低水胶比高流动度预应力管道压浆材料试验研究

第 4 0卷 ， 第 6期 2 0 1 5年 1 2月 公 路 工 程 Hi g h wa y En g i n e e r i n g Vo 1 4 0NO 6 De c ， 2 0 1 5 低水胶 比高流动度预应力管道压浆材料试验研究 郑 国 ( 贵州桥梁建设集 团有限责任公 司 ， 贵州 贵 阳5 5 0 0 0 0 ) 摘要 在压浆工艺 、 设 备一定的条件下 ， 压浆材 料的性能是 保证后 张法预 应力管 道压浆 密实的关键 因素 。 本文 以试验 为基 础 ， 深入研究 了聚羧酸盐 高效减水 剂用量 、 活性 矿粉 的细度等 因素对 高性能压 浆材料 性能 的影 响 以及其作用机理 。 关键词低水胶比；高流动度；预应力管道； 压浆材料 中图分类号 U 4 1 4 1 文献标识码 A 文章编号1 6 7 4 0 6 1 0 ( 2 0 1 5 ) 0 6 0 2 5 6 0 3 Ex p e r i m e nt a l Re s e a r c h o n Pr e s t r e s s e d Co n c r e t e Pi p e Gr o u t i n g M a t e r i a l wi t h Lo w W a t e r Ce me n t Ra t i o a n d Hi g h Fl u i d i t y ZHENG Guo ( G u i z h o u B r i d g e C o n s t r u c t i o n G r o u p C o ， L T D，G u i y a n ，G u i z h o u 5 5 0 0 0 0 ，C h i n a ) Ab s t r a c t U n d e r c e r t a i n c o n d i t i o n s o f t h e g r o u t i n g e q u i p m e n t a n d t e c h n o l o g y ， T h e q u a l i t y o f g r o u rin g ma t e r i a l i s a k e y f a c t o r t o g u a r a n t e e p r e s t r e s s e d p i pe l i n e g r o u t i n g c o mp a c t n e s s Ba s e d o n e x pe r i me n t ， t h e p a p e r s t u d i e s t h e e f f e c t o f t he f a c t o r s a nd me c h a n i s m o f h i g h q u a l i t y g r o u t i n g ma t e r i a l ， i n c l u di n g t h e d o s a g e o f t he p o l y c a r bo x y l a t e s u p e r p l a s t i c i z e r 、 t h e f i n e n e s s o f t h e a c t i v e mi n e r a l po wde r K e y w o r d s l o w w a t e r c e m e n t r a t i o ；h i g h fl o w；p r e s t r e s s e d c o n c r e t e p i p e ； g r o u t i n g m a t e r i a l 1 概 述 在后 张法预应力混凝土结构 中， 孔道压浆起到 十分重要 的作用 ， 其 主要作用有 2个方 面：保证 预应力钢绞线被水泥浆包裹以防止锈蚀 ； 保证预 应力钢绞线与本体混凝土形成一个整体以增加结构 的整体刚 度， 提 高结 构 的抗裂 性与 承载 能力 。 为保证预应力孔道压浆饱满 ， 除了采用先进的工艺 和设备外 ， 压浆浆液的性能起到了关键作用 ， 而浆液 的性能取决于外加剂的使用。鉴于现浇后张预应力 结构 的长束、 超长束的 日益增多 ， 施工现场对浆液的 流动度及流动度的保持性提 出了更 高的要求 ， 且为 了保证压浆密实须在保证流动度的同时浆体不能产 生 泌水 ， 因泌 水可 在 孔 道 内形 成泌 水 通 道 而 最 终在 浆液凝固成 型后形 成泌水 空洞 ， 致使 压浆不密实。 