薛洪涛论文电子版2014519

大跨度预应力铁路混凝土现浇梁孔道压浆试验研究薛洪涛（中铁十九局集团第七工程有限公司沱江大桥项目部）摘要：通过实验室试验及施工现场模拟试验，研究不同水泥浆配合比的综合性能，确定预应力为孔道压浆材料水泥浆体的最优配合比，并提出现场压浆施工工艺以及注意事项。关键词：预应力混凝土孔道水泥浆体压浆试验研究１工程概述１.１鳌龙河特大桥工程简介长吉城际铁路CJCJ-2标鳌龙河特大桥中心里程DK77+346.6，桥型布置２６－３２m+1-(40+64+40)m+２－３２m+１６－２４m+３２－３２m，共计７９跨，全长２６０３m。２７号墩至２９号墩设计为１联（40+64+40）变跨连续梁，主跨橫跨专用线铁路。连续箱梁全长１４５.２m，位于线路纵坡为－１.９‰的斜坡上。截面类型为单箱单室、变高度箱梁，桥面板宽１２.２m，橫桥向挡砟墙内侧设２%的人字型排水坡，两侧翼缘板悬臂长２.９m，顶板厚由０.６９－０.４３m，底板厚度由１.００－０.４４m。梁底下缘按圆曲线变化，根部梁高５２９cm，跨中及边跨高２８９m,箱梁采用斜腹板，腹板宽５０－１１０cm,斜度１５：１，根部箱梁底宽６３５.２cm,跨中箱梁底宽５７４cm。边支座横桥向中心距４.４m。１.２压浆的重要性在后张有粘结预应力混凝土结构中，预应力筋的防腐蚀问题及与结构混凝土的共同工作问题是通过压力压浆充满预应力筋预埋孔道和预应力筋之间的空隙予以解决的，当后张预应力筋处于非水平的倾斜状态、多跨度弯曲状态和垂直状态时，水泥浆的泌水蒸发后形成无水泥浆存在空间，使该处的预应力筋失去保护。而预应力筋在高应力（现代预应力结构中，预应力筋的应力通常在１０００MPa以上）状态下对腐蚀损坏相当敏感（即预应力腐蚀），造成预应力筋的腐蚀部位断面缺损，影响预应力混凝土结构的安全和耐久性。因此，灌装质量的好坏直接影响到预应力筋的防腐蚀性能、预应力构筑物的安全性能和耐久性能。目前，预应力混凝土孔道压浆施工中，常出现质量问题：孔道中水泥浆未充满，有空隙；水泥浆体硬化后收缩与孔道壁分离；水泥浆硬化后强度不满足规范要求。１.３预应力混凝土孔道压浆指定用JM-Ⅲ压浆剂简介JM-Ⅲ型（抗裂、防渗）混凝土压浆剂，是江苏省建筑科学研究院建筑材料研究所研制开发的多功能产品。它不仅具有高效抗裂防渗性能，而且具有减水增强、凝结时间适中、保塑性好、施工和易性好、抗冻、防腐蚀等特点，是一种多功能抗裂防渗材料。２.压浆用水泥浆的室内配合比试验２.１水泥浆主要性能的测试方法２.１.１水泥浆流动度测试方法水泥浆流动度测试方法采用流锥法，流锥时间测试按美国标准CRD-C79-58进行，是通过量测一定体积（１７２５ml）的水泥浆从一个标准的流锥中流出的时间来确定的。对任何水泥浆至少应做两次试验。２．１.２水泥浆泌水率的测试方法采用１０００ml的量筒，将调制好的水泥浆约８００ml注入量筒内，记下体积数值，将量筒上口加盖封好，从水泥浆注入量筒时算起，每小试时将上口盖打开，倾斜量筒，用吸管吸出泌水，加以记录，泌水体积除以试样浆体的含水量即为泌水率，计算公式如下：泌水率（%）＝泌水体积／（试样浆体重量g）*浆体含水率（%）*１００%２.１.３水泥浆膨胀率的测试方法测试水泥浆的膨胀率分两部分测试：一为测水泥浆体凝结前膨胀率，一为测水泥浆中后期膨胀率。测凝结前膨胀率是结合泌水率的测试进行的，即将测试好泌水的水泥浆继续静置２１h（实际上距制浆时间为２４h）后量测水泥浆膨胀后的浆面高度。膨胀的体积除以水泥浆原体即为膨胀率。