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優(yōu)質灌漿質量+專業(yè)設備=密實灌漿——中交武漢港灣工程設計研究院有限公司新材料研究所所長屠柳青
- 發(fā)布日期：2023-04-06 14:18:14
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- 來源：灌漿料網
橋梁預應力管道CG-100高性能灌漿材料現(xiàn)場工藝試驗研究
2.管道灌漿問題分析及現(xiàn)狀
據(jù)有關文獻資料研究結果
（1）灌漿材料：灌漿用的水泥漿質量好壞將直接關系到管道灌漿質量的好壞，目前國內市場上充斥著良莠不齊的灌漿料產品，由于沒有專門的質量要求及檢測方法，很難考證其質量的優(yōu)劣，更無法判定其對預應力筋耐久性的影響。
（2）灌漿工藝：由于缺乏系統(tǒng)試驗資料
（3）管道灌漿技術規(guī)范：我國現(xiàn)行的管道灌漿技術規(guī)范對灌漿材料、灌漿設備和灌漿工藝要求都十分低
（4）缺乏對灌漿質量的優(yōu)劣進行評價的有效檢測手段：缺少有效的檢測手段致使預應力管道灌漿質量得不到有效的監(jiān)督。由于灌漿質量從表面看來只影響預應力筋的使用效率及壽命
（5）思想上重視不夠：在具體施工質量控制中
2.1.管道灌漿料現(xiàn)狀
在國內
近年來，國內對現(xiàn)場配制的傳統(tǒng)灌漿料進行了一定的改善，采用水泥、水和外加劑包進行配制，有效解決現(xiàn)場各種外加劑兼容性不良的問題，但由于我國地緣遼闊，各個地方用于生產水泥的原料性不同，生產出來的水泥差異很大，因而水泥與外加劑包適應性差的問題仍然存在。
在國外，管道灌漿現(xiàn)場使用的灌漿料通常為預拌商品灌漿料，預拌商品灌漿料是工廠化的產品，事先通過試驗設計，然后在工廠配成均勻的粉體，包裝成袋，在施工現(xiàn)場只需按說明加水攪拌成漿體即可。采用預拌商品灌漿料可以有效解決各種外加劑兼容性不良、水泥與減水劑適應性差等問題。
目前，對預拌商品灌漿料的研究主要集中在灌漿料的改性，而采用超細水泥對水泥灌漿料進行改性是目前研究的熱點。
美國的工程實踐表明超細水泥灌漿是一種極好的方法
在國內，高校
對比國內外管道灌漿料應用和研究現(xiàn)狀可知，國內管道灌漿料應用水平較國外差
2.2.管道灌漿設備及工藝現(xiàn)狀
（1）漿體的拌制
國內拌制灌漿料漿體時
（2）常規(guī)灌漿工藝
常規(guī)灌漿工藝是壓力灌漿，使用柱塞泵
（3）真空灌漿工藝
真空灌漿工藝不同于常規(guī)灌漿工藝
真空灌漿工藝和傳統(tǒng)的常規(guī)灌漿工藝相比
必須引起重視的是
綜合常規(guī)灌漿工藝和真空灌漿工藝的研究現(xiàn)狀
2.3管道灌漿相關技術規(guī)范現(xiàn)狀 2.3.1國外管道灌漿技術規(guī)范
（一）歐盟規(guī)范
歐盟規(guī)范BS EN 445446447:2007——Grout for prestressing tendons詳細規(guī)定了管道灌漿料的技術指標要求
歐盟標準BS EN 445446447:2007——Grout for prestressing tendons中規(guī)定用于預應力管道灌漿的灌漿料技術指標包括有害離子含量、細度
（1）有害離子含量
預應力管道灌漿料中的有害離子包括Cl-、SO32-和S2-，規(guī)范規(guī)定Cl-、SO32-和S2-含量分別不超過水泥重量的0.1%、4.5%和0.01%。
（2）細度
采用篩孔通過率來表征灌漿料細度，規(guī)定2mm篩孔通過率為100%。
（3）流動性