因此压浆材料必须满足高流动度与零泌水率的双重 要求 ， 第三代高效减水剂 一聚羧酸及 聚羧酸盐高效 减水剂的应用， 其高达 2 5 以上 的减水率及 同时兼 备引气功能， 使得在减少用水量的同时提高流动度 得以实现 ， 而超细活性材料 的掺人可改善水泥水化 物的分散性， 减少流动度的经时损失 。 目前 ， 高性 能预应力管道灌浆材料 已纳入 公 路桥涵施 工技 术规范 ( J T G T F 5 02 0 1 1 ) ， 与 2 0 0 0版规范相 比， 提出了“ 低水胶 比、 高 流动度、 零 泌水率、 微膨胀性” 等相关要求。本文将结合新技 术规范的相关要求对高性能压浆材料的关键组分掺 量、 目数等因素对其配置的浆液性能稳定性 的影响 进行研究分析， 以达到降低预应力管道压浆剂成本 和保证压浆质量的双重要求。 2试验材料及试验仪器 2 1试验 材料 聚羧酸盐高效减水剂( z Y ) ， 镁石粉 ( 1 2 5 0目) ， 镁石粉( 2 5 0 0目) 、 镁石粉 ( 4 0 0 0目) ， 镁石粉 ( 8 0 0 0 目) ， P I 4 2 5基准水泥 ， 自来水 ， 复合型膨胀剂。 2 2试 验设备 试验用高 一低速搅拌 ( 高速 1 4 0 0 r mi n ， 线速 度 1 4 3 m s ) 、 标准 流锥 ( 1 7 2 5 mL土5 m L ) 、 标 准 压 收稿 日期】2 0 1 4 - 0 3 一 O 4 作者简介】郑国( 1 9 8 2 一) ， 男 ， 贵州贵 阳人 ， 工程师 ， 主要从 事桥梁工程施工管理工作 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 5 8 公路工程 4 O卷 加 ， 最终泌水的 自由水更容易在压力作用下泌出 ， 需 要说明的是 ， 由于聚羧酸盐的使用 ， 使得浆体在硬化 凝固过程 中形成一层致密的保 护膜， 自由水不 能通 过保护膜而泌出， 因而在使用聚羧酸盐高效减水剂 时 自由泌 水率 为零 较 容 易 做 到 ， 而 压力 泌 水 率 是 否 合格则跟聚羧酸 的掺量及其减水、 引气量有 直接 的 关 系， 从下表可以看出， 当聚羧酸盐高效减水剂掺量 超过临界点后 ， 由于其分子不再被水泥颗粒吸附， 其 流动度不再提高的同时 ， 压力泌水率增加 的幅度亦 比较小 ， 见 图 3 。 承 、 瓣 簧 璃 图 3 聚羧 酸盐掺量对压力泌水率的影响 F i g u r e 3 T h e e f f e c t o f t h e p r e s s u r e b l e e d i n g r a t e o f t h e p o l y e a r b o x y l i e a c i d i n c o r p o r a t i o n 4 活性矿粉对流动度 的影 响及 其作 用机理 本次试验 以镁石粉作 为活性矿粉 ， 规格分别为 1 2 5 0目， 2 5 0 0目、 4 0 0 0目， 8 0 9 0目4种， 掺量均为水 泥用量的 5 ， 各组试验水胶 比仍为 0 2 7 ， 聚羧酸盐 高效减水剂掺量均为 0 3 0 ， 本此试验共分五组 ， 其 中第 1 组为不掺加活性矿粉 ， 试验结果见表 3 。 表 3 活性矿粉 的细度对流动 度的影响 T a b l e 3 T h e e f f e c t o f t h e fl o w o f t h e a c t i v e p o w d e r fi n e n e s s 从 上 图可 以看 出 ： 当不掺 入矿 粉 时 ， 新拌 浆 液 的 初始流动度为 2 2 8 s ， 浆液的流动度经 时损失性较 大 ， 3 0 mi n损失 4 6 9 ， 6 0 m i n损失 1 6 1 。随着掺 人矿粉 的作用 ， 当掺 入 1 2 5 0目的矿粉时 ， 初始 流动 度为 1 8 9 s ， 3 0 m i n流动度 2 2 7 S ， 6 0 mi n流动度为 3 0 6 S ， 3 0 m i n流动度经时损失为 2 0 ， 1 ， 6 0 mi n流 动度 经 时 损 失 为 6 1 9 。 而 随 着 掺 入 矿 粉 的 目数 更细， 初始流动度得到改善 ， 流动度经时损失随之减 少 ， 当采 用 8 0 0 0目矿 粉 时 ， 初 始 、 3 0 mi n 、 6 0 mi n流 动度分别为 1 5 9 s ， 1 8 5 s ， 2 0 5 S ， 3 0 mi n 、 6 0 mi n流 动度经时损失分别为 l 5 ， 2 2 4 。 