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 产品介绍-》慕湖产品

1121 后张预应力结构压浆剂
Grouting of post-tensioned structure admixture

  有粘结的预应力筋,其管道内必须灌浆,灌浆需要设置灌浆孔 ( 或泌水孔 ) ,从经验得出设置泌水孔道的曲线预应力管道的灌浆效果好。一般一根梁上设三个点为宜,灌浆孔宜设在低处,泌水孔可相对高些,灌浆时可使孔道内的空气或水从泌水孔顺利排出,位置可见下图。
   在波纹管安装固定后,用钢锥在波纹管上凿孔,再在其上覆盖海绵垫片与带嘴的塑料弧形压板,用钢丝绑扎牢固,再将塑料管接在塑料弧形压板的嘴上,并将其引出梁面 40 ~ 60mm 。预应力筋张拉、锚固完成后,应立即进行孔道灌浆工作,以防锈蚀,增加结构的耐久性。

灌浆孔、泌水孔设置示意

  灌浆用的水泥浆,除应满足强度和粘结力的要求外,还应具有较大的流动性和较小的干缩性、泌水性。应采用强度等级不低于 42.5 级普通硅酸盐水泥;水灰比宜为 0.4 左右。对于空隙大的孔道可采用水泥砂浆灌浆,水泥浆及水泥砂浆的强度均不得小于 20N/mm 2 。为增加灌浆密实度和强度,可使用一定比例的膨胀剂和减水剂。减水剂和膨胀剂均应事前检验,不得含有导致预应力钢材锈蚀的物质。建议拌合后的收缩率应小于 2 %,自由膨胀率不大于 5 %。灌浆前孔道应湿润、洁净。对于水平孔道,灌浆顺序应先灌下层孔道,后灌上层孔道。对于竖直孔道,应自下而上分段灌注,每段高度视施工条件而定,下段顶部及上段底部应分别设置排气孔和灌浆孔。灌浆压力保持 0.5 ~ 0.6MPa 为宜。灌浆应缓慢均匀地进行,不得中断,并应排气通畅。不掺外加剂的水泥浆,可采用二次灌浆法,以提高密实度。孔道灌浆前应检查灌浆孔和泌水孔是否通畅。灌浆前孔道应用高压水冲洗、湿润,并用高压风吹去积在低处的水,孔道应畅通、干净。灌浆应先灌下层孔道,对一条孔道必须在一个灌浆口一次把整个孔道灌满。在灌满孔道并封闭排气孔 ( 泌水口 ) 后,宜再继续加压至 0.5 ~ 0.6MPa ,稍后再封闭灌浆孔。如果遇到孔道堵塞,必须更换灌浆口,此时,必须在第二灌浆口灌入整个孔道的水泥浆量,以至把第一灌浆口灌入的水泥浆排出,使两次灌入水泥浆之间的气体排出,以保证灌浆饱满密实。
   冬期施工灌浆,要求把水泥浆的温度提高到 2 0 ℃ 左右。并掺些减水剂,以防止水泥浆中的游离水造成冻害裂缝。