计算公式如下：膨胀率＝（膨胀后的水泥浆面高度－最初填灌的水泥浆面高度）／最初填灌的水泥浆面高度*１００%，测中后期膨胀率的方法为：用４cm*４cm*１６cm水泥软练砂浆三联模，在其两端镶铜测头，水泥浆入模后２４h拆模，并量测试件长度作为试件初始长度。试验在２０OC标准条件下进行，前１４d为水中养护，１４—１８d在湿空气中养护。分别测量试件２d，３d，７d，１４d，２８d的长度。膨胀的长度除以试件基长即为膨胀率，计算公式如下：膨胀率＝（膨胀后的长度－初始长度）／试块基长*１００%。２.１.４水泥浆强度的测试方法用砂浆试块模对每种配比的水泥浆都制作一组（６块）试块，标养到２８d，测其抗压强度。２.２JM－Ⅲ掺量８%，调整水胶比测试水泥浆的性能２.２.１水泥浆的流动度测试结果分析：①水胶比为０.３４－０.３５之间的水泥浆的流动性符合规范要求；②静置２０min后，水泥浆的流动度损失较大，故要求浆液制好后应尽快压浆；且每根孔道压浆的时间不宜过长；③在压浆过程中不允许出现中断的情况，必须一次性不间断压完某根孔道。２.２.２水泥浆的泌水率测试结果分析：①随着水胶比（W/A）的增大，泌水率增大；②各种配比的水泥浆在调制好灌入量筒并静置后，均出现水泥浆体离析现象（上层为泡沫，中层为泌水，下层为实浆，只有W/A＝０.３３的浆体无泌水层）；③从量筒中，静置２４h，这种泡沫及泌水的混合物分层更加明显，但下层沉淀的浆体在２４h后仍能用水冲洗，说明其没有强度；④水胶比０.３３－０.３５的泌水率均小于２%。２.３固定水胶比，调整JM－Ⅲ掺量测水泥浆体性能由“固定JM－Ⅲ掺量，调整水胶比例水泥浆体的性能”试验结果，可知水胶比为０.３５调整JM－Ⅲ掺量６%，８%，１０%，１２%，１５%测定水泥浆体的各项性能指标。通过系列试验（试验数据不再赘述列出，只对试验结果进行归纳），我们发现，随JM－Ⅲ掺量的增加：①水泥浆体的流锥时间逐渐减小。但掺量１５%时的流锥时间比掺量为１２%时的流锥时间减小很少。且此时搅拌锅底有水泥沉淀现象；②水泥浆体的表面泡沫层厚度增大，分层离析现象逐步严重，泌水率增大；③水泥浆体的膨胀率逐步增大，但当掺量超过１２%时，膨胀度的增大不再明显；④水泥浆体的２８d试块强度都在７0Mpa左右波动。２.４优化组合确定水泥浆的外加剂掺量和水胶比通过上述两大系列试验，我们确定压浆用水泥浆体的优化组合配比为:JM－Ⅲ掺量８%、水胶比０.３５，其综合性能满足规范要求。３模拟试验３.１在一工区现场采用不同压浆方法、配比水泥浆的压浆的对比模拟试验。３.１.１压浆组织进行了真空辅助压浆与普通压浆的对比试验。真空压浆压注不同水泥浆的对比试验，两种不同水泥浆的配合比进行。对比试验所用的孔道材料、孔道长度、孔道内穿钢绞线的量全部相等，在同一时间压浆，压浆３d后剖管检查。３.１.２试验结果分析①采用普通压装工艺进行压浆的试样，掺JM－Ⅲ的水泥浆，浆体能较好地充满塑料波纹管道，由少量泌水引起的凹坑主要集中在塑料波纹管的高度５mm凸出波形内，在两波形之间会有少量凹陷小于２m、形状类似气泡的指甲大凹坑。说明采用普遍压浆工艺，只要能真正严格把关亦能很好地将塑料波纹管孔道灌满密实。②采用真空辅助压浆工艺进行压浆的试样，掺VSL公司提供配比的水泥浆，浆体亦能很好地将塑料波纹管灌满。但是真实辅助压浆的浆体早期强度高于普通要压浆的浆体强度。③当采用掺JM－Ⅲ的水泥浆，采用真空辅助压浆和普通压浆制作对比试样，经剖管作对比检查，发现在塑料波纹管的上半部分，真空辅助压浆的饱满度略好于普通压浆，这是由于采用真空辅助压浆工艺时，出浆孔冒浆时间过短，管内气水混合体未排除所致。