裝配式橋梁波紋管連接用灌漿料制備及力學性能研究

王苓力

(1.遼寧省交通規劃設計院有限責任公司 沈陽市 110166； 2.遼寧大通公路工程有限公司 沈陽市 110111)

0 引言

橋梁作為公路工程中實現跨越山谷、道路、江河等障礙物的重要構筑物，因其建造工期長、消耗模板支架量大、結構耐久性差等缺點造成了交通擁堵、環境污染、噪音擾民等不利因素。裝配式橋梁使用工業化生產預制方式，相比于傳統施工有縮短工期現場快速拼裝、節約建筑材料、減少環境污染等優勢。

預制構件之間的連接在裝配式橋梁結構中關系到整體結構的抗震性能和抗倒塌能力，而灌漿套筒連接方式是一種由工程實踐需要和技術發展而產生的新型鋼筋連接方式，其關鍵在于高性能灌漿料性能優劣。要求灌漿料必須具有高流動性要求和較高的力學強度，保證套筒的灌漿飽滿效果，消除安全隱患和力的有效傳遞[1]。本文通過摻入礦物摻合料，研究了摻合料對灌漿料強度以及流動度的影響。

1 試驗

1.1 原材料

(1)水泥，采用硅酸鹽P·Ⅱ 52.5R級水泥。

(2)砂，采用40～70目中砂和70～140目細砂。

(3)減水劑，粉末狀聚羧酸高性能減水劑。

(4)消泡劑，采用有機硅消泡劑，活性成分為聚硅氧烷、聚醚共聚物，PH值為6～8。

(5)JM-2微米級超細礦渣粉，產品的最大粒徑在10μm以內，具有高活性、高細度、粒度分布集中等特點，微米級的礦渣粉顆粒在水泥漿體中能夠快速水化，提供更高的后期強度，同時微米級的礦渣粉顆粒能夠填充粗顆粒間的空隙，形成良好顆粒級配[2]。

(6)超細粉煤灰精細沉珠，一種全球狀、連續粒徑分布、超細、實心、硅鋁酸鹽精細沉珠。其因連續粒徑分布、球狀可改善流變性，降低粘度，增加密實度，提高防腐能力。

1.2 試驗配合比

具體試驗配合比見表1。A組為標準組的基礎上等量替代水泥摻入JM-2；B組為標準組的基礎上等量替代水泥摻入精細沉珠；C組為按不同比例雙摻兩種摻合料等量替代水泥。所有試驗組減水劑摻量為0.6%，消泡劑摻量為0.2%，膠砂比為1∶1，水膠比為0.25。

表1 試驗配合比

1.3 試驗方法

灌漿料抗折抗壓強度按《水泥膠砂強度檢驗方法》(GB/T 17671-1999)執行，測定1d、3d、28d的抗折強度和抗壓強度。強度及流動度指標要求參照《節段預制拼裝混凝土橋梁技術標準(送審稿)》。

灌漿料的流動度按《水泥基灌漿材料應用技術規范》(GB/T 50448-2008)進行測定，測定初始流動度和30min流動度。

2 試驗結果與分析

2.1 技術要求及基準組試驗結果

由表2可見，標準組的抗壓強度隨齡期的增長而增長，1d、3d齡期的抗壓強度滿足了要求，但28d的抗壓強度無法滿足技術要求。標準組的初始流動度和30min流動度均滿足了技術要求。

表2 技術要求及基準組試驗結果

2.2 單摻JM-2微米級超細礦渣粉對灌漿料性能的影響

由圖1可見，摻入超細礦粉的1d抗壓強度雖低于標準組但仍滿足技術要求。3d、28d抗壓強度有所提升，且摻入量越大提升效果越明顯，28d齡期的活性指數分別為A1組101、A2組114、A3組123。這是由于超細礦粉具有高活性、高細度、粒度分布集中等特點，提供更高的后期強度，同時微米級的礦渣粉顆粒能夠填充粗顆粒間的空隙，形成良好顆粒級配。1d抗壓強度要低于標準組，可能原因是水泥先進行水化，1d的強度主要由水泥的水化產物提供導致。試驗結果表明，雖然A1組較基準組強度有小幅度提高，但仍低于技術指標要求，即單摻超細礦粉時摻量應在15%以上[3]。