灌浆要点:
   孔道灌浆是在预应力筋处于高应力状态,对其进行永久性保护的工序,所以应在预应力筋张拉后尽早进行孔道灌浆,孔道内水泥浆应饱满、密实。

1) 孔道灌浆前应进行水泥浆配合比设计。
2) 严格控制水泥浆的稠度和泌水率,以获得饱满密实的灌浆效果,水泥浆的水灰比不应大于 0.45 ,搅拌后 3h 泌水不宜大于 2 %,且不应大于 3 %,应作水泥浆性能试验,泌水应能在 24h 内全部重新被水泥浆吸收。对空隙大的孔道,也可采用砂浆灌浆,水泥浆或砂浆的抗压强度标准值不应小于 30N/mm 2 ,当需要增加孔道灌浆密实度时,也可掺入对预应力筋无腐蚀的外加剂。
3) 灌浆前孔道应湿润、洁净。灌浆顺序宜先从下层孔道开始。
4) 灌浆应缓慢均匀地进行,不能中断,直至出浆口排出的浆体稠度与灌浆口一致,灌满孔道后,应再继续加压 0.5 ~ 0.6MPa ,稍后封闭灌浆孔。不掺外加剂的水泥浆,可采用二次灌浆法。封闭顺序是沿灌注方向依次封闭。
5) 灌浆工作应在水泥浆初凝前完成。每个工作班留一组边长为 70.7mm 的立方体试件,标准养护 28d ,作抗压强度试验。抗压强度以 6 个试件为一组组成,当一组试件中抗压强度最大值或最小值与平均值相差 20 %时,应取中间 4 个试件强度的平均值。

一、压浆料配制方法和工艺:

水灰比: 0.32 ~ 0.34 ,灌浆剂用量是水泥的 9% ,压浆料用量约为 2000kg /m 3 。

表1 预应力压浆料性能指标

序号

检验项目

要求值

试验方法 / 标准

1

凝结时间

初凝: h

≥ 4

GB/T 1346-2001

终凝: h

≤ 24

2

出机流动度,秒

18 ± 4

JTJ041-2000
附录 G-11

3

30 分钟流动度,秒

≤ 30

4

自由泌水率,%

24h

0

JTJ041-2000
附录 G-10

5

毛细泌水率, % ; 3h , 23 ℃

≤ 0.1

附录 A

6

压力泌水率,%

0.22 MPa

≤ 3.5

附录 B

0.36MPa

7

充盈度

合格

附录 C

8

7 天强度, MPa

抗折强度

≥ 6.5

GB/T 17671-1999

抗压强度

≥ 35

9

28 天强度, MPa

抗折强度

≥ 10

抗压强度

≥ 50

10

24h 自由膨胀率,%

≥ - 1.0, ≤ 5

JTJ041-2000
附录 G-10

11

对钢筋的锈蚀作用

无锈蚀

GB8076-1997

1 、 产品包括预应力压浆料( M )和预应力压浆剂 (A) ,预应力压浆料的性能是与水拌合后的性能;预应力压浆剂 (A) 的性能是与水泥、水拌合后的性能。

2 、 孔道垂直高度不大于 1.8m 时,按照 0.22MPa 条件的压力泌水进行检测;孔道垂直高度大于 1.8m ,按照 0.36MPa 条件的压力泌水进行检测;孔道垂直高度大于 30m 时,遵照设计规定。

( 1 )原材料应有供应商提供的出厂检验合格证书,并应按有关检验项目、批次规定,严格实施进场检验。

(2)水泥应采用品质稳定、强度等级不低于42.5级的低碱硅酸盐或低碱普通硅酸盐水泥,水泥熟料中C 3 A 含量不应大于8%;矿物掺和料的品种仅限于粉煤灰、磨细粉煤灰、矿渣粉或硅灰;其余技术要求应符合《客运专线高性能混凝土暂行技术条件》的规定。

(3)压浆材料中不得含有UEA 或铝粉为膨胀源的膨胀剂。严禁掺入含氯盐类、亚硝酸盐类或其它对预应力筋有腐蚀作用的外加剂。

(4)压浆料或压浆剂中氯离子含量不得超过胶凝材料总量的0.06%。

(5)水胶比不超过0.34。

二、浆体搅拌操作顺序为:首先在搅拌机中先加入实际拌合水的 80 %~ 90 %,开动搅拌机,均匀加入全部压浆剂,边加入边搅拌,然后均匀加入全部水泥。全部粉料加入后搅拌 2 min ;然后加入剩下的 10 %~ 20 %的拌合水,继续搅拌 2 min 。搅拌时间一般不宜超过 4 min 。

