超细矿物掺合料对后张法预应力管道压浆材料的影响

中国科技核心期刊 钎 建魄 超细矿物掺合料对后张法预应力 管道压浆材料的影晌 孙长征 “ ， 李磊 ， 赵同峰 ， 赵海南 ( 1 沈阳建筑大学 土木工程 学院， 辽 宁 沈 阳 1 1 0 1 6 8 ： 2 沈阳建筑 大学建筑 设计研 究院， 辽 宁 沈 阳 1 1 0 0 1 5 ) 摘要 ： 研究了超细矿物掺合料硅灰、 超细粉煤灰单掺以及复掺对压浆材料性能的影响， 并运用S E M对其水化产物进行分析。 结 果表明： 随着超细粉煤灰掺量的增加， 压浆料的流动度增加， 硅灰掺量在5 以内可以增加压浆料的流动度 ， 8 以内可以提高压浆 料的力学性能， 硅灰可以提高压浆料的抗沉降性能， 二者都会增大硬化浆体的体积变化率； 5 的硅灰和 1 5 的超细粉煤灰复掺时， 压浆料的力学性能和 工作性较好 ， 体积变化率较小 ， 充盈度试验合格， 水化产物更致 密： 超细矿物掺 合料用量应控制在 2 0 内； 超细 粉煤灰的活性、 形态、 微集料效应较 I级粉煤灰好 。 关键词： 硅灰； 超细粉煤灰； 压浆材料； 力学性能； 工作性能： 体积变化率； 充盈度； S E M分析 中图分类号： T U 5 2 8 文献标识码： A 文章编号： 1 0 0 l 一 7 0 2 X( 2 0 1 5 ) 0 7 0 0 1 4 0 4 I n fl u e n c e o f s u p e r fi n e mi n e r a l a d mi x t u r e o n p o s t - t e n s i o n e d d u c t g r o u t i n g ma t e r i a l S UN Ch a n g z h e n g ， L I L e i ， Z HA0 T o n ff f e n g ， Z HA0 Ha i n a n ( 1 S c h o o l o f Ci v i l En g i n e e rin g， S h e n y a n g J i a n z h u Un i v e r s i t y ， S h e n y a n g 1 1 01 68 ， L i a o n i n g ， Ch i n a ； 2 Bu i l d i n g De s i g n a n d Re s e a r c h I ns t i t u t e， S h e n y a n g J i a n z hu Un i v e r s i t y ， Sh e n y a n g 1 1 0 01 5， Li a o n i n g ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e i n fl u e n c e o f s u p e r f i n e m i n e r a l a d m i x t u r e s u c h a S s i l i c a f u me ， s u p e r f i n e fl y a s h and c o m b i n a t i o n o f s u p e rf i n e n y aSh a n d s i l i c a fum e O i l t h e p r o p e r t i e s o f d u c t g r o u t i n g m a t e r i a l w a s i n v e s t i g a t e d A n d t h e h y d r a t i o n p r o d u c t s o f d u c t g r o u t i n g ma t e ria l We D g an a l y z e d b y S EM，I 1h e e x p e rime n t al r e s u l t s s h o w t h a t wi t h t h e i n c r e a s i n g o f s u p e r f i n e fl y a s h ， t h e f l