后張預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)壓漿劑

　　有粘結(jié)的預(yù)應(yīng)力筋，其管道內(nèi)必須灌漿，灌漿需要設(shè)置灌漿孔 ( 或泌水孔 ) ，從經(jīng)驗得出設(shè)置泌水孔道的曲線預(yù)應(yīng)力管道的灌漿效果好。一般一根梁上設(shè)三個點為宜，灌漿孔宜設(shè)在低處，泌水孔可相對高些，灌漿時可使孔道內(nèi)的空氣或水從泌水孔順利排出，位置可見下圖。

　　在波紋管安裝固定后，用鋼錐在波紋管上鑿孔，再在其上覆蓋海綿墊片與帶嘴的塑料弧形壓板，用鋼絲綁扎牢固，再將塑料管接在塑料弧形壓板的嘴上，并將其引出梁面 40 ～ 60mm 。預(yù)應(yīng)力筋張拉、錨固完成后，應(yīng)立即進行孔道灌漿工作，以防銹蝕，增加結(jié)構(gòu)的耐久性。

圖 灌漿孔、泌水孔設(shè)置示意

　　灌漿用的水泥漿，除應(yīng)滿足強度和粘結(jié)力的要求外，還應(yīng)具有較大的流動性和較小的干縮性、泌水性。應(yīng)采用強度等級不低于42.5 級普通硅酸鹽水泥；水灰比宜為 0.4 左右。對于空隙大的孔道可采用水泥砂漿灌漿，水泥漿及水泥砂漿的強度均不得小于20N/mm 2 。為增加灌漿密實度和強度，可使用一定比例的膨脹劑和減水劑。減水劑和膨脹劑均應(yīng)事前檢驗，不得含有導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力鋼材銹蝕的物質(zhì)。建議拌合后的收縮率應(yīng)小于2%，自由膨脹率不大于5%。灌漿前孔道應(yīng)濕潤、潔凈。對于水平孔道，灌漿順序應(yīng)先灌下層孔道，后灌上層孔道。對于豎直孔道，應(yīng)自下而上分段灌注，每段高度視施工條件而定，下段頂部及上段底部應(yīng)分別設(shè)置排氣孔和灌漿孔。灌漿壓力保持 0.5 ～ 0.6MPa 為宜。灌漿應(yīng)緩慢均勻地進行，不得中斷，并應(yīng)排氣通暢。不摻外加劑的水泥漿，可采用二次灌漿法，以提高密實度?？椎拦酀{前應(yīng)檢查灌漿孔和泌水孔是否通暢。灌漿前孔道應(yīng)用高壓水沖洗、濕潤，并用高壓風(fēng)吹去積在低處的水，孔道應(yīng)暢通、干凈。灌漿應(yīng)先灌下層孔道，對一條孔道必須在一個灌漿口一次把整個孔道灌滿。在灌滿孔道并封閉排氣孔 ( 泌水口 ) 后，宜再繼續(xù)加壓至 0.5 ～ 0.6MPa ，稍后再封閉灌漿孔。如果遇到孔道堵塞，必須更換灌漿口，此時，必須在第二灌漿口灌入整個孔道的水泥漿量，以至把第一灌漿口灌入的水泥漿排出，使兩次灌入水泥漿之間的氣體排出，以保證灌漿飽滿密實。

　　冬期施工灌漿，要求把水泥漿的溫度提高到20 ℃左右。并摻些減水劑，以防止水泥漿中的游離水造成凍害裂縫。

　　灌漿要點：

　　孔道灌漿是在預(yù)應(yīng)力筋處于高應(yīng)力狀態(tài)，對其進行永久性保護的工序，所以應(yīng)在預(yù)應(yīng)力筋張拉后盡早進行孔道灌漿，孔道內(nèi)水泥漿應(yīng)飽滿、密實。