铁路后张法预应力混凝土梁管道压浆剂的研制

在十一五期间,我国将大量建设客运专线以满足我国经济持续高速发展的要求。客运专线高架桥梁多,火车运行时速高,其对预应力混凝土梁结构的耐久性要求高。灌浆材料作为预应力混凝土梁的关键材料之一,能保护预应力钢筋不外露而遭锈蚀,使预应力钢材与混凝土有良好的粘结;保证它们之间预应力的有效传递;使预应力钢材与混凝土共同工作消除预应力混凝土结构或构件在反复荷载作用下应力变化对锚具造成的疲劳破坏,以此来提高结构的可靠度和耐久性。

灌浆材料的质量是影响压浆效果的关键因素。然而,目前应用在地基加固、道路修复、二次灌注、公路桥梁后张法预应力管道灌浆等工程的灌浆料,普遍存在收缩大材料均质性不好、泌水率过大等问题,从而影响结构的安全性,难以应用于高速铁路压浆工程。

通过减缩剂 J 1 、膨胀组分硫铝酸盐水泥、石膏的复合作用,将浆体 24h 自由收缩率控制在 0.75 %以内。具有保水增稠作用外加剂 K 3 ,能有效防止浆体的泌水分层,提高浆体的均质性。将压浆剂与水泥混合制得的灌浆料进行试验,结果表明灌浆材料具有微收缩、高流动度、无泌水、均质性好、凝结时间正常、强度高的特点,可应用于客运专线混凝土预制梁孔道压浆工程。

1 原材料与实验方法

1 . 1 原材料

( 1 )水泥: 42.5 级的普通硅酸盐水泥,水泥熟料中 C 3 A 含量不应大于 8 %。标准水泥采用拉法基 P.O42.5 水泥,其化学成分见表 1 。

表 1 试验原材料的化学成分

 

化学成分/%

SiO 2

AL 2 O 3

Fe 2 O 3

CaO

MgO

SO 3

R 2 O

LOSS

亚东 P.O42.5

20.47

5.9

4.8

59.64

3.74

2.08

/

2.44

标准水泥

21.61

5.64

2.36

58.79

2.49

2.54

0.53

/

(2) 减水剂, FDN 高效减水剂:减缩剂 J 1 ,一种有机外加剂;膨胀组分, UEA 、 GNA 、 ZY 膨胀剂,硫铝酸盐水泥、石膏;矿物掺和料,粉煤灰、硅灰、矿粉、石灰石粉等;增粘保塑组分 K 3 ,一种有机高分子材料;缓凝剂 J 2 。

1 . 2 实验方法

1 . 2 . 1 流动度

参照 JTJ041 — 2000( 附录 G-11) 进行,通过测试马氏锥中浆体全部流出的流动时间来考查浆体的流动度,单位 s 。

1 . 2 . 2 毛细泌水率

实验装置如图 1 所示,在容器中间置入一束 7 芯钢丝束,钢丝束在容器内露出的高度为 1 ~ 3cm 。往

容器内填灌水泥浆体积为 V o ,浆体静置 3h 测试其表面泌水 V 1 。毛细泌水率计算公式为:


( 式 1)

式中: V 1 ——浆体上部泌水的体积; V 0 ——测试前浆体的体积。

1 — 705 钢丝束: 2 —静置一段时间后的泌水: 3 一压浆料

图 1 毛鳗必水率示意图

1 . 2 . 3 自由收缩率
   按照 JTJ041 — 2000( 附录 G-10) 。容器采用直径 60mm 、高 500mm 、底部封闭的透明玻璃管,管壁标有刻度。装入 800mL 左右浆体,然后使用保水膜封闭上端,记录刻度 a 1 ,不同时刻下测试浆体的刻度为 a 2 ,则不同时刻的自由收缩率计算公式为:


(
式 2)