u i d i t y o f g r o u t i n g ma t e r i als i n c r e a s e d， s i l i c a fume wi t h i n 5 c a r t i n c r e a s e t h e fl ui d i t y o f d uc t g r o u t i n g ma t e ria l ， a n d wi t h 8 c a n i n c r e a s e t h e me c h an i c a l p r o p e r t i e s o f d uc t g r o u t i n g ma t e r i al， s il i c a f u me c a n als o i mp r o v e t h e s u b s i d e n c e r e s i s t a n c e o f t he du c t g r o u t i n g ma t e ria l ， b o t l l of t h e m c a n i n c r e aSe t h e v o l u me c h an g e r a t e of t h e d u c t gro uti n g ma t e ri a 1 C o mb i n e 5 s i l i c a fume wi t h 1 5 s u p e r f i n e f l y a s h c a n a c h i e v e t h e p e rfe c t prop e r t i e s of me c h a n i c s ， wo r k i n g ， a n d t h e s ma l l e r v o l u me c h a n g e r a t e ， an d t h e q u a l i fi e d d e g r e e o f fil l - i n g e x p e rime n t ， t h e h y d r a t i o n p r o d u c t s a r e mo r e d e n s e T h e d o s a g e of t h e s u p e r f i n e mi n e r al a d mix tur e s h o u l d b e c o n t r o l l e d wi t h i n 2 0 Th e a c t i v i t y ， m唧 h 0 l o g y a n d mi c ro a g g r e g a t e e ff e c t o f s u p e r f i n e fly a s h i s b e t t e r t h a n t h a t o f g r a d e I fly aSh Ke y wo r ds ： s i l i c a f u me ， s u p e r fin e fly a s h， gro i n g ma rtials ， me c h a n i c a l pr o p e rty ， wo r ki n g p e rf o r ma n c e， v o l u me c h a n g e r a t e ， d e g r e e of fil l i n g， S EM an a l y s i s 近年来， 预应力混凝土结构在大跨度桥梁以及重荷载结构 等工程中得到广泛应用。孔道压浆是后张法预应力混凝土结 构中最重要的环节之一， 其质量直接影响到结构在使用寿命内 的安全性和耐久性。 目 前孔道压浆料质量稳定性难以控制的问 题在桥梁建设中十分突出， 其原因主要包括： 压浆料流动性不 足、 泌水、 分层沉底、 存在泡沫层、 施工不规范等。 目 前已 有一些 针对压浆料的研究报道， 李敏波等口 1研究了矿渣微粉、 级粉 煤灰、 纤维素醚、 乳胶粉、 膨胀剂和减水剂等组成材料对管道 收稿日期： 2 0 1 5 一 O 1 1 1 ； 修订日期： 2 0 1 5 0 2 2 8 作者简介： 孙长征， 男， 1 9 5 7 年生， 辽宁沈阳人， 教授级高级工程师， 主要研究领域 为结构设计与补强 、 抗 震加固与评估 。