　　1) 孔道灌漿前應(yīng)進行水泥漿配合比設(shè)計。

　　2) 嚴(yán)格控制水泥漿的稠度和泌水率，以獲得飽滿密實的灌漿效果，水泥漿的水灰比不應(yīng)大于 0.45 ，攪拌后 3h 泌水不宜大于 2 ％，且不應(yīng)大于 3 ％，應(yīng)作水泥漿性能試驗，泌水應(yīng)能在 24h 內(nèi)全部重新被水泥漿吸收。對空隙大的孔道，也可采用砂漿灌漿，水泥漿或砂漿的抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值不應(yīng)小于 30N/mm 2 ，當(dāng)需要增加孔道灌漿密實度時，也可摻入對預(yù)應(yīng)力筋無腐蝕的外加劑。

　　3) 灌漿前孔道應(yīng)濕潤、潔凈。灌漿順序宜先從下層孔道開始。

　　4) 灌漿應(yīng)緩慢均勻地進行，不能中斷，直至出漿口排出的漿體稠度與灌漿口一致，灌滿孔道后，應(yīng)再繼續(xù)加壓 0.5 ～ 0.6MPa ，稍后封閉灌漿孔。不摻外加劑的水泥漿，可采用二次灌漿法。封閉順序是沿灌注方向依次封閉。

　　5) 灌漿工作應(yīng)在水泥漿初凝前完成。每個工作班留一組邊長為70.7mm 的立方體試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護28d，作抗壓強度試驗。抗壓強度以6個試件為一組組成，當(dāng)一組試件中抗壓強度最大值或最小值與平均值相差 20%時，應(yīng)取中間 4 個試件強度的平均值。

一、壓漿料配制方法和工藝：

水灰比：0.32 ～ 0.34，灌漿劑用量是水泥的9%，壓漿料用量約為2000kg /m 3 。

表1 預(yù)應(yīng)力壓漿料性能指標(biāo)

　　1 、 產(chǎn)品包括預(yù)應(yīng)力壓漿料（ M ）和預(yù)應(yīng)力壓漿劑 (A) ，預(yù)應(yīng)力壓漿料的性能是與水拌合后的性能；預(yù)應(yīng)力壓漿劑 (A) 的性能是與水泥、水拌合后的性能。

　　2 、 孔道垂直高度不大于 1.8m 時，按照 0.22MPa 條件的壓力泌水進行檢測；孔道垂直高度大于 1.8m ，按照 0.36MPa 條件的壓力泌水進行檢測；孔道垂直高度大于 30m 時，遵照設(shè)計規(guī)定。

　?。?）原材料應(yīng)有供應(yīng)商提供的出廠檢驗合格證書，并應(yīng)按有關(guān)檢驗項目、批次規(guī)定，嚴(yán)格實施進場檢驗。

　?。?）水泥應(yīng)采用品質(zhì)穩(wěn)定、強度等級不低于42.5級的低堿硅酸鹽或低堿普通硅酸鹽水泥，水泥熟料中C 3 A 含量不應(yīng)大于8％；礦物摻和料的品種僅限于粉煤灰、磨細粉煤灰、礦渣粉或硅灰；其余技術(shù)要求應(yīng)符合《客運專線高性能混凝土?xí)盒屑夹g(shù)條件》的規(guī)定。

　?。?）壓漿材料中不得含有UEA 或鋁粉為膨脹源的膨脹劑。嚴(yán)禁摻入含氯鹽類、亞硝酸鹽類或其它對預(yù)應(yīng)力筋有腐蝕作用的外加劑。

　?。?）壓漿料或壓漿劑中氯離子含量不得超過膠凝材料總量的0.06%。

　　（5）水膠比不超過0.34。

　　二、漿體攪拌操作順序為：首先在攪拌機中先加入實際拌合水的 80%～ 90%，開動攪拌機，均勻加入全部壓漿劑，邊加入邊攪拌，然后均勻加入全部水泥。全部粉料加入后攪拌 2 min ；然后加入剩下的 10%～ 20%的拌合水，繼續(xù)攪拌2min 。攪拌時間一般不宜超過4 min 。

