壓漿料配合比設(shè)計(jì)及試驗(yàn)方法探討

陳星光，張 永

(廣東交科檢測(cè)有限公司,廣州 510550)

0 引言

預(yù)應(yīng)力孔道壓漿具有保護(hù)預(yù)應(yīng)力鋼筋不外露使其免遭或緩遭銹蝕，保證預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)安全，延長大橋使用壽命；使預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土良好結(jié)合, 保證預(yù)應(yīng)力的有效傳遞，使預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土共同承受荷載；消除預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)在反復(fù)荷載作用下，由于應(yīng)力變化對(duì)錨具造成的疲勞破壞，提高結(jié)構(gòu)的可靠度和耐久性等作用。但由于傳統(tǒng)的壓漿材料和工藝存在很多不確定因素，使得后張預(yù)應(yīng)力孔道壓漿的工程質(zhì)量一直是一個(gè)薄弱環(huán)節(jié)。結(jié)構(gòu)的細(xì)部設(shè)計(jì)、管道材料和成型的方式、水泥漿所用材料品質(zhì)的優(yōu)劣、技術(shù)與工藝的合理性、機(jī)具設(shè)備的可靠性，以及施工中的組織與管理是否得當(dāng)，都會(huì)直接或間接地對(duì)壓漿的質(zhì)量產(chǎn)生影響，而這些影響最終必然會(huì)在結(jié)構(gòu)的耐久性方面反映出來。

成功的壓漿必須建立在可靠的材料品質(zhì)基礎(chǔ)上，傳統(tǒng)的壓漿漿液品質(zhì)經(jīng)大量工程實(shí)踐證明并不是十分可靠。如果壓漿漿液的性能不佳，很容易在管道內(nèi)產(chǎn)生空洞，即使采用二次壓漿的方法，也不能完全保證管道內(nèi)水泥漿的密實(shí)性。《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(JTG/T 3650-2020)(簡稱“新橋規(guī)”)基于預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的安全性、可靠性和耐久性，對(duì)后張法預(yù)應(yīng)力孔道壓漿漿液的性能指標(biāo)作了較大的調(diào)整，提出了較高的技術(shù)要求。如何保證壓漿漿液的性能指標(biāo)，對(duì)試驗(yàn)人員來說是個(gè)新的挑戰(zhàn)。筆者結(jié)合多年試驗(yàn)檢測(cè)經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了壓漿漿液試配檢測(cè)過程中的注意事項(xiàng)，旨在為提高壓漿質(zhì)量提供幫助。

1 壓漿料配合比設(shè)計(jì)

后張孔道壓漿料配合比設(shè)計(jì)還沒有一個(gè)專門的規(guī)程依據(jù)，新橋規(guī)只規(guī)定了水膠比為0.26～0.28。根據(jù)配合比設(shè)計(jì)的原理，常用的設(shè)計(jì)方法主要有體積法和質(zhì)量法兩種。體積法的優(yōu)點(diǎn)是準(zhǔn)確、適用面較廣，缺點(diǎn)是需要精確測(cè)定原材料的表觀密度；質(zhì)量法的優(yōu)點(diǎn)是簡單易學(xué)，缺點(diǎn)是誤差相對(duì)較大，當(dāng)材料密度變化時(shí)體積也會(huì)發(fā)生變化，需頻繁校正。為了配合比設(shè)計(jì)更加準(zhǔn)確，建議設(shè)計(jì)時(shí)采用體積法。

1.1 體積法

(1)壓漿劑摻量：內(nèi)摻10%,即mc=9m壓。

(2)水膠比=0.28，即mw=2.8m壓。

(3)ρc=3 100kg/m3,ρ壓=2 400kg/m3,ρw=1 000kg/m3。

(4)α=1，可以根據(jù)體積法計(jì)算式得：

式中：mc—每m3壓漿漿液的水泥用量(kg/m3)；

m壓—每m3壓漿漿液的壓漿劑用量(kg/m3)；

mw—每m3壓漿漿液的用水量(kg/m3)；

ρc—水泥密度(kg/m3)；

ρ壓—壓漿劑密度(kg/m3)；

ρw—水的密度(kg/m3)。

經(jīng)計(jì)算得：m壓=162kg,mc=1 458kg,mw=454kg。

每m3的壓漿料用量見表1。

表1 壓漿料配合比材料用量(體積法)