采用流出時間或擴展度來表征灌漿料流動性。規(guī)定初始流出時間不大于25s，30min后流出時間在0.8-1.2倍初始流出時間之間，同時不大于25s；規(guī)定初始擴展度不小于140mm，30min后擴展度在0.8-1.2倍初始擴展度之間，同時不小于140mm。
（4）泌水性
采用泌水率來表征灌漿料泌水性。規(guī)定灌漿料3h后泌水率不大于0.3%。泌水率測試方法分斜管法和直管法。
（5）體積穩(wěn)定性
采用體積變化率表征灌漿料體積穩(wěn)定性，規(guī)定體積變化率在-1%~+5%之間。體積變化率采用直管法測定，體積變化率表示為(hg-h0)h0×100%。
（6）強度
成型40×40×160mm棱柱體用于測定灌漿料抗壓強度，規(guī)定3d抗壓強度不小于27MPa，28d抗壓強度不小于30MPa。
（7）凝結時間
規(guī)定初凝時間不小于3h，終凝時間不大于24h
（8）密度
要求測試灌漿料密度
（二)美國后張預應力協(xié)會(PTI) 規(guī)范
美國后張預應力協(xié)會(PTI) 規(guī)范"Specification for Grouting of Post-Tensioned Structures"中對預應力管道灌漿料技術指標規(guī)定包括流動性
技術指標
指標要求
初始流動度t0s
11s~30s
30min后流動度t30s
≤30s
抗壓強度MPa
7d
≥21
28d
≥35
泌水率%
0~3h
0
體積變化率%
0%~0.1%
凝結時間h
初凝
3~12h
終凝
——
抗?jié)B性C
≤2500
(三)美國佛羅里達交通局規(guī)范
美國佛羅里達交通局(FlaDOT)制定的管道灌漿技術規(guī)范
1.概述 隨著我國基礎建設設施的蓬勃發(fā)展，預應力混凝土結構因其顯著的技術經濟優(yōu)勢而在大型橋梁結構中廣泛應用。預應力混凝土結構的所有優(yōu)勢，都必須建立在預應力筋與結構混凝土粘結完好的基礎上。預應力混凝土結構體系中，管道灌漿的作用主要有三點：一是保護預應力鋼筋不外露而遭銹蝕，保證預應力混凝土結構的安全；二是使預應力鋼筋與混凝土有良好的粘結，保證它們之間預應力的有效傳遞，使預應力鋼筋與混凝土共同作用；三是消除預應力混凝土結構在反復荷載作用下應力變化對錨具造成的疲勞破壞，延長錨具的使用壽命，提高結構的可靠性。因此，管道灌漿質量的好壞，將直接影響整個預應力混凝土結構的安全性和可靠性 ，管道灌漿已是預應力混凝土結構施工過程中的一道關鍵工序。 實際工程中 ，因預應力管道灌漿質量造成橋梁坍塌事故的報道屢見不鮮 。1985年l2月位于英國南威爾士的Ynys-y-Gwas橋在清晨突然倒塌。橋梁倒塌時 ，中間的9根I梁全部損壞 ，縱向接縫和橫向縫處的預應力鋼索嚴重銹蝕。事后英國運輸與道路研究實驗室(TRRI)對倒塌原因做了深入調查 。檢查的I梁中24根縱向管道 ，其中的18根管道灌漿密實或只有小孔隙，4根管道存在使鋼絲束暴露在空氣中的大孔隙 ，還有兩根管道在一定長度內中空 ，**大的孔隙通常出現(xiàn)在曲線管道的錨固端；檢查的14根橫向預應力管道中 ，8根管道灌漿密實或只有小孔隙 ，3根管道存在使鋼絲束暴露在空氣中的大孔隙 ，另外三根管道幾乎全部是空的。調查還發(fā)現(xiàn) ，雖然在每根梁段內僅含有微量的氯化物 ，但在縱向接縫和橫向接縫處氯化物的含量要高得多，使得縱向和橫向接縫處的預應力鋼絲束銹蝕嚴重 。由于管道壓漿質量差 ，特別是對于橫向管道存在著大量的孔隙，導致接縫處的銹蝕在灌漿不飽滿的管道內沿梁寬方向延伸開 ，鋼絲束大面積銹蝕 ，承載截面損失，當鋼絲束截面面積減小到無法承受外荷載時橋梁突然倒塌 。類似倒塌的橋梁還有英國漢普郡的Bickton Meadows人行橋和比利時Schelde河上的一座橋梁。