地址 ： 沈 阳市浑 南新 区浑南 东路 9号 ， E - ma i l ： 3 1 2 0 4 9 2 9 5 q q e o m。 1 4 新型建筑材料 2 0 1 5 7 压浆材料( 简称压浆料) 物理性能的影响； 黄晓静翻 研究了粉煤 灰对浆体流动性、 稳定性、 耐久性和强度发展的影响； 朱清华 等【， J研究了水胶比、 减水剂种类和掺量、 水泥品种、 矿物掺合料 颗粒形貌和粒径分布、 搅拌方式及温度等因素对压浆料浆液 流动度的影响规律， 并从理论上分析了产生这种规律的原因。 已有研究结果表明， 超细矿物掺合料在自密实混凝土中 得到了很好的应用， 是配制自密实混凝土、 超高强自密实混凝 土、 超高层泵送混凝土的关键技术之一。一方面， 超细矿物掺 合料能 够填充于水泥颗粒空隙 之间， 大幅度降 低混凝土孔隙 尺寸， 改善水泥石中胶凝材料的组成， 优化混凝土的微结构； 另一方面， 超细矿物掺合料可以提高体系的堆积密度， 置换出 水泥堆积系统中的颗粒间隙水， 改善混凝土的工作性能。 而对 于超细矿物掺合料对压浆料的研究甚少， 为此， 本文开展超细 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 孙长征， 等： 超细矿物掺合料对后张法预应力管道压浆材料的影响 矿物掺合料对压浆料性能的影响研究。 1 原材料及试验方法 1 1 主要原材料 胶凝材料： 水泥， 唐山冀东P 0 4 2 5 水泥； I 级粉煤灰， 沈 海热电厂产； 超细粉煤灰， 天津某微珠厂产， 粒度集中在0 l 0 tx m ； 硅灰， 辽宁鞍山某硅灰厂产， 粒度集中在0 0 1 m 。几种 胶凝材料的化学成分和物理性能分别见表 1 和表2 。 表 1 水泥和超细矿物掺合料的化学成分 备减水、 膨胀、 消泡、 早强等性能， 其主要成分见表3 。 表 3 自制专用外加剂P C A的主要 成分 1 2试验方法 ( 1 ) 搅拌工艺： 压浆料搅拌采用转速1 0 0 0 d m i n的高速 搅拌机， 搅拌前在搅拌锅中加入8 0 的水， 低速搅拌并缓慢 加入压浆料， 待搅拌均匀后再加入剩余 2 0 的水， 并高速搅 拌 5 m i n 。 ( 2 ) 流动度、 充盈度测试： 按照J T G T F 5 o _ - 2 0 l 1 公路桥 涵施工技术规范 进行。 ( 3 ) 力学性能测试： 参照G B I “ 1 7 6 7 1 -1 9 9 9 水泥胶砂强 度检验方法( I S O法) 进行。 ( 4 ) 竖向膨胀率测试： 参照J G T4 0 8 -2 0 1 3 钢筋机械连 接用套筒灌浆 进行。 项 目 密 g 度 比表面 需 比 d抗 强 2 (g c m ) (m 2k g 试验结果与分析 ) ， ， 试验结果与分析 外加剂： 后张法预应力压浆料对外加剂的要求较高， 需同 时兼备多种性能， 才能配制出稳定的压浆料， 本次试验采用自 制的高性能压浆料专用外加剂P C A ， 推荐掺量 1 0 ， 同时具 2 1 超细矿物掺合料对压浆料力学性能和工作性的 影响 超细矿物掺合料对压浆料力学性能和工作性影响试验的 配合比及性能测试结果见表 4 。各组试样水胶比均为0 2 8 ， P C A掺量占胶凝材料质量的 1 0 。 表 4 超细矿物掺合料对压浆料力学- 眭能和工作性影响试验的配合比及性能测试结果 从表4 可以看出： ( 1 ) 当硅灰掺量在 2 一 5 时， 可以提高压浆料的流动度， 但当硅灰掺量继续增大时， 就会降低压浆料的流动度， 同时硅 灰有很明显的增强效果和抗沉降作用。当硅灰掺量为5 时 ( Y 3 试样) ，压浆料的3 d 、 7 d 、 2 8 d 抗压强度较未掺硅灰的 Y 1 试样分别提高2 9 9 、 2 3 4 、 2 5 3 。 