1 . 2 . 4 充盈度

图 2 测试灌浆料充盈度实验装置

  实验装置如图 2 所示,内径为 10mm 的透明有机玻璃管,两端的直管夹角 120 °,每部分长度为 0.5m 。将拌制好的浆体静置 1min ,通过流动锥将浆体灌入固定在固定架上的充盈度管中。充完浆体后,用塑料薄膜密封圆管的两端。在 23 ℃ 土 2 ℃ 的条件下放置 7d ,观察管内部是否有直径大于 3 ㎜ 的气囊,或者是否存在水囊或水蒸气,在管道的两端是否有大量的泡沫层。

2 试验结果与讨论
  
水泥净浆由于化学收缩、自收缩、干燥收缩等原因,灌入管道后会产生较大的体积收缩。本文通过掺入膨胀组分来解决收缩过大的问题,但实验过程中发现,膨胀组分硫铝酸盐水泥、石膏在减少收缩的同时,会导致流动度降低。通过掺入高效减水剂、缓凝剂,控制膨胀组分掺量,优选矿物掺合料来解决减少收缩和流动度之间的矛盾。

2 . 1 膨胀剂和膨胀组分对灌浆料膨胀性能和流动度的影响
2 . 1 . 1 膨胀剂对灌浆料膨胀性能和流动度的影响
   实验过程中试验了 UEA 、 GNA 、 ZY 三种膨胀剂,实验配比及结果见表 2 。

表 2 膨胀剂对灌浆料膨胀性能和流动度的影响

编号

组分

掺量 /%

24h 自由收缩率 /%

初始扩展度 / ㎝

0.5h 扩展度 / ㎝

1

水泥

100

2.23

26.0

26.9

2

UEA

15

1.27

23.0

24.2

3

GNA

15

1.34

24.6

23.8

4

ZY

15

1.36

24.1

26.2

  实验结果表明,三种膨胀剂掺量高达 15 %时,虽然能减小浆体的 24h 自由收缩率,其中以 UEA 膨胀剂效果最好,收缩为 1.27 %,但均大于 1 %,无法解决收缩太大的问题;且掺入三种膨胀剂后均导致扩展度降低,掺入 UEA 组降低最明显,无法达到灌浆料流动度指标。因此通过复合膨胀组分来解决收缩过大的问题。

2 . 1 . 2 硫铝酸盐水泥、石膏对灌浆料 24h 自由收缩率和流动性能的影响
   硫铝酸盐水泥和石膏两种膨胀组分能有效地减小浆体早期收缩。硫铝酸盐水泥熟料在水化前后固相总体积会增加:石膏一方面能生成晶体产生膨胀,另—方面与硫铝酸盐水泥熟反应生成钙矾石,提供合适 A1 2 O 3 /SO 3 。实验配比见表 3 。
   由 1 # 、 5 # 、 10 # 实验结果可知,纯水泥浆体由于塑性收缩、干燥收缩和自收缩及减水剂 FDN 掺量较大使得浆体易泌水,从而导致浆体 24h 的自由收缩率较大,高达 2.23 %;硫铝酸盐水泥、石膏的掺入能产生固相膨胀来弥补灌浆材料 24h 的收缩,单掺硫铝酸盐水泥和石膏都能将浆体 24h 自由收缩率控制在 1 %以内。实验中研究了这两种组分掺量为 15 %时,浆体 24h 自由收缩率随时间的变化,见图 3 。