鐵路后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁管道壓漿劑的研制

　　在十一五期間，我國將大量建設(shè)客運專線以滿足我國經(jīng)濟持續(xù)高速發(fā)展的要求?？瓦\專線高架橋梁多，火車運行時速高，其對預(yù)應(yīng)力混凝土梁結(jié)構(gòu)的耐久性要求高。灌漿材料作為預(yù)應(yīng)力混凝土梁的關(guān)鍵材料之一，能保護預(yù)應(yīng)力鋼筋不外露而遭銹蝕，使預(yù)應(yīng)力鋼材與混凝土有良好的粘結(jié)；保證它們之間預(yù)應(yīng)力的有效傳遞；使預(yù)應(yīng)力鋼材與混凝土共同工作消除預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件在反復(fù)荷載作用下應(yīng)力變化對錨具造成的疲勞破壞，以此來提高結(jié)構(gòu)的可靠度和耐久性。

　　灌漿材料的質(zhì)量是影響壓漿效果的關(guān)鍵因素。然而，目前應(yīng)用在地基加固、道路修復(fù)、二次灌注、公路橋梁后張法預(yù)應(yīng)力管道灌漿等工程的灌漿料，普遍存在收縮大材料均質(zhì)性不好、泌水率過大等問題，從而影響結(jié)構(gòu)的安全性，難以應(yīng)用于高速鐵路壓漿工程。

　　通過減縮劑J1 、膨脹組分硫鋁酸鹽水泥、石膏的復(fù)合作用，將漿體24h自由收縮率控制在 0.75%以內(nèi)。具有保水增稠作用外加劑K3 ，能有效防止?jié){體的泌水分層，提高漿體的均質(zhì)性。將壓漿劑與水泥混合制得的灌漿料進行試驗，結(jié)果表明灌漿材料具有微收縮、高流動度、無泌水、均質(zhì)性好、凝結(jié)時間正常、強度高的特點，可應(yīng)用于客運專線混凝土預(yù)制梁孔道壓漿工程。

　　1 原材料與實驗方法

　　1．1 原材料

　　（1）水泥： 42.5 級的普通硅酸鹽水泥，水泥熟料中 C 3 A 含量不應(yīng)大于 8%。標(biāo)準(zhǔn)水泥采用拉法基 P.O42.5 水泥，其化學(xué)成分見表 1 。

表 1 試驗原材料的化學(xué)成分

　　(2) 減水劑， FDN 高效減水劑：減縮劑 J 1 ，一種有機外加劑；膨脹組分， UEA 、 GNA 、 ZY 膨脹劑，硫鋁酸鹽水泥、石膏；礦物摻和料，粉煤灰、硅灰、礦粉、石灰石粉等；增粘保塑組分 K 3 ，一種有機高分子材料；緩凝劑 J 2 。

1．2 實驗方法

1．2．1 流動度

參照 JTJ041 — 2000( 附錄 G-11) 進行，通過測試馬氏錐中漿體全部流出的流動時間來考查漿體的流動度，單位 s 。

1．2．2 毛細泌水率

實驗裝置如圖1所示，在容器中間置入一束 7 芯鋼絲束，鋼絲束在容器內(nèi)露出的高度為1 ～ 3cm 。往

容器內(nèi)填灌水泥漿體積為 V o ，漿體靜置 3h 測試其表面泌水 V 1 。毛細泌水率計算公式為：

( 式 1)

式中： V 1 ——漿體上部泌水的體積； V 0 ——測試前漿體的體積。

1 — 705 鋼絲束： 2 —靜置一段時間后的泌水： 3 一壓漿料

圖 1 毛鰻必水率示意圖

1．2．3 自由收縮率

　　按照 JTJ041 — 2000( 附錄 G-10) 。容器采用直徑 60mm 、高 500mm 、底部封閉的透明玻璃管，管壁標(biāo)有刻度。裝入 800mL 左右漿體，然后使用保水膜封閉上端，記錄刻度 a 1 ，不同時刻下測試漿體的刻度為 a 2 ，則不同時刻的自由收縮率計算公式為：

