3]JTG/T F50—2011，公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范[S].JTG/T F50—2011,Technical specification for construction of highway bridgeand culvert[S].