粉煤灰基灌漿材料在裝配式橋墩連接部位中的應(yīng)用

李志杰，姜瑞雙，李 利，邵 玉

（1.山東高速集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)南 250098；2.山東省交通科學(xué)研究院，山東 濟(jì)南 250031；3.山東省橋隧結(jié)構(gòu)性能評(píng)估與耐久性提升工程實(shí)驗(yàn)室，山東 濟(jì)南 250102；4.山東高速集團(tuán)有限公司創(chuàng)新研究院，山東 濟(jì)南 250098）

引言

隨著建筑施工技術(shù)的不斷完善與發(fā)展，橋梁行業(yè)從傳統(tǒng)的現(xiàn)澆逐漸向工業(yè)化裝配式施工發(fā)展，加快了工程建設(shè)的進(jìn)度，降低了建設(shè)單位的成本［1-2］。與現(xiàn)澆橋梁結(jié)構(gòu)相比，預(yù)制拼裝橋梁結(jié)構(gòu)具有施工便捷、質(zhì)量穩(wěn)定、對(duì)環(huán)境和交通影響小等優(yōu)點(diǎn)，具有良好的節(jié)能與環(huán)保特點(diǎn)，已成為世界橋梁結(jié)構(gòu)的主要發(fā)展趨勢(shì)［3-5］。但裝配式建筑在我國(guó)應(yīng)用時(shí)間較短，裝配式橋墩、蓋梁的結(jié)合部位是裝配式結(jié)構(gòu)的薄弱環(huán)節(jié)，因此，連接材料的性能決定著結(jié)構(gòu)服役的整體性和安全性［6-8］。

隨著裝配式下部結(jié)構(gòu)在高速公路的推廣應(yīng)用，連接部位的灌漿材料用量也越來(lái)越大。裝配式橋梁的墩柱自重大，安裝連接過(guò)程需使用大型吊裝機(jī)械定位安裝，且填充混凝土硬化強(qiáng)度滿(mǎn)足要求前，吊裝機(jī)械不得停止使用。因此，使用力學(xué)性能發(fā)展快的充填材料可以提升施工速度、加快吊裝機(jī)械的周轉(zhuǎn)，節(jié)約安裝成本。預(yù)制墩柱與填充材料澆筑時(shí)間不一致，新舊混凝土收縮不協(xié)調(diào)，容易產(chǎn)生裂縫［6］，要求填充材料體積穩(wěn)定性好，自身收縮小或能補(bǔ)償收縮。因此，力學(xué)性能發(fā)展快、流動(dòng)性以及體積穩(wěn)定性良好的節(jié)點(diǎn)填充材料成為解決裝配式下部結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定問(wèn)題的關(guān)鍵。

1 節(jié)點(diǎn)連接材料比選

所選材料關(guān)鍵性能依據(jù)現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《水泥基灌漿材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（GB/T 50448—2015）的有關(guān)規(guī)定執(zhí)行，指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 節(jié)點(diǎn)連接材料的關(guān)鍵指標(biāo)要求

1.1 早強(qiáng)型粉煤灰基灌漿料

早強(qiáng)型粉煤灰基灌漿料的流動(dòng)度和強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖1。

圖1 早強(qiáng)型粉煤灰基灌漿料性能發(fā)展規(guī)律

隨著靜置時(shí)間的增長(zhǎng)，材料的流動(dòng)性逐漸減小，靜置30 min 后，由初始的345 mm 下降至295 mm。在靜置60 min 后，流動(dòng)度為0，此時(shí)材料已凝結(jié)，并開(kāi)始硬化。早強(qiáng)型粉煤灰基灌漿料凝結(jié)硬化快，施工時(shí)間短，需注意使用條件及適合的施工環(huán)境。

隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)，材料的抗折、抗壓強(qiáng)度逐漸增大。早強(qiáng)型粉煤灰基灌漿料3 h 抗壓強(qiáng)度即可達(dá)到35.8 MPa，材料的早強(qiáng)抗壓強(qiáng)度非常高，1 d 強(qiáng)度可達(dá)到48.8 MPa，后期強(qiáng)度逐漸發(fā)展，28 d 抗壓強(qiáng)度可達(dá)83.0 MPa，早期和后期強(qiáng)度均滿(mǎn)足施工設(shè)計(jì)要求［10］。抗折強(qiáng)度的發(fā)展規(guī)律同抗壓強(qiáng)度一樣，3 h 抗折強(qiáng)度基本與普通型材料1 d 抗折強(qiáng)度相當(dāng)，28 d 抗折強(qiáng)度達(dá)到8.0 MPa。

1.2 普通型粉煤灰基灌漿料

普通型粉煤灰基灌漿料的流動(dòng)度和強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 普通型粉煤灰基灌漿料性能發(fā)展規(guī)律

隨著靜置時(shí)間的增長(zhǎng)，材料的流動(dòng)性逐漸減小，但前30 min 損失不明顯，由初始的340 mm 下降至315 mm。在靜置60 min 后，流動(dòng)度損失較大，降低至265 mm，仍然能施工，但流動(dòng)較慢。隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)，材料的抗折、抗壓強(qiáng)度逐漸增大。普通型粉煤灰基灌漿料1 d 抗壓強(qiáng)度即可達(dá)到40.5 MPa，材料的早強(qiáng)抗壓強(qiáng)度較高，3 d 抗壓強(qiáng)度可達(dá)到50 MPa 以上，28 d 抗壓強(qiáng)度可達(dá)73.7 MPa，滿(mǎn)足《水泥基灌漿材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（GB/T 50448—2015）要求［10］。抗折強(qiáng)度的發(fā)展規(guī)律同抗壓強(qiáng)度一樣，1 d 抗折強(qiáng)度4.1 MPa，28 d 抗折強(qiáng)度7.8 MPa。

1.3 超高性能混凝土

UHPC 的流動(dòng)度測(cè)試和強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果見(jiàn)圖3。

圖3 UHPC 節(jié)點(diǎn)連接材料性能發(fā)展規(guī)律

由圖3 可知，隨著靜置時(shí)間的增長(zhǎng)，材料的流動(dòng)性逐漸減小，但流動(dòng)度損失不明顯，由初始值的720 mm 下降至30 min 的690 mm 再下降至60 min 的650 mm。在靜置60 min 后，仍具有很好的流動(dòng)性，能夠保證正常施工。隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)，UHPC 材料的抗壓強(qiáng)度不斷增長(zhǎng)，養(yǎng)護(hù)前期抗壓強(qiáng)度發(fā)展很快，3 d 抗壓強(qiáng)度就可以達(dá)到88.4 MPa。隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)，抗壓強(qiáng)度增長(zhǎng)速度有所減緩，7 d 抗壓強(qiáng)度96.5 MPa，28 d 抗壓強(qiáng)度122.8 MPa，抗壓強(qiáng)度能夠滿(mǎn)足施工設(shè)計(jì)要求［10］。

2 粉煤灰基灌漿料的工程應(yīng)用

現(xiàn)場(chǎng)施工季節(jié)為夏季，環(huán)境溫度25 ～35 ℃，太陽(yáng)直射溫度可達(dá)40 ℃以上。早強(qiáng)型材料在高溫下凝結(jié)硬化過(guò)快，出現(xiàn)未澆筑完成就已硬化的問(wèn)題，其更適合于冬季低溫環(huán)境下施工。因此，施工選擇普通型粉煤灰基灌漿料作為節(jié)點(diǎn)連接材料。