表 3 硫铝酸盐水泥和石膏对灌浆料 24h 自由收缩率和流动度影响

编号

硫铝酸盐水泥 /%

石膏 /%

24h 自由收缩率 /%

初始扩展度 / ㎝

0.5h 扩展度 / ㎝

1

0

0

2.23

35.0

34.0

2

3

0

2.21

35.0

33.5

3

6

0

1.98

35.0

31.0

4

9

0

1.74

34.5

29.0

5

15

0

0.55

33.5

23.0

6

0

0

2.23

31.5

30.0

7

0

3

1.86

29.0

30.0

8

0

6

1.66

27.0

27.5

9

0

9

0.87

23.8

26.5

10

0

15

0.46

0

0

图 3 掺 P1 、 P2 组分浆体 24h 自由收缩率随时间的变化

  从图 3 可知,浆体在搅拌完后 7h 内浆体的收缩速度较快,在 7h 收缩达到最大值。有文献研究表明,养护 1 d 才测量初长忽略了大部分的早期自收缩,初凝后 10min 开始测量初长较为合理。从以上的实验数据可以看出,在浆体搅拌后 7h 内的收缩达到 1d 收缩的最大值,所以从浆体搅拌完开始测量收缩才能真实地反应灌浆料灌入孔道后的体积稳定性情况。
   由表 3 中的扩展度数据可知,掺入硫铝酸盐水泥和石膏会导致浆体的流动性能降低。用硫铝酸盐水泥、石膏分别等量取代水泥进行实验。随硫铝酸盐水泥掺量的增加,浆体的初始流动度无很大降低,但 0.5h 流动度出现较明显的损失,在掺量为 15 %损失达 30 %。随着石膏掺量的增大,浆体的初始流动度降低较大,掺量较小时 0.5 h 流动度无损失,反而有些增加;在掺量为 15 %时,浆体初始流动度为零。

2 . 1 . 3 减绵剂 J 1 对灌浆材料 24h 自由收缩率和流动性的影响
   减缩剂 J l 是一种有机外加剂,其减缩机理为能够降低水泥石毛细管中水的表面张力,本文试验了其掺量变化对减小收缩和流动度的影响,实验结果见表 4 。

表 4 减缩剂 J 1 对减小浆体收缩实验

编号

水泥 /%

J 1 掺量 /%

24h 自由收缩率 /%

初始扩展度 / ㎝

0.5h 扩展度 / ㎝

1

70

0

0.820

26.4

24.2

2

70

0.05

0.775

23.8

22.7

3

70

0.07

0.670

23.5

22.5

4

70

0.1

0.600

23.2

21.6

5

70

0.5

0.570

18.4

18.6

6

70

1

0.570

0

0

  由表 4 的实验结果可知:减缩剂 J 1 能有效地减小浆体早期的自由收缩,在掺量小于 0.5 %范围内,随掺量的增加收缩减小;但掺量超过 0.5 %,没有减缩效果。 J 1 的掺量会影响浆体的流动性能,由表 4 可知,减缩剂的加入,会大大地降低浆体的初始流动度和 0.5h 流动度。在掺量为 0.1 %时,初始扩展度降低了约 12 %, 0.5h 扩展度降低近 1l %,所以减缩剂 J 1 的掺量不宜超过胶凝材料的 0.5 %。

2 . 2 灌浆料流动性能的改善
   为解决各组分的掺入带来的流动度损失问题,可以采取以下措施:①掺入适量的减水剂;②掺入调凝组分 J 2 ③控制硫铝酸盐水泥和石膏掺量;④优选矿物掺合料。

2 . 2 . 1 掺入 FDN 高效减水剂
   采用 FDN 高效减水剂,由实验结果作图得图 4 。由图 4 可知,此减水剂在掺量小于 0.8 %时,能大大改善浆体的初始流动度和 0.5h 流动度,但其掺量过大易带来泌水分层的问题。当 FDN 的掺量达胶凝材料的 1.0 %时,浆体搅拌后 10min 左右浆体分层, 2 ~ 3h 内出现了泌水现象。通过大量的试验表明,减水剂的掺量应控制在 1.0 %以内。