( 式 2)

1．2．4 充盈度

圖 2 測試灌漿料充盈度實驗裝置

　　實驗裝置如圖 2 所示，內(nèi)徑為 10mm 的透明有機玻璃管，兩端的直管夾角 120 °，每部分長度為 0.5m 。將拌制好的漿體靜置 1min ，通過流動錐將漿體灌入固定在固定架上的充盈度管中。充完漿體后，用塑料薄膜密封圓管的兩端。在 23 ℃ 土 2 ℃ 的條件下放置 7d ，觀察管內(nèi)部是否有直徑大于 3 ㎜ 的氣囊，或者是否存在水囊或水蒸氣，在管道的兩端是否有大量的泡沫層。

2 試驗結(jié)果與討論

　　水泥凈漿由于化學(xué)收縮、自收縮、干燥收縮等原因，灌入管道后會產(chǎn)生較大的體積收縮。本文通過摻入膨脹組分來解決收縮過大的問題，但實驗過程中發(fā)現(xiàn)，膨脹組分硫鋁酸鹽水泥、石膏在減少收縮的同時，會導(dǎo)致流動度降低。通過摻入高效減水劑、緩凝劑，控制膨脹組分摻量，優(yōu)選礦物摻合料來解決減少收縮和流動度之間的矛盾。

2．1 膨脹劑和膨脹組分對灌漿料膨脹性能和流動度的影響
2．1．1 膨脹劑對灌漿料膨脹性能和流動度的影響

　　實驗過程中試驗了 UEA 、 GNA 、 ZY 三種膨脹劑，實驗配比及結(jié)果見表 2 。

表 2 膨脹劑對灌漿料膨脹性能和流動度的影響

　　實驗結(jié)果表明，三種膨脹劑摻量高達15%時，雖然能減小漿體的24h 自由收縮率，其中以 UEA 膨脹劑效果最好，收縮為1.27 %，但均大于1%，無法解決收縮太大的問題；且摻入三種膨脹劑后均導(dǎo)致擴展度降低，摻入UEA 組降低最明顯，無法達到灌漿料流動度指標(biāo)。因此通過復(fù)合膨脹組分來解決收縮過大的問題。

2.1.2 硫鋁酸鹽水泥、石膏對灌漿料 24h 自由收縮率和流動性能的影響

　　硫鋁酸鹽水泥和石膏兩種膨脹組分能有效地減小漿體早期收縮。硫鋁酸鹽水泥熟料在水化前后固相總體積會增加：石膏一方面能生成晶體產(chǎn)生膨脹，另—方面與硫鋁酸鹽水泥熟反應(yīng)生成鈣礬石，提供合適 A1 2 O 3 /SO 3 。實驗配比見表 3 。

　　由1 # 、5 # 、10 # 實驗結(jié)果可知，純水泥漿體由于塑性收縮、干燥收縮和自收縮及減水劑 FDN 摻量較大使得漿體易泌水，從而導(dǎo)致漿體24h 的自由收縮率較大，高達2.23%；硫鋁酸鹽水泥、石膏的摻入能產(chǎn)生固相膨脹來彌補灌漿材料24h 的收縮，單摻硫鋁酸鹽水泥和石膏都能將漿體 24h自由收縮率控制在1%以內(nèi)。實驗中研究了這兩種組分摻量為15%時，漿體24h 自由收縮率隨時間的變化，見圖 3 。