活性矿粉之所 以能够改善浆液的流动度， 主要 有 以下 3个方面的原因 ： 镁石粉的细粉颗粒表面 光 滑 ， 颗粒 较细 ， 水 份 在其 表 面 吸附 作用 小 ， 同 时表 明致密光滑的镁石粉颗粒分散在水泥颗粒 之间， 将 填充到空隙中的水置换出来 ， 增加颗粒之间的隔水 层 ， 起到分散剂 的作用 ， 对水泥水化 过程 中形成 的 “ 絮凝结构” 有解絮作用。矿粉 的密度比水泥小 ， 在胶凝材料总量不变的情况下 ， 增加 了浆体的含浆 量 ， 从而改善 了其流动性。镁石粉的主要成分属 于一种活性较低的填料 ， 当浆体中水泥被镁 石粉取 代后 ， 水泥的使用量减少 ， 同时可减少水泥中铝酸三 钙 ， 铁 铝酸 四钙相 对 含量 ， 减少 水泥 熟料对 高效 减水 剂的吸附作用 ， 使整个体系的水化速率减缓， 因此加 入 镁石 粉 可 以减 少浆 液流 动度 经时 损失 。 5 小 结 本文 以试验为基础 ， 研究 了聚羧酸盐高效减水 剂用量与活性矿粉的细度等因素对高性能压浆材料 性 能 的影 响 ， 并得 到 以下 有益 结论 ： 聚羧酸高效减水剂应 用于压浆材料中可在 较低的水胶 比条件下使浆 液达 到较高的流动度 ， 同 时水泥颗粒对聚羧酸盐分子的吸附作用存在一个饱 和点 ， 表现为随着聚羧酸盐高效减水剂掺量的增加 浆 液 的流 动度呈 现先 升后 降 的现象 。 聚羧酸盐 高效减水剂同时兼有减水与引气 的作用 ， 其掺人压浆材料 中在提高流动度的同时在 浆体中引人大量微细气泡， 而微细气泡 的数量与尺 寸对浆体的强度有直接影响 ， 试验数据表明 ， 聚羧酸 盐掺 量接 近饱 和值后 其抗 压 与抗折 强 度 出现 明显 的 下降 ， 下降幅度在 2 0 以上。 压浆材料 中加入活性矿粉 ， 起到了分散剂作 用 ， 可有效改善浆液的流动性 ， 且随着矿粉的细度提 高， 其流动度改善越明显 ， 同时流动度经时损失随之 减小。而矿粉 目数越高成本则增加越多 ， 因此对不 同矿粉材料而言也才在最佳掺量与目数契合点以降 低材料成本。 参考文献 1 梁晓东 ， 陈康军 ， 徐有为 后张 法预应力管道压浆 质量控制研 究 J 公路 ， 2 0 1 2 ( 8 ) ： 4 1 4 3 2 张丽 预应力 管道压浆 质量控 制分 析 J 交通 标准化 ， 2 0 1 2 ( 下 转第 2 7 5页) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 第 6 期 黄书科 ： 添加底碴与 R A P的沥青 混合料疲劳性能研究 2 7 5 ( 上 接 第 2 5 5页 ) 区的关系。由于沥青混合料的路用性能与气候环境 有着直接关系， 在不同的气候条件下 ， 沥青混合料的 性能表现有所不同 ， 所 以对沥青混合料 的性能也有 不同的要求。可以按照不 同指标将与道路气候分区 建 立联 系 。 。 表 9分区结果表明 ： 5 O 高模量沥青混合料 ， 除 过低温 1区， 基本都 能满足各个 气候分 区的要求 ， 7 0 +P R S高模量沥青混合料 ， 几乎适用所有气候分 区， 而 7 0 +P R S由于 T S R小于 8 0 而不能满足湿 润区气候分区要求 ， 说 明其适用性受到了很大 的制 约 。 4 结论 高模 量沥 青 路面 设 计计 空 隙 率宜 控制 在 3 5 5 。级配曲线走向可取由下往上穿越级配 中值的 s型曲线。 P R M和 P R S改性剂对提高沥青混合料高温 稳定性 起 到 了显 著 的作 用 。在 试 验 掺 量 0 一 0 6 范 围内， 改性剂掺量存在临界值 ； 7 0 +P R S和 P R M改性沥青混合料比 5 0 沥青混合料拥有更强的 极端高温气候下抵抗永久变形能力 ； 对提高沥青混 合料的水稳性能有显著 的作用 ； 对混合料 的低温抗 裂性有一定的改善 。 通过对 3种高模量沥青混合料的性能分析， 得出 7 0 撑 +P R S沥青混合料各方面路用性能都 比较 优越 ， 适合气候 恶劣地 区道路 以及重 载交通道路 。 5 0 沥青混合料适合低温多雨地 区， 7 0 +P R M沥青 混合料适合少雨地 区。 