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預(yù)應(yīng)力管道高性能灌漿材料

研究項目簡介

一、前言

隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展

，我國公路和鐵路建設(shè)進入一個迅猛發(fā)展的時期

，其中橋梁所占的比例越來越大。保證橋梁的使用壽命

，使橋梁預(yù)應(yīng)力管道灌漿密實，減少預(yù)應(yīng)力損失

，并防止鋼筋銹蝕

，是大型橋梁建設(shè)的關(guān)鍵性技術(shù)問題

。在預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中，灌漿材料質(zhì)量的好壞將直接影響結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性

。

在預(yù)應(yīng)力管道灌漿領(lǐng)域

，國內(nèi)外進行了大量的研究

。在早期，預(yù)應(yīng)力管道灌漿所使用的灌漿料一般為現(xiàn)場配制

，施工時

，采用水泥、水

、減水劑

、膨脹劑等進行現(xiàn)場配制，此做法通常存在各種外加劑兼容性不良

、水泥與減水劑適應(yīng)性差等問題

，造成管道灌漿時漿體質(zhì)量穩(wěn)定性差、流動性差

、流動性損失快

、體積穩(wěn)定性不良、硬化后漿體不密實

、與預(yù)應(yīng)力筋粘結(jié)不實等問題

。國外已經(jīng)嚴令禁止現(xiàn)場配制罐漿料。近年來

，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

，但由于各個地方用于生產(chǎn)水泥的原料性不同，生產(chǎn)出來的水泥差異很大

，因而水泥與外加劑包適應(yīng)性差的問題仍然存在。國外已經(jīng)開發(fā)了工廠預(yù)制灌漿料并大規(guī)模應(yīng)用于工程實際

，而國內(nèi)應(yīng)用較少

。

低水灰比(0.27)、高流動度

、零泌水是灌漿材料的關(guān)鍵技術(shù)指標

。不同類型水泥生產(chǎn)工藝和水泥礦物組分不盡相同，水泥理論水灰比在0.23-0.25之間

。在灌漿料的制漿過程中

，為了獲得必要的流動性，現(xiàn)有施工中常用的水灰比在0.33-0.45之間

，比水泥水化的理論用水量超出很多

，多余的水必然泌出，同時在體系中形成泌水通道和水泡

，泌水通道和水泡中的水蒸發(fā)后形成孔隙

，導致結(jié)構(gòu)缺陷

，這將大大減少混凝土抵抗荷載的實際有效斷面

，影響灌漿料硬化后的后期強度和耐久性，造成安全隱患

。目前關(guān)于灌漿材料的低水灰比研究

，國內(nèi)外研究人員進行了大量理論和試驗研究，結(jié)果表明：水灰比大于0.28時必然產(chǎn)生泌水

。

二

、成果的創(chuàng)新性

湖北中橋科技有限公司研究團隊經(jīng)過3年的刻苦攻關(guān)

，通過大量試驗室研究工作和工業(yè)化試驗

，采用高效聚羧酸減水劑、新型高分子聚合物穩(wěn)定劑

、國產(chǎn)水泥和超細礦物改性組分進行復(fù)合

，解決了漿體流動性、泌水和收縮等難題

，開發(fā)出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的大型橋梁用預(yù)應(yīng)力管道高性能灌漿材料的產(chǎn)品配方和生產(chǎn)工藝（國家發(fā)明專利申請?zhí)枺?010101124516）。CG-100預(yù)應(yīng)力管道高性能灌漿材料采用特殊復(fù)合礦物改性組分提高灌漿材料的流動性能

，在水灰比0.27時

，漿體初始流動度**低10秒、60分鐘后流動度25秒以內(nèi)

，漿料不離析

、不分層、不泌水

。

該研究在國內(nèi)屬于開創(chuàng)性的研究課題，材料的研制成功將有望結(jié)束傳統(tǒng)的灌漿施工工藝

，對于解決預(yù)應(yīng)力橋梁的工程質(zhì)量問題

，延長預(yù)應(yīng)力橋梁的使用壽命都具有重要意義。目前

，已經(jīng)制定了該產(chǎn)品的企業(yè)標準

，在交通運輸部公路科學研究院監(jiān)制下順利投產(chǎn)

，產(chǎn)品經(jīng)交通運輸部質(zhì)量監(jiān)督檢測中心檢驗合格。

2009 年12 月1 日

，由交通運輸部科技司主持的“預(yù)應(yīng)力管道高性能灌漿材料研究項目技術(shù)鑒定會”在北京召開。由交通運輸部總工程師周海濤教授

、鳳懋潤教授等9 名專家組成鑒定委員會

，通過了交通運輸部科技司組織的成果鑒定（交科鑒字[2009]第23 號），鑒定專家組一致認定該項成果總體達到國際領(lǐng)先水平

。

專家委員會一致認為：湖北中橋科技有限公司的預(yù)應(yīng)力管道高性能灌漿材料技術(shù)研究成果具有創(chuàng)新性和自主知識產(chǎn)權(quán)