表 3 硫鋁酸鹽水泥和石膏對灌漿料 24h 自由收縮率和流動度影響

圖 3 摻 P1 、 P2 組分漿體 24h 自由收縮率隨時間的變化

　　從圖3 可知，漿體在攪拌完后7h 內(nèi)漿體的收縮速度較快，在7h 收縮達到最大值。有文獻研究表明，養(yǎng)護 1 d 才測量初長忽略了大部分的早期自收縮，初凝后 10min 開始測量初長較為合理。從以上的實驗數(shù)據(jù)可以看出，在漿體攪拌后 7h 內(nèi)的收縮達到 1d 收縮的最大值，所以從漿體攪拌完開始測量收縮才能真實地反應(yīng)灌漿料灌入孔道后的體積穩(wěn)定性情況。

　　由表 3 中的擴展度數(shù)據(jù)可知，摻入硫鋁酸鹽水泥和石膏會導(dǎo)致漿體的流動性能降低。用硫鋁酸鹽水泥、石膏分別等量取代水泥進行實驗。隨硫鋁酸鹽水泥摻量的增加，漿體的初始流動度無很大降低，但 0.5h 流動度出現(xiàn)較明顯的損失，在摻量為 15 ％損失達 30 ％。隨著石膏摻量的增大，漿體的初始流動度降低較大，摻量較小時 0.5 h 流動度無損失，反而有些增加；在摻量為 15 ％時，漿體初始流動度為零。

　　2 .1.3 減綿劑 J 1 對灌漿材料 24h 自由收縮率和流動性的影響

　　減縮劑 J l 是一種有機外加劑，其減縮機理為能夠降低水泥石毛細管中水的表面張力，本文試驗了其摻量變化對減小收縮和流動度的影響，實驗結(jié)果見表 4 。

表 4 減縮劑 J 1 對減小漿體收縮實驗

　　由表 4 的實驗結(jié)果可知：減縮劑 J 1 能有效地減小漿體早期的自由收縮，在摻量小于 0.5%范圍內(nèi)，隨摻量的增加收縮減??；但摻量超過 0.5%，沒有減縮效果。 J 1 的摻量會影響漿體的流動性能，由表 4 可知，減縮劑的加入，會大大地降低漿體的初始流動度和 0.5h 流動度。在摻量為 0.1 %時，初始擴展度降低了約 12 %， 0.5h 擴展度降低近 11%，所以減縮劑 J 1 的摻量不宜超過膠凝材料的 0.5%。

　　2 .2 灌漿料流動性能的改善

　　為解決各組分的摻入帶來的流動度損失問題，可以采取以下措施：①摻入適量的減水劑；②摻入調(diào)凝組分 J 2 ③控制硫鋁酸鹽水泥和石膏摻量；④優(yōu)選礦物摻合料。

　　2 .2 .1 摻入 FDN 高效減水劑

　　采用 FDN 高效減水劑，由實驗結(jié)果作圖得圖 4 。由圖 4 可知，此減水劑在摻量小于 0.8%時，能大大改善漿體的初始流動度和 0.5h 流動度，但其摻量過大易帶來泌水分層的問題。當(dāng) FDN 的摻量達膠凝材料的 1.0 %時，漿體攪拌后 10min 左右漿體分層， 2 ～ 3h 內(nèi)出現(xiàn)了泌水現(xiàn)象。通過大量的試驗表明，減水劑的摻量應(yīng)控制在 1.0%以內(nèi)。

圖 4 FDN 摻量對漿體流動性能的影響

2. 2. 2 摻入調(diào)凝組分

　　緩凝劑 J 2 是經(jīng)過大量的試驗從多種緩凝劑中優(yōu)選出來的，它能延緩灌漿料中組分的水化速度，從而可降低漿體的流動度損失率。其對擴展度影響實驗結(jié)果見圖 5 。