1.2 質(zhì)量法

(1)每m3壓漿漿液假定質(zhì)量可取2 050～2 100kg/m3，一般取2 100kg/m3。

(2)壓漿劑摻量：內(nèi)摻10%,即mc=9m壓。

(3)水膠比=0.28，即mw=2.8m壓。

根據(jù)質(zhì)量法計(jì)算式得：

mc+m壓+mw=2 100

式中：mc—每m3壓漿漿液的水泥用量(kg/m3)；

m壓—每m3壓漿漿液的壓漿劑用量(kg/m3)；

mw—每m3壓漿漿液的用水量(kg/m3)。

經(jīng)計(jì)算得：m壓=164kg，mc=1 477kg,mw=459kg。

每m3壓漿料用量見表2。

表2 壓漿料配合比材料用量(質(zhì)量法)

2 試驗(yàn)檢測(cè)應(yīng)注意的問題

近年來，對(duì)后張法孔道壓漿漿液性能指標(biāo)越來越重視。專用的壓漿劑和商品化的壓漿料應(yīng)用越來越廣，但在近年來的使用當(dāng)中，也發(fā)現(xiàn)不少問題，需要特別注意。

2.1 水膠比

新橋規(guī)規(guī)定后張法孔道壓漿漿液水膠比為0.26～0.28，大多情況都用0.28的水膠比，而且往往自始至終都用0.28。這樣會(huì)造成壓漿漿液性能指標(biāo)不合格，出現(xiàn)泌水、離析等質(zhì)量問題。如此低的水膠比要做到高流動(dòng)度，需要靠高減水率的減水劑來實(shí)現(xiàn)，實(shí)際上就造成水泥與減水劑非常敏感。

無論采用壓漿劑和袋裝水泥配制壓漿漿液，還是采用商品化的壓漿料配制壓漿漿液，都必須用水泥，然而水泥會(huì)受到存放時(shí)間和存放條件的影響，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度等指標(biāo)均可能發(fā)生變化。水泥是活性物質(zhì),水泥細(xì)粉會(huì)與空氣中水蒸氣和CO2發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，造成水泥顆粒中大部分未水化的被已水化的部分包裹,發(fā)揮不了作用。這種水泥活性的衰減隨著水泥礦物組成、細(xì)度不同，水泥貯存環(huán)境(空氣含水量、環(huán)境溫度、空氣流動(dòng)度、水泥與空氣接觸的面積)不同而不同。水泥存放時(shí)間短則影響不大，但如長時(shí)間存放也可能發(fā)生量變到質(zhì)變的變化。

壓漿用的水泥或壓漿料往往存放時(shí)間較長，這種水泥活性隨存放時(shí)間及環(huán)境影響而波動(dòng)，造成與減水劑的敏感性在低水膠比下被放大，往往表現(xiàn)在開始?jí)簼{漿液質(zhì)量很好，用一段時(shí)間后，壓漿漿液出現(xiàn)泌水等質(zhì)量問題。對(duì)此建議采取以下措施：

(1)增加抽檢頻率，適時(shí)微調(diào)水膠比，采用0.27或0.26的水膠比。

(2)適當(dāng)降低壓漿劑的摻量。

(3)水泥或商品壓漿料一批不要進(jìn)太多，可分批進(jìn)，以改善存放環(huán)境，減少水泥活性衰減。

2.2 流動(dòng)度

2.2.1 高速攪拌設(shè)備

新橋規(guī)共有18項(xiàng)檢測(cè)指標(biāo)，并附有統(tǒng)一的檢測(cè)方法和檢測(cè)儀器。但相關(guān)規(guī)范對(duì)高速攪拌設(shè)備沒有統(tǒng)一的規(guī)定(表3)。

表3 壓漿設(shè)備性能

表3所列的要求范圍太大，且給出的是線速度參數(shù)，而實(shí)際的儀器是轉(zhuǎn)速控制。所以規(guī)范給出的線速度參數(shù)不利于實(shí)際操作，造成選擇困難，隨意性較大。市場(chǎng)上銷售的高速攪拌設(shè)備種類很多，有帶底座的、帶升降桿的、分體的、一體的等，實(shí)際使用時(shí)容易盲目選用攪拌設(shè)備。對(duì)不同的攪拌設(shè)備也容易按差不多的轉(zhuǎn)速拌制漿液，導(dǎo)致同一種材料在不同的試驗(yàn)室檢測(cè)出來的指標(biāo)差異較大。實(shí)踐表明，流動(dòng)度測(cè)試結(jié)果與高速攪拌設(shè)備密切相關(guān)，需要科學(xué)使用，才能檢測(cè)出準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。