2.1 攪拌和澆筑

按設(shè)計(jì)配合比，分別量重干料及水。拌漿設(shè)備采用自制攪拌機(jī)，攪拌時(shí)間為3 min。預(yù)先潤(rùn)濕攪拌桶及攪拌頭，在攪拌桶中依次放入干料和水。同時(shí)開(kāi)啟攪拌機(jī)和底座轉(zhuǎn)盤(pán)，并開(kāi)始秒表計(jì)時(shí)。3 min 拌和結(jié)束，關(guān)閉攪拌機(jī)和底座轉(zhuǎn)盤(pán)。攪拌好的漿料靜置1 ～2 min，排除漿體內(nèi)因高速攪拌引入的氣泡，如靜置后有沉淀現(xiàn)象，可略微攪動(dòng)數(shù)下使之均勻。現(xiàn)場(chǎng)制作簡(jiǎn)易溜槽作為灌漿通道，然后打開(kāi)攪拌機(jī)下料口，使?jié){體緩慢流入結(jié)合處空隙，并用攪拌棒沿墩柱四周插到，保證空隙密實(shí)，漿液灌滿(mǎn)后等待2 min 進(jìn)行補(bǔ)灌，防止?jié){體沉降導(dǎo)致灌注不飽滿(mǎn)。灌注完成后，表面撒布適量10 ～20 mm 的干凈碎石，以進(jìn)一步提高連接材料的體積穩(wěn)定性。節(jié)點(diǎn)連接材料灌注過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)成型同條件養(yǎng)護(hù)試件，跟蹤材料強(qiáng)度發(fā)展。

2.2 應(yīng)用效果評(píng)價(jià)

對(duì)墩柱結(jié)合部位灌注的節(jié)點(diǎn)連接材料進(jìn)行跟蹤觀察，結(jié)果見(jiàn)圖4。澆筑完成第2 天以及第14 天，并未發(fā)現(xiàn)結(jié)合部位的灌注材料出現(xiàn)裂縫，與墩柱的黏結(jié)良好，表明節(jié)點(diǎn)連接材料體積穩(wěn)定性良好。

圖4 節(jié)點(diǎn)連接材料應(yīng)用跟蹤

現(xiàn)場(chǎng)灌注過(guò)程中，同時(shí)成型了同條件養(yǎng)護(hù)試件，跟蹤測(cè)試了同條件養(yǎng)護(hù)試件的抗壓強(qiáng)度，結(jié)果見(jiàn)圖5。節(jié)點(diǎn)連接材料1 d 抗壓強(qiáng)度即可達(dá)到41.3 MPa，且隨著齡期的延長(zhǎng)，強(qiáng)度逐漸增大，28 d 的抗壓強(qiáng)度可達(dá)到78.9 MPa，能夠滿(mǎn)足預(yù)制拼裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)連接部位的性能要求，保證結(jié)構(gòu)的整體性和服役的安全性。

圖5 同條件養(yǎng)護(hù)試件強(qiáng)度發(fā)展

3 結(jié)語(yǔ)

（1）早強(qiáng)型、普通型粉煤灰基灌漿料和UHPC均具有很好的流動(dòng)度，無(wú)泌水、泌漿出現(xiàn)，具有良好的勻質(zhì)性和黏聚性。三種材料作為裝配式結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)連接材料均能滿(mǎn)足施工性能要求，但早強(qiáng)型材料流動(dòng)度損失快，更適合于低溫季節(jié)施工［10］。（2）隨著養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)，三種節(jié)點(diǎn)連接材料的抗折、抗壓強(qiáng)度逐漸增大。三種材料的力學(xué)性能均滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求［10］，UHPC 在三種節(jié)點(diǎn)連接材料中力學(xué)性能最優(yōu)。（3）根據(jù)環(huán)境溫度，選用普通型灌漿料作為節(jié)點(diǎn)連接材料開(kāi)展工程應(yīng)用。應(yīng)用效果良好，后續(xù)跟蹤觀察未發(fā)現(xiàn)連接材料開(kāi)裂，黏結(jié)性能良好。同條件養(yǎng)護(hù)試件1 d 和28 d 的抗壓強(qiáng)度分別達(dá)到41.3 MPa 和78.9 MPa，能夠滿(mǎn)足設(shè)計(jì)要求［10］。