國內，在對錢江三橋隨機抽檢的35根管道檢查中發(fā)現(xiàn)，管道內無漿高達72%，不飽滿占11.42%，開孔流水達40%。這基本代表了我國管道灌漿的質量現(xiàn)狀——管道灌漿質量普遍很差，管道灌漿不實。這給我國預應力混凝土結構的質量和耐久性埋下了巨大隱患。
為了保證我國預應力混凝土工程的質量和耐久性，必須對管道灌漿技術進行認真深入的研究。本項目分別選取四種典型灌漿料，通過30m矩形梁和300m超長索試驗，開展現(xiàn)場灌漿工藝研究，驗證中橋CG-100高性能灌漿料及灌漿設備的技術先進性。
。 ，一般不會導致構件短時間內被破壞 。因此，該問題一直沒有引起足夠的重視 ，但到了一定時間 ，隱疾突發(fā)，后果將不堪設想 。 ，業(yè)主、監(jiān)理 、施工單位往往將預應力工程的質量重點放在預應力鋼筋的張拉上，F(xiàn)場采用水泥、各種外加劑和水配制灌漿料，通常存在各種外加劑兼容性不良、水泥與減水劑適應性差等問題，造成管道灌漿存在以下嚴重問題：（1）漿體質量穩(wěn)定性差、流動性差、流動性損失快，體積穩(wěn)定性不良；（2）新拌漿體泌水大，易離析分層，漿體中微沫多，流動性不好，凝結時間不適中，漿體壓漿時往往不順暢，易堵管，施工速度慢，管道也很難成飽滿狀態(tài)等；（3）硬化后漿體不密實，氣泡、針隙類空隙多 ，很少人關注灌漿的質量。，F(xiàn)場配制的灌漿料必須滿足：水灰比為0.40-0.45，摻入適量的減水劑，可以減小到0.35；灌漿料**大泌水率不得超過3%，泌水應在24小時內重新被灰漿吸收；灌漿料的粘稠度應控制在14-18s；灌漿料在凝固前具備一定的膨脹作用；灌漿料試塊的抗壓強度不低于30MPa?div id="4qifd00" class="flower right">，與預應力筋粘結不實，漿體中甚至有斷紋，管道不飽滿，高點處漿體起粉等。上述問題不僅影響施工，而且直接關乎橋梁結構的耐久性及安全使用。、環(huán)氧樹脂等)和超細水泥新品種。對于浮動裂隙或低溫下進行灌漿還要保持結構完整性，則推薦使用超細水泥。瑞典P.Borchardt指出超細水泥及其添加劑的生產，使灌漿工藝獲得了新的可行方法，很多化學漿材耐久性差，并對環(huán)境有污染。T.A.Melbye指出超細水泥有許多優(yōu)點，可以用普通水泥的灌漿技術和設備，比普通水泥具有更好的可灌性，可以代替化學漿材，具有良好的工作環(huán)境、耐久性好、強度高、比化學漿材更經濟。、科研機構同樣對灌漿材料的改性做了大量研究工作。同濟大學混凝土材料國家重點試驗室對摻礦物微粉的水泥漿體進行了一系列的研究。他們主要考察了礦物微粉顆粒特征及摻量與水泥漿體流變性能之間的關系。并且在幾個顆粒群特征參量中，分別確定其一，變化其它參量進行對比試驗，以確定水泥漿體流變性能的變化規(guī)律。張雄等人在這一方面也進行了一些研究。他們在研究中發(fā)現(xiàn)，特殊混合材的摻量對水泥漿的屈服應力與粘度有著很大的影響。并且不同的混合材對漿體流變性能的影響也有著很大的差異。長江水利委員會的陳明祥針對目前國內外出現(xiàn)大壩基礎灌漿帷幕衰減和失效的事例，認為對于水泥灌漿存在的問題應從材料本身來解決，并對灌漿水泥的原材料選擇提出了建議。國家建材研究院在研究灌漿材料過程中，探索了不同礦物摻和料對材料可灌性的影響，得出了很多工程上的實際數(shù)據(jù)。他們認為，礦物摻和料的細度是對水泥漿體流變性能影響的主要因素，不同摻量時對漿體的流變性能影響有很大的差異。重慶大學材料學院的張馳等人利用磨細粉煤灰、磨細礦渣和硅灰作為礦物摻和料，分別研究了礦物摻合料、高效減水劑以及它們的復合作用對水泥漿體流變性能的影響情況。他們在研究中發(fā)現(xiàn)：礦物摻合料和高效減水劑雙摻時，大大提高了水泥漿體的流動性。，這直接導致國內管道灌漿質量差。因此，盡快與國際接軌，發(fā)展預拌商品灌漿料是我國管道灌漿料的發(fā)展方向。預應力混凝土結構管道灌漿由漿體的拌制和灌漿工藝兩部分組成，灌漿工藝包括傳統(tǒng)的常規(guī)灌漿工藝和近年來興起的真空灌漿工藝。