2.2.2 線速度

在攪拌葉片直徑一定的情況下，隨著轉(zhuǎn)速的提高，線速度也相應(yīng)提高。當(dāng)線速度小于11m/s時(shí)，所測(cè)流動(dòng)度變化較明顯；當(dāng)線速度達(dá)到11m/s以后，流動(dòng)度檢測(cè)結(jié)果的變化已趨于穩(wěn)定狀態(tài)，漿體攪拌質(zhì)量也已充分?jǐn)嚢杈鶆颍疑珴梢恢拢瑹o分層、泌水等現(xiàn)象，此時(shí)再提升轉(zhuǎn)速，即線速度提升，反而使?jié){液更容易濺出，給試驗(yàn)操作帶來不便，故漿體攪拌最佳線速度建議控制在11～12m/s較適宜。

2.2.3 不同攪拌設(shè)備的轉(zhuǎn)速選擇

目前市場(chǎng)上的高速攪拌設(shè)備型號(hào)、樣式不統(tǒng)一，需根據(jù)統(tǒng)一的合理線速度計(jì)算出其相應(yīng)的轉(zhuǎn)速，最大程度地保證不同攪拌設(shè)備檢測(cè)出來漿液指標(biāo)統(tǒng)一性。不同攪拌設(shè)備的攪拌葉片直徑大小不一，需要根據(jù)葉片直徑大小及一定的線速度計(jì)算出需要的轉(zhuǎn)速，不同葉片半徑的攪拌設(shè)備轉(zhuǎn)速選擇見表4。

表4 轉(zhuǎn)速選擇

2.3 細(xì)度

《公路工程預(yù)應(yīng)力孔道灌漿料(劑)》(JT/T946-2014)中對(duì)細(xì)度的相關(guān)要求見表5。

表5 灌漿劑及灌漿料細(xì)度性能指標(biāo)

很多壓漿劑和壓漿料都采用了超細(xì)納米摻合料，平均粒度為3μm左右。這些超細(xì)納米摻合料在人工干篩時(shí)，由于相互摩擦或靜電吸附，很難通過篩孔，造成細(xì)度過大的假象。這時(shí)需要通過人工水篩，才能準(zhǔn)確測(cè)出其實(shí)際的細(xì)度；或采用激光粒度分布儀測(cè)試，也能檢測(cè)出其細(xì)度。

2.4 膨脹率

膨脹率一般采用《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》(JTG 3420-2020)中T 0518-2020方法測(cè)試(圖1)，但在工地現(xiàn)場(chǎng)不好測(cè)試，不利于現(xiàn)場(chǎng)質(zhì)量控制。可以采用如圖2所示的快速測(cè)試方法進(jìn)行質(zhì)量控制：取潔凈干燥的空啤酒瓶，把拌制好的漿液緩慢灌入瓶中，直至自由溢出即可，靜止觀測(cè)其是否膨脹，如漿液硬化后能凸出瓶口1cm左右，即可判斷為合格。如沒有凸出甚至往下凹，說明漿液質(zhì)量不合格，應(yīng)找出原因，及時(shí)改正。

圖1 新橋規(guī)附錄C4測(cè)試方法

圖2 快速測(cè)試方法

3 結(jié)語

橋規(guī)規(guī)定的后張法預(yù)應(yīng)力孔道壓漿材料，水膠比較小，一般為0.26～0.28，漿體流動(dòng)性好、穩(wěn)定性好、微膨脹、充盈度好，最大程度保證了工程質(zhì)量。實(shí)踐表明，只有充分掌握科學(xué)的配合比設(shè)計(jì)和試驗(yàn)方法，才能保證預(yù)應(yīng)力孔道灌漿質(zhì)量，從根本上解決預(yù)應(yīng)力壓漿中存在的漿體泌水、不飽滿、不密實(shí)、空洞等問題，確保結(jié)構(gòu)物的耐久性、安全性，從而延長結(jié)構(gòu)物的使用壽命。