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優(yōu)質(zhì)灌漿質(zhì)量+專業(yè)設(shè)備=密實灌漿——中交武漢港灣工程設(shè)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 14:21:20
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- 來源：灌漿料網(wǎng)
橋梁預(yù)應(yīng)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(guān)文獻(xiàn)資料研究結(jié)果，導(dǎo)致我國預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)管道灌漿質(zhì)量普遍較差的主要原因有以下幾點：
（1）灌漿材料：灌漿用的水泥漿質(zhì)量好壞將直接關(guān)系到管道灌漿質(zhì)量的好壞
（2）灌漿工藝：由于缺乏系統(tǒng)試驗資料，目前灌漿工藝較為簡單
（3）管道灌漿技術(shù)規(guī)范：我國現(xiàn)行的管道灌漿技術(shù)規(guī)范對灌漿材料
（4）缺乏對灌漿質(zhì)量的優(yōu)劣進(jìn)行評價的有效檢測手段：缺少有效的檢測手段致使預(yù)應(yīng)力管道灌漿質(zhì)量得不到有效的監(jiān)督
（5）思想上重視不夠：在具體施工質(zhì)量控制中，業(yè)主
2.1.管道灌漿料現(xiàn)狀
在國內(nèi)
近年來
在國外
目前
美國的工程實踐表明超細(xì)水泥灌漿是一種極好的方法
在國內(nèi)，高校
對比國內(nèi)外管道灌漿料應(yīng)用和研究現(xiàn)狀可知，國內(nèi)管道灌漿料應(yīng)用水平較國外差
2.2.管道灌漿設(shè)備及工藝現(xiàn)狀
（1）漿體的拌制
國內(nèi)拌制灌漿料漿體時，通常采用慢速攪漿機
（2）常規(guī)灌漿工藝
常規(guī)灌漿工藝是壓力灌漿
（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，真空灌漿工藝并不是萬能的
綜合常規(guī)灌漿工藝和真空灌漿工藝的研究現(xiàn)狀，兩種灌漿工藝法都存在一定的不足
2.3管道灌漿相關(guān)技術(shù)規(guī)范現(xiàn)狀 2.3.1國外管道灌漿技術(shù)規(guī)范
（一）歐盟規(guī)范
歐盟規(guī)范BS EN 445446447:2007——Grout for prestressing tendons詳細(xì)規(guī)定了管道灌漿料的技術(shù)指標(biāo)要求、灌漿料各種性能指標(biāo)測試方法以及管道灌漿施工工藝，是目前國際上**為先進(jìn)的預(yù)應(yīng)力管道灌漿技術(shù)規(guī)范，本節(jié)將重點介紹。
歐盟標(biāo)準(zhǔn)BS EN 445446447:2007——Grout for prestressing tendons中規(guī)定用于預(yù)應(yīng)力管道灌漿的灌漿料技術(shù)指標(biāo)包括有害離子含量、細(xì)度、流動性、泌水性、體積穩(wěn)定性、強度、凝結(jié)時間和密度八大指標(biāo)，具體技術(shù)要求及測試方法如下：
（1）有害離子含量
預(yù)應(yīng)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(xì)度
采用篩孔通過率來表征灌漿料細(xì)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
（4）泌水性
采用泌水率來表征灌漿料泌水性
（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(jié)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，但對密度具體指標(biāo)無要求。
（二)美國后張預(yù)應(yīng)力協(xié)會(PTI) 規(guī)范
美國后張預(yù)應(yīng)力協(xié)會(PTI) 規(guī)范"Specification for Grouting of Post-Tensioned Structures"中對預(yù)應(yīng)力管道灌漿料技術(shù)指標(biāo)規(guī)定包括流動性、泌水性、體積穩(wěn)定性、凝結(jié)時間、強度和抗?jié)B性，具體指標(biāo)要求見表2-1。相比歐盟標(biāo)準(zhǔn)BS EN 445446447:2007，后張預(yù)應(yīng)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(xì)度的規(guī)定。
表2-1 后張預(yù)應(yīng)力協(xié)會(PTI) 規(guī)范規(guī)定的管道灌漿料技術(shù)指標(biāo)要求
1.概述 隨著我國基礎(chǔ)建設(shè)設(shè)施的蓬勃發(fā)展 ，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)因其顯著的技術(shù)經(jīng)濟優(yōu)勢而在大型橋梁結(jié)構(gòu)中廣泛應(yīng)用 。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的所有優(yōu)勢，都必須建立在預(yù)應(yīng)力筋與結(jié)構(gòu)混凝土粘結(jié)完好的基礎(chǔ)上。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)體系中，管道灌漿的作用主要有三點：一是保護(hù)預(yù)應(yīng)力鋼筋不外露而遭銹蝕，保證預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的安全 ；二是使預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土有良好的粘結(jié)，保證它們之間預(yù)應(yīng)力的有效傳遞 ，使預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土共同作用 ；三是消除預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)在反復(fù)荷載作用下應(yīng)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(jié)構(gòu)的可靠性 。因此，管道灌漿質(zhì)量的好壞 ，將直接影響整個預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性 ，管道灌漿已是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)施工過程中的一道關(guān)鍵工序。 