，通常采用慢速攪漿機，其攪拌原理為慢速剪切，轉速一般低于100轉分鐘。慢速攪攪漿機適用于水灰比大、易分散的灌漿料。對于新型高性能灌漿料，由于水灰比小、粘度大，已不再適用。有研究資料表明，采用高速攪拌機拌制的低水灰比(水灰比為0.35)灌漿料漿體流錐時間、泌水率、強度、膨脹率指標，均好于慢速攪漿機。因此，開發(fā)與新型高性能灌漿料相配套的攪漿設備十分必要，它不僅能夠提高現(xiàn)場工作效率，而且非常有利于提高灌漿質量 。 ，壓力在0.5-1.0MPa ，將漿體壓入管道，并沿管道設置的高點和低點排氣孔排氣 。常規(guī)灌漿工藝有一定的局限性 ，主要表現(xiàn)為：灌入的漿體中常會含有氣泡，當混合料硬化后 ，存積氣泡處會變?yōu)榭紫?div id="m50uktp" class="box-center"> ，成為滲透雨水的聚積地，這些水可能含有有害成分 ，易造成對構件的腐蝕 ；同時，在北方嚴寒地區(qū)，由于溫度低，這些水會結成冰，可能脹裂構件，造成嚴重的后果；另外水泥漿容易泌水離析，干硬后收縮，泌水處可能產生空洞，致使強度不夠，粘結不好，為工程留下隱患。為了防止預應力筋被腐蝕，提高結構的安全度和耐久性，確保工程質量，目前國外已開始普遍采用真空灌漿工藝。，它是采用真空泵抽吸預應力管道中的空氣，使管道達到負壓0.1MPa左右的真空度，然后在管道的另一端用壓漿機以不小于0.7MPa的正壓力將水泥漿壓入預應力管道，以此提高管道灌漿的密實度。，灌漿過程連續(xù)迅速，減小了曲線管道中將體自身引起的壓力差，特別對于一些異形管道的關鍵部位，提高了管道灌漿的密實性，在鋼束曲率半徑較小及鋼束過長的情況下、常規(guī)灌漿工藝不好施工的結構中取得了良好的效果。 。潤揚長江大橋研究表明：在兩端高差較大的情況下，真空灌漿工藝的效果比常規(guī)灌漿工藝的效果差 ，鋼管頂部出現(xiàn)空管現(xiàn)象 ，需要采用二次補漿的措施。因此在實際橋梁具體施工環(huán)境下如何把握真空灌漿工藝還有待進一步研究 。 ，兩種灌漿工藝法都存在一定的不足。尤其值得關注的是：無論采用常規(guī)灌漿工藝還是真空灌漿工藝 ，現(xiàn)場灌漿料攪拌時 ，各種配料幾乎采用人工計量，摻量得不到嚴格控制 ，攪拌出的漿體與設計的配比不符 。因此，開展改進灌漿工藝的研究 ，開發(fā)全機械化 、全自動化控制的計量控制系統(tǒng)，對于提高工作效率 、保證管道灌漿施工質量有著重大意義 。國外管道灌漿技術規(guī)范以歐盟規(guī)范BS EN 445446447:2007——Grout for prestressing tendons和美國后張預應力協(xié)會(PTI) 規(guī)范"Specification for Grouting of Post-Tensioned Structures"**具有代表性，其他還包括美國佛羅里達交通局(FlaDOT)制定的管道灌漿技術規(guī)范 。
、灌漿料各種性能指標測試方法以及管道灌漿施工工藝，是目前國際上**為先進的預應力管道灌漿技術規(guī)范 ，本節(jié)將重點介紹 。 、流動性 、泌水性、體積穩(wěn)定性、強度、凝結時間和密度八大指標，具體技術要求及測試方法如下： 。 ，但對密度具體指標無要求 。 、泌水性、體積穩(wěn)定性 、凝結時間 、強度和抗?jié)B性，具體指標要求見表2-1。相比歐盟標準BS EN 445446447:2007，后張預應力協(xié)會(PTI) 規(guī)范增加了對灌漿料的抗?jié)B性要求，但缺少對有害離子含量和細度的規(guī)定。