这是由于硅灰的颗粒 N E W BUI L DI NG MAT ER I AL S 1 5 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 孙长征， 等： 超细矿物掺合料对后张法预应力管道压浆材料的影响 很小， 约为水泥的1 ， 能够置换出水泥颗粒间隙中的水分4 1 ， 硅灰有很强的火山灰活性，很容易在碱性溶液中发生化学反 应， 形成类似于水泥水化产物的反应生成物， 但由于硅灰的比 表面积大， 需水量也很大， 能够增大浆体黏度， 以此提高粉料 颗粒的沉降阻力和抗泌水能力。 ( 2 ) 超细粉煤灰的减水增强效果较 I 级粉煤灰好， 当超细 粉煤灰掺量为 1 0 时( Y 7 试样) ， 初始、 0 5 h 、 1 0 h流动度较 Y 1 试样分别降低2 0 0 、 2 8 4 、 3 3 2 ， 3 d 、 7 d 、 2 8 d 抗压强 度较Y l 试样分别提高1 0 3 、 3 0 0 、 2 8 9 ；掺量在 1 0 以 内有一定的抗沉降作用。 这是由于超细粉煤灰粒径较小， 在一 定掺量范围内， 能较好填充水泥颗粒之间的空隙， 置换出颗粒 间隙水， 降低空隙率。超细粉煤灰是表面光滑的玻璃体， 有较 槲 渣 J叵 崮 O 9 0 8 0 7 0 6 0 5 0 4 0 3 O 2 01 0 1 l 9 3 7 5 5 7 3 9 1 龄期 d ( a ) 单掺超细粉煤灰 好的滚动润滑作用， 同时其火山灰效应也要强于I 级粉煤灰。 ( 3 ) 当采用硅灰和超细粉煤灰复合使用时， 可以明显提 高压浆料的流动度和抗压强度， 充分发挥硅灰的抗沉降性能 和超细粉煤灰的减水性能，是配制高性能压浆料的关键技术 之一。但当硅灰掺量超过8 时， 增强效果不明显。硅灰和超 细粉煤灰的掺量分别为5 和 1 5 时，压浆料的力学性能和 工作性能达到最佳。 2 2 超细矿物掺合料对压浆料体积稳定性 的影晌 试验采用自 制的P C A压浆料专用外加剂， 具有微膨胀作 用， 其主要在浆体终凝前发挥作用， 本试验采用竖向膨胀率来 衡量其体积稳定性。 超细粉煤灰、 硅灰单掺和复掺对压浆料竖 向膨胀率的影响见图1 。 l l 9 37 5 5 7 3 91 龄 期 d ( b ) 单掺硅 灰 槲 捷 叵 0 9 08 07 0 6 0 5 04 03 O 2 O 1 O 图 1 超细粉煤灰、 硅灰单掺和复掺对压浆料竖向膨胀率的影响 由图1 ( a ) 可以看出， 随着超细粉煤灰取代 I 级粉煤灰的 量增加， 硬化浆体的竖向膨胀率逐渐减小， 2 8 d 前竖向膨胀率 较大， 后期逐渐趋于平稳， 这主要是由于随着龄期的延长， 硬 化浆体的强度提高， 抵抗收缩能力增强。 当超细粉煤灰掺量为 2 0 时( Y 9 试样) ， 其9 0 d竖向膨胀率为相同掺量 I 级粉煤灰 ( Y 1 试样) 的7 1 4 。 由图1 ( b ) 可以看出， 随着硅灰的掺量增加， 硬化浆体的 竖向膨胀率减小， 当硅灰掺量大于5 时， 硬化浆体的竖向膨 胀率明显减小， 硅灰掺量为 1 0 时( Y 5 试样) ， 2 8 d 竖向膨胀 率较Y l 试样降低了4 7 6 ， 所以硅灰掺量建议不超过5 。 由图1 ( c ) 可以看出， 当5 硅灰和 1 5 超细粉煤灰复掺 时， 压浆料的2 8 d 竖向膨胀率为0 0 3 。 超细粉煤灰的比表面积约为I 级粉煤灰的2 倍， 其主要成 分为普通粉煤灰中的沉珠， 以S i O 和A l 2 0 为主， 其中S i O 十 A 1 ： 0 含量I8 5 ， 火山灰活性要远大于 I 级粉煤灰， 故其掺 超细粉煤灰的压浆料硬化浆体的自 收缩要大于掺 I 级粉煤灰 的硬化浆体。 硅灰是一种超细的球状矿物材料， 活性S i O ： 含量 较高，平均粒径为O 1 Ix m，比表面积是I 级粉煤灰的5 0 多 倍， 因此与 I 级粉煤灰相比， 硅灰具有较强的火山灰活性。其 活性S i O 与水泥水化产物中的C a ( O H ) 2 反应很快， 加速水泥 的水化进程， 加大了压浆料硬化浆体的自收缩， 故加大了其体 积变形 5 - 6 1 。 l 6 新型建筑材料 2 0 1 5 7 龄期 d ( c ) 复掺超细粉煤灰和硅灰 从本次试验可以得出， 超细矿物掺合料的总掺量应在2 0 以内， 硅灰的掺量