實際工程中 ，因預(yù)應(yīng)力管道灌漿質(zhì)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(yù)應(yīng)力鋼索嚴(yán)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(diào)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(nèi)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(yù)應(yīng)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(diào)查還發(fā)現(xiàn)，雖然在每根梁段內(nèi)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(yù)應(yīng)力鋼絲束銹蝕嚴(yán)重。由于管道壓漿質(zhì)量差，特別是對于橫向管道存在著大量的孔隙，導(dǎo)致接縫處的銹蝕在灌漿不飽滿的管道內(nèi)沿梁寬方向延伸開，鋼絲束大面積銹蝕，承載截面損失，當(dāng)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(nèi)，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(nèi)無漿高達(dá)72%，不飽滿占11.42%，開孔流水達(dá)40%。這基本代表了我國管道灌漿的質(zhì)量現(xiàn)狀——管道灌漿質(zhì)量普遍很差，管道灌漿不實。這給我國預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)量和耐久性埋下了巨大隱患。
為了保證我國預(yù)應(yīng)力混凝土工程的質(zhì)量和耐久性，必須對管道灌漿技術(shù)進(jìn)行認(rèn)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(shè)備的技術(shù)先進(jìn)性。
，更無法判定其對預(yù)應(yīng)力筋耐久性的影響 。 ，設(shè)備要求及工藝等很不規(guī)范 ，灌漿中存在的隱患較多。 、灌漿設(shè)備和灌漿工藝要求都十分低 ，同時對一些關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)缺乏相應(yīng)規(guī)定，如灌漿材料的耐久性指標(biāo) ，這也間接導(dǎo)致了我國所用的灌漿材料品質(zhì)差 ，灌漿工藝落后。 。由于灌漿質(zhì)量從表面看來只影響預(yù)應(yīng)力筋的使用效率及壽命，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(yīng)性差等問題，造成管道灌漿存在以下嚴(yán)重問題：（1）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；（2）新拌漿體泌水大，易離析分層，漿體中微沫多，流動性不好 ，一般不會導(dǎo)致構(gòu)件短時間內(nèi)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(shè)想。，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(yīng)在24小時內(nèi)重新被灰漿吸收；灌漿料的粘稠度應(yīng)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">，凝結(jié)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，與預(yù)應(yīng)力筋粘結(jié)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(guān)乎橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性及安全使用。，而采用超細(xì)水泥對水泥灌漿料進(jìn)行改性是目前研究的熱點。，可以灌入細(xì)砂和細(xì)裂縫的巖石與混凝土中，其可灌性能與化學(xué)漿材相當(dāng)。德國的P.Noske指出超細(xì)水泥可以制成懸浮液應(yīng)用于巖土灌漿工程，成為化學(xué)灌漿材料的替代物，并且有不污染環(huán)境的優(yōu)點。加拿大K.Salen和T.Mirzx在論文中指出200年以來灌漿漿液的特性己發(fā)生很大變化，由簡單泥漿懸浮液到水泥漿懸浮液、化學(xué)漿液(聚氨脂、環(huán)氧樹脂等)和超細(xì)水泥新品種。對于浮動裂隙或低溫下進(jìn)行灌漿還要保持結(jié)構(gòu)完整性，則推薦使用超細(xì)水泥。瑞典P.Borchardt指出超細(xì)水泥及其添加劑的生產(chǎn)，使灌漿工藝獲得了新的可行方法，很多化學(xué)漿材耐久性差，并對環(huán)境有污染。T.A.Melbye指出超細(xì)水泥有許多優(yōu)點，可以用普通水泥的灌漿技術(shù)和設(shè)備，比普通水泥具有更好的可灌性，可以代替化學(xué)漿材，具有良好的工作環(huán)境、耐久性好、強度高、比化學(xué)漿材更經(jīng)濟。，特殊混合材的摻量對水泥漿的屈服應(yīng)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(nèi)外出現(xiàn)大壩基礎(chǔ)灌漿帷幕衰減和失效的事例，認(rèn)為對于水泥灌漿存在的問題應(yīng)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(rèn)為，礦物摻和料的細(xì)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(xué)材料學(xué)院的張馳等人利用磨細(xì)粉煤灰、磨細(xì)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(fù)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(dǎo)致國內(nèi)管道灌漿質(zhì)量差。因此，盡快與國際接軌，發(fā)展預(yù)拌商品灌漿料是我國管道灌漿料的發(fā)展方向。預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)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。
，其攪拌原理為慢速剪切，轉(zhuǎn)速一般低于100轉(zhuǎn)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(biāo) ，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(shè)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(zhì)量 。 ，使用柱塞泵，壓力在0.5-1.0MPa，將漿體壓入管道，并沿管道設(shè)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(dāng)混合料硬化后，存積氣泡處會變?yōu)榭紫?div id="jpandex" class="focus-wrap mb20 cf">，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(gòu)件的腐蝕；同時，在北方嚴(yán)寒地區(qū)，由于溫度低，這些水會結(jié)成冰，可能脹裂構(gòu)件，造成嚴(yán)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(chǎn)生空洞，致使強度不夠，粘結(jié)不好，