，解決了灌漿材料漿體流動性、穩(wěn)定性和耐久性等關(guān)鍵技術(shù)難題，中橋-CG100 的研制成功將徹底改變我國傳統(tǒng)的灌漿施工工藝

，對于解決預(yù)應(yīng)力橋梁的工程質(zhì)量問題

，延長預(yù)應(yīng)力橋梁的使用壽命都具有重要意義。推廣應(yīng)用意義深遠

，經(jīng)濟效益和社會效益顯著

。

主要創(chuàng)新點有：

（1）研發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的特殊超細礦物改性組分。

（2）研發(fā)了水泥基管道灌漿材料配方

。

（3）研發(fā)了預(yù)應(yīng)力管道高性能灌漿材料的制備工藝，研制了相關(guān)的工藝設(shè)備和檢測設(shè)備

，制定了企業(yè)標準

。

湖北中橋科技有限公司開發(fā)的預(yù)應(yīng)力管道高性能灌漿材料與國內(nèi)外灌漿材料相比具有以下明顯優(yōu)勢：

（1）工廠預(yù)制產(chǎn)品，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定

，現(xiàn)場施工只需加水攪拌即可

，有利于控制現(xiàn)場灌漿質(zhì)量；

（2）水灰比低至0.27時流動性

、流動性保持等施工性能優(yōu)良（流動度達10-17秒）

，無泌水

、微膨脹

，能更有效填充管道，對于超長管道灌漿有明顯優(yōu)勢

；并且

，湖北中橋科技有限公司制定的企業(yè)標準中流動度、30min 流動度

、泌水率等主要技術(shù)指標規(guī)定高于歐洲

、美國標準；

（3）經(jīng)檢測

，硬化漿體抗?jié)B性能和抗凍性能高于國外產(chǎn)品指標

；

（4）該灌漿材料不含氯鹽或其它類對預(yù)應(yīng)力索有腐蝕性的組分，對預(yù)應(yīng)力鋼筋和鋼絞線等提供額外防腐保護

。

三

、成果的推廣應(yīng)用

目前，湖北省“十一五”規(guī)劃建設(shè)的交通重點建設(shè)項目——湖北荊岳長江公路大橋全線使用CG-100預(yù)應(yīng)力管道高性能灌漿材料

，中交武漢港灣工程設(shè)計研究院全程跟蹤，進行了多角度的應(yīng)用研究

。使用CG-100預(yù)應(yīng)力管道高性能灌漿材料的制漿時加料速度快

、制漿順利，初始流動度**低為10s

，施工效率和質(zhì)量都有保障

。根據(jù)破損檢驗結(jié)果，CG-100預(yù)應(yīng)力管道高性能灌漿材料用于超長預(yù)應(yīng)力管道灌漿（320米長索構(gòu)件）均能保證灌漿充實度

，可灌性能優(yōu)于國外產(chǎn)品

、宜巴高速等正在使用CG-100預(yù)應(yīng)力管道高性能灌漿材料，應(yīng)用效果良好

。

專家預(yù)測

，未來幾年我國橋梁新增2000km，需求灌漿材料約200萬噸

；而國內(nèi)目前沒有相應(yīng)的工廠預(yù)制管道灌漿材料產(chǎn)品

，主要依賴進口；本研究產(chǎn)品經(jīng)中華人民共和國交通運輸部公路科學研究院監(jiān)制和檢驗

。本項目的研究成果將解決采用水泥漿現(xiàn)場拌制的傳統(tǒng)灌漿施工工藝中存在的灌漿不飽滿

、漿體不密實的質(zhì)量通病，對于解決預(yù)應(yīng)力橋梁的工程質(zhì)量

、延長預(yù)應(yīng)力橋梁的安全使用壽命具有重要意義

。

表1為湖北中橋科技有限公司企業(yè)標準中CG-100預(yù)應(yīng)力管道高性能灌漿材料的技術(shù)指標。

表1　預(yù)應(yīng)力管道高性能灌漿材料及其漿體的技術(shù)指標

序號		檢測項目		指標
1		總氯離子含量(%)	占灌漿材料總量		≤0.06
2		比表面積（m^{2^kg）}	勃氏法		≥350
3		凝結(jié)時間(h)	初凝		≥5
3		凝結(jié)時間(h)
終凝		≤24
4		流動度(s) （25℃）	初始		10～17

	30min		10～20
60min		10～25
5		表觀粘度（Pa·s）（25℃）	初始		0.26～0.36

	30min		0.32～0.46
60min		0.40～0.56
6		抗壓強度(MPa)	1d		≥15.0

	3d		≥30.0

7d		≥40.0
28d		≥50.0
7		抗折強度(MPa)	1d		≥4.0

	3d		≥5.0

7d		≥6.0
28d		≥10.0
8		自由泌水率(%)	3h		0.0
9		鋼絲間泌水率(%)	4h		0.0
10		壓力泌水率（%）	0.22 MPa		≤1%
10		壓力泌水率（%）
0.36 MPa		≤1%
11		自由膨脹率(%)	3h		0～2
12		豎向膨脹率(%)	24h		≥0.02
13		對鋼筋的銹蝕作用			無銹蝕
14		水灰比			0.27±0.01

靳洪允

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