因此，判定真空辅助压浆是否成功的条件应该是：两端均冒出与进浆相同稠度的浆液，且无明显的气泡，在有压（０.７MPa）情况下持压２min为标准。３.２二工区施工现场的压浆模拟试验３.２.１压浆组织四根波纹管道共分两组，一圆一扁搭配成一组，简称甲组和乙组。甲组的配比为：JM－Ⅲ按量８%，水胶比０.３６（考虑施工现场中制浆的效果不如实验室制浆效果），２００９年８月２２日下午压浆９月３日上午剖管检查压浆效果。乙组的配比为：JM－Ⅲ按量８%，水胶比０.４０，８月２４日中午压浆，９月１０日上午剖管检查压浆效果。３.２.２试验结果分析①甲组圆波纹管中的水泥浆体基本充满整个孔道，无预应力筋外露现象；在拱形的顶部表面有０.５mm左右厚的暗红色粉块层，用手捏之即散，这是由水泥浆中的泡沫聚集失水而成，说明排浆孔冒浆时间过短，水泥浆中泡沫未排除所致；同时，水泥浆体有受冻现象，说明浆体在灌注后的４８h不能受冻，否则，会丧失强度或造成强度损失。②甲组的扁波纹管中的浆体完全充满整个孔道，无预应力筋外露情况。③乙组圆波纹管由于压浆中的人为原因，拱形顶部有很大范围内无水泥浆压至，致使这一范围内无水泥浆包裹钢绞线。这说明压浆过程中，任何责任心不强，操作时不按工艺执行，都会造成压浆不密实现象，形成事故隐患。④乙组扁波纹管的局部起拱处有长约５１０mm凹陷，其中４００mm范围内最明显，其宽达６０mm,深约２０mm，说明水泥浆水胶比过大，泌水后形成的空隙。３.３在中心试验室的压浆试验３.３.１压浆组织水泥浆配合比为：JM－Ⅲ按量８%，水胶比０.３５。２００９年８月９日下午压浆，２００９年９月６日开管检查。３.３.２试验结果分析①圆波纹管中，水泥浆体饱满密实，剥开的未见任何裂纹和孔隙；因压浆时水泥浆体有限未能充分排浆，故硬化后的浆体顶部有由薄层水泥浆封住的气泡状指甲大小的凹坑，但数量不多；剥开被波纹管后的硬化浆体在空气中放置１５d后，产生了肉眼可见的符合力学原理的横向裂缝，说明裸露在空气中的硬化浆体会因干缩而形成裂缝。②扁波纹管中的浆体饱满密实，剥开时未见任何裂缝和孔隙；剥开波纹管后的硬化浆体在空气中放置１５d后，产生了肉眼可见的符合力学原理的横向裂缝。４结论４.１由上述试验可知，JM－Ⅲ外加剂减水率较高，达到２０%左右；掺入水泥重量的８%时，水泥浆体的后期膨胀率在０.２%以上；其掺量８%－１０%较合适，大于１０%减水效果增加不明显，且表面出现大量泡沫，小于８%减水效果不够；在气温低于－２０C，掺８%的JM－Ⅲ水泥浆凝结时间约３０－４０h，所以冬季施工可给合早强剂使用。４.２压浆施工时，JM－Ⅲ掺量要准确，搅拌时间不少于３min。由实验可知，水泥浆体静置时间超过２０min后，流动度损失较大，所以现场储浆罐应人工不停搅拌，以防水泥浆流动度降低。４.３施工注意事项①JM－Ⅲ存贮时间不宜超过三个月，当其中的粉末形成块状或颗粒时，其活性会大大降低。因此，凡含有块体或颗粒的M－Ⅲ应视为失效，在工程中不应使用。②压浆的所用水泥夏季宜先用非早强型的普通硅酸盐水泥，这有利于保持水泥浆体的流动性。③掺JM－Ⅲ后的水泥浆在制成后，表面有一定厚度的泡沫层，在压浆时必须充分排出这部分泡沫，且待出浆口排出无泡沫的浆体后封堵排浆口。④在现场实际施工时，还应注意根据预应力混凝土孔道的长度、施工时的温度、湿度、施工设备、拌合用水等实际情况，适当调整水泥浆的配比。⑤每次施工前，都应对水泥浆的原材料进行检查，对水泥浆的流动度进行测定。