参考文献 1 P e d r o R o me r o ， K e v i n D， S t u a r t ， Wa l a a Mo g a we r ， F a t i g u e R e s p o n s e o f As p h a l t Mi x t u r e s T e s t e d b y t h e F e d e r a l Hi g h wa y Ad mi n i s t r a t i o n S Ac c e l e r a t e d L o a di n g Fa c i l i t y， As s o c i a t i o n o f As - p h a h P a v i n g T e c h n o l o g i s t s J 2 0 0 0， Vo 1 6 9 ： 2 1 2 2 3 5 2 潘友强国产硬 质沥青 在浇 注式 沥青 混凝 土 中的应 用研 究 D 南京 ： 东南大学 ， 2 0 0 6 【 3 P e d r o R o me r o ， K e v i n D， S t u a r t ， Wa l a a Mo g a w e r ， F a t i g u e R e - s p o n s e o f As p h a l t Mi x t u r e s T e s t e d b y t h e F e d e r a l Hi g h wa y Ad - mi n i s t r a t i o n S Ac c e l e r a t e d L o a d i n g Fa c i l i t y， As s o c i a t i o n o f As - p h a h P a v i “ g T e c h n 0 1 。 g i s t s J 2 0 0 0， V o 1 6 9 ： 2 1 2 2 3 5 4 潘强国产 硬质沥青 沥青混凝土 的应用研究 D 西 安 ： 长安 大学 ， 2 0 0 9 5 J e a n - F r a n c o i s C o r t 6 a n d J e a n - P i e r r e S e r f a s s T h e F r e n c h Ap p r o a c h t o As p h a l t Mi x t u r e s De s i g n： APe r f o r ma n c e - Re - l a t e d S y s t e m o f S p e c i f i c a t i o n s AAP T，2 0 0 0 6 杜顺成 沥青混合料 高温稳 定性 评价指 标和级 配设计方 法研 究 D 西安 ： 长安 大学 ， 2 0 0 7 7 杨朋 高模量沥青及其混合料研 究 D 广州 ： 华南 理工大学 ， 2 01 2 8 S o u l h Afr i c a n B i t u me n As s o c i a t i o n ( S a b i t a ) ，S a b i t a C o u n c i l a p p r o v e s f u n d i n g t o i m p l e m e n t Hi g h Mo d u l u s As p h a l t ( HMA) t e c h n o l o g y f o r S o u t h Afr i c a n c o n d i t i o n s J As p h a l t N e ws ， S a b i t a，Vo l u me 2 2，I s s u e 3，No v e mb e r 2 0 0 8 9 No u v e a u x ma t 6 r i e l ML P C p o u r m o d u l e e t f a t i g u e d e s e n r o b 6 s ( L C P C 2 0 0 6 ) 1 0 周庆华 ， 沙爱 民， 杨琴 高模量沥青混 凝土力学性能试验研究 J 郑州大学学报 ： 工学版 ， 2 0 0 8 ( 3 )： 1 2 8一l 3 1 1 1 邱志雄 ， 李晋峰 。 卢 辉 ， 等 高模量 改性沥青 在长 陡坡沥青路 面 中的应用 J 中外公路 ， 2 0 0 6 ( 6 ) ： 1 0 51 0 7 1 2 潘 虹 沥青 及沥青 混合料 的适 用性研 究 D 西安 ： 长安 大 学 , 2 0 08 1 3XP S h i ，T F F w a ，S A T a n F l e x u r a l F a t i g u e S t r e n g t h o f P l a i n C o n c r e t e J