由圖2可見，隨著超細礦粉摻量的增加，試驗組的流動度呈降低趨勢，超細礦粉摻量對30min流動度的影響要大于初始流動度的影響。A1組的初始流動度為310mm，較基準組的流動度降低了10mm，A1組的30min流動度為260mm，較基準組降低了20mm。A3組的初始流動度為285mm，較基準組的流動度降低了35mm，A3組的30min流動度為220mm，較基準組降低了60mm。原因可能是超細礦粉的粒徑小，比表面積大，導致需水量增加，即在用水量不變的情況下會導致膠凝材料顆粒間的層間水減少，從而流動度變小。

摻入礦粉可提高灌漿料的3d和28d強度，滿足了技術要求，但是流動無法滿足技術要求，即還需要摻入其他摻合料或外加劑來彌補損失的流動度。

2.3 單摻超細粉煤灰精細沉珠對灌漿料性能的影響

由圖3可見，B組的28d抗壓強度均高于基準組，10%摻量時抗壓強度提升幅度最大，抗壓強度達到102.1MPa，活性指數為107。B2、B3的1d和3d的抗壓強度要低于基準組，摻量越大早期抗壓強度越小。由此看出，超細粉煤灰可提高28d的抗壓強度，最佳摻量在10%左右，同時摻量越高早期強度越低。可能原因是在最佳摻量下，灌漿料的膠凝材料粉體獲得了密實的填充，孔隙率降低，從而提高灌漿料的強度。

圖4反映了超細粉煤灰對灌漿料流動度的影響。試驗表明，摻入超細粉煤灰之后，灌漿料的初始流動的30min流動度都得到了很好的改善。B1組的初始流動度為360mm，較基準組的流動度增加了40mm，B1組的30min流動度為330mm，較基準組增加了50mm。B3組的初始流動度為368mm，較基準組的流動度增加了48mm，B3組的30min流動度為340mm，較基準組增加了60mm。這是由于超細粉煤灰精細沉珠是一種連續粒徑分布、超細、實心的硅鋁酸鹽精細沉珠，其粒徑小，表面光滑，顆粒在水泥顆粒間可起到“滾珠”的作用，減少顆粒間的摩擦阻力，增加漿體的流動性，對改善灌漿料的工作性能十分有利[4]。

試驗表明，隨著超細粉煤灰精細沉珠的逐漸加入，漿體的流動性增強，但其后期抗折抗壓強度提高不明顯。為同時滿足對流動度和強度的要求，本文將復合摻入JM-2微米級超細礦渣粉和超細粉煤灰精細沉珠，研究其對強度和流動度的影響。

2.4 復摻超細礦粉和超細粉煤灰對灌漿料性能的影響

由圖5、圖6可見，將JM-2微米級超細礦渣粉和超細粉煤灰精細沉珠復合使用，試驗組的流動性和強度都得到了提升，1d強度相比于單摻時也得到了改善。對比C1和C2可得出，在JM-2微米級超細礦渣粉摻量相同的情況下，提高超細粉煤灰精細沉珠的摻量，試塊的整體強度下降，漿體流動度增強。對比C1和C3可得出，在超細粉煤灰精細沉珠摻量相同的情況下，提高JM-2微米級超細礦渣粉的摻量，灌漿料的28d強度提高非常明顯，流動度有所下降，但流動度要明顯優于標準組。對比C1和C3可見，摻合料的總摻量為20%的情況下，C3組的整體表現優于C1組。由此得出，將JM-2微米級超細礦渣粉和超細粉煤灰精細沉珠結合使用，二者相輔相成，C組的初始流動度高于350mm，30min流動度高于320mm。在強度和流動性均滿足要求的條件下，后期強度增長趨勢突出會對后續豎向膨脹劑等外加劑對強度的負面影響提供保證[5]。

3 結論

(1)JM-2微米級超細礦渣粉能夠有效提高灌漿料后期強度，且摻入量越大強度提高越大，但是提高強度的同時會降低漿體的流動度，使其不易攪拌均勻且粘稠。

(2)超細粉煤灰精細沉珠能夠有效改善灌漿料漿體流動度，摻入量越大漿體流動性能越好，但漿體流動性大會給強度帶來負面影響，使得后期強度無法得到保證。

(3)復合摻入JM-2微米級超細礦渣粉和超細粉煤灰精細沉珠，二者以適當比例結合使用使得強度和流動度均滿足要求。既能使試塊前中后期強度穩定增長滿足技術要求，又能改善漿體流動度。二者結合相輔相成，提高灌漿材料的和易性，降低離析、泌水等，使灌漿料有更加優越的力學和流動性能。