图 4 FDN 掺量对浆体流动性能的影响

2 . 2 . 2 掺入调凝组分
   缓凝剂 J 2 是经过大量的试验从多种缓凝剂中优选出来的,它能延缓灌浆料中组分的水化速度,从而可降低浆体的流动度损失率。其对扩展度影响实验结果见图 5 。
   从图 5 可以看出,当 J 2 掺量小于 0.04 %时,初始扩展度增加不大;掺量达到 0.054 %时,初始扩展度有明显的增加。掺入 J 2 对减小扩展度损失率很明显,不掺 J 2 时,浆体的 0.5 h 扩展度为 0 ,损失率 100 %:掺入 0.018 %量后, 0.5h 扩展度损失率减小为 6.3 %。且在掺量范围 0.018 %~ 0.054 %内,随着掺量的增加, 0.5h 扩展度损失率逐渐减小,在掺量为 0.042 %和 0.054 %时甚至出现 0.5h 扩展度增加。但 J 2 掺量太大,也对流动度不利,当掺量达 0.3 %时,初始扩展度和 0.5h 扩展度均为 0 ,且掺量大易导致浆体泌水。 J 2 的最佳掺量为 0.054 %。

图 5 缓凝剂 J 2 对流动度的影响

  由 2 . 1 . 2 可知,掺入硫铝酸盐水泥和石膏会明显降低浆体的流动性能,因此控制两者的掺量是很有效的方法。此外,压浆剂中含有矿物掺合料,优选矿物掺合料也有利于改善浆体的流动性能。

2 . 3 灌浆料的泌水性能和充盈度
   在实验研究过程中发现,在高流动度,不掺外加剂 K 3 情况下,浆体搅拌后静置 10min 便出现分层、粘锅, 2h 内出现泌水现象。由于外加剂 K 3 具有保水增稠作用,加入 K 3 能大大提高浆体的均质性,减少泌水,浆体的自由泌水率、毛细泌水率控制为 0 %。通过 K 3 与其他外加剂的协同作用,浆体灌入“ V ”形管道后,在凝结硬化过程中不存在大的气囊,管道的两端未出现泌水现象,浆体硬化后很密实,表明灌浆料具有很好的充盈度。

3 灌浆材料的主要性能
  
用标准水泥拉法基水泥来检测压浆剂综合性能。将压浆剂与标准水泥混合均匀,按水胶比 0.32 加入拌和水,按照技术规范的搅拌工艺搅拌。按照文章前面所述的实验方法进行各个指标的测试。实验结果表明:灌浆料具有很好的流动性能,初始流动度为 20s ,半小时 25 s ;成型试块放在养护室进行标准养护,测试灌浆料 7d 和 28d 的抗折强度和抗压强度,结果表明灌浆料具有较好的力学性能。灌浆材料的部分性能见表 6 。

表 6 灌浆材料的部分性能

性能

测试结果

流动度 /s

初始

0.5h

20

25

泌水率 /%

自由泌水率

毛细泌水率

0

0

凝结时间 /h

初凝

终凝

16

18

充盈度

 

24h 自由收缩率 /%

 

0.75

抗折强度 /MPa

7d

28d

10

12

抗压强度 /MPa

7d

28d

56

75

4 结论
  
( 1 )减缩剂 J 1 、膨胀组分硫铝酸盐水泥、石膏的掺入能够减小浆体 24h 的自由收缩率,通过三者复合减缩作用,解决了灌浆料 24h 收缩太大的问题;但同时随着其掺量的增加会导致浆体流动度降低,影响灌浆料的工作性能。
   ( 2 )通过控制减缩剂 J 1 、膨胀组分硫铝酸盐水泥、石膏的掺量,掺入高效减水剂和调凝组分 J 2 ,优选矿物掺合料,能够很好地改善灌浆料的流动度。外加剂 K 3 具有极好的保水增稠作用,加入 K 3 能有效地降低浆体的泌水率,提高浆体的均质性。
   ( 3 )用拉法基标准水泥检测压浆剂的各项性能,实验结果表明灌浆料的 24h 自由收缩率为 0.75 %,初始流动度 20s 、 0.5h 流动度 25s ,泌水率为 0 ,初凝时间 16h 、终凝时间 18h , 7d 抗折强度 10MPa 、抗压强度 56MPa , 28d 抗折强度 12MPa 、抗压强度 75MPa ,并具有很好的充盈度。

检测报告

 


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