　　從圖 5 可以看出，當(dāng) J 2 摻量小于 0.04 %時，初始擴展度增加不大；摻量達到 0.054 %時，初始擴展度有明顯的增加。摻入 J 2 對減小擴展度損失率很明顯，不摻 J 2 時，漿體的 0.5 h 擴展度為 0 ，損失率 100 %：摻入 0.018 ％量后， 0.5h 擴展度損失率減小為 6.3%。且在摻量范圍 0.018%～ 0.054 %內(nèi)，隨著摻量的增加， 0.5h 擴展度損失率逐漸減小，在摻量為 0.042%和 0.054%時甚至出現(xiàn) 0.5h 擴展度增加。但 J 2 摻量太大，也對流動度不利，當(dāng)摻量達 0.3 %時，初始擴展度和 0.5h 擴展度均為 0 ，且摻量大易導(dǎo)致漿體泌水。J 2 的最佳摻量為 0.054 %。

圖 5 緩凝劑 J 2 對流動度的影響

　　由 2.1.2 可知，摻入硫鋁酸鹽水泥和石膏會明顯降低漿體的流動性能，因此控制兩者的摻量是很有效的方法。此外，壓漿劑中含有礦物摻合料，優(yōu)選礦物摻合料也有利于改善漿體的流動性能。

2.3 灌漿料的泌水性能和充盈度

　　在實驗研究過程中發(fā)現(xiàn)，在高流動度，不摻外加劑 K 3 情況下，漿體攪拌后靜置 10min 便出現(xiàn)分層、粘鍋， 2h 內(nèi)出現(xiàn)泌水現(xiàn)象。由于外加劑 K 3 具有保水增稠作用，加入 K 3 能大大提高漿體的均質(zhì)性，減少泌水，漿體的自由泌水率、毛細泌水率控制為 0 ％。通過 K 3 與其他外加劑的協(xié)同作用，漿體灌入“ V ”形管道后，在凝結(jié)硬化過程中不存在大的氣囊，管道的兩端未出現(xiàn)泌水現(xiàn)象，漿體硬化后很密實，表明灌漿料具有很好的充盈度。

3 灌漿材料的主要性能

　　用標(biāo)準(zhǔn)水泥拉法基水泥來檢測壓漿劑綜合性能。將壓漿劑與標(biāo)準(zhǔn)水泥混合均勻，按水膠比 0.32 加入拌和水，按照技術(shù)規(guī)范的攪拌工藝攪拌。按照文章前面所述的實驗方法進行各個指標(biāo)的測試。實驗結(jié)果表明：灌漿料具有很好的流動性能，初始流動度為 20s ，半小時 25 s ；成型試塊放在養(yǎng)護室進行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護，測試灌漿料 7d 和 28d 的抗折強度和抗壓強度，結(jié)果表明灌漿料具有較好的力學(xué)性能。灌漿材料的部分性能見表 6 。

表 6 灌漿材料的部分性能

4 結(jié)論

　　（ 1 ）減縮劑 J 1 、膨脹組分硫鋁酸鹽水泥、石膏的摻入能夠減小漿體 24h 的自由收縮率，通過三者復(fù)合減縮作用，解決了灌漿料 24h 收縮太大的問題；但同時隨著其摻量的增加會導(dǎo)致漿體流動度降低，影響灌漿料的工作性能。

　?。?2 ）通過控制減縮劑 J 1 、膨脹組分硫鋁酸鹽水泥、石膏的摻量，摻入高效減水劑和調(diào)凝組分 J 2 ，優(yōu)選礦物摻合料，能夠很好地改善灌漿料的流動度。外加劑 K 3 具有極好的保水增稠作用，加入 K 3 能有效地降低漿體的泌水率，提高漿體的均質(zhì)性。

　?。?3 ）用拉法基標(biāo)準(zhǔn)水泥檢測壓漿劑的各項性能，實驗結(jié)果表明灌漿料的 24h 自由收縮率為 0.75 ％，初始流動度 20s 、 0.5h 流動度 25s ，泌水率為 0 ，初凝時間 16h 、終凝時間 18h ， 7d 抗折強度 10MPa 、抗壓強度 56MPa ， 28d 抗折強度 12MPa 、抗壓強度 75MPa ，并具有很好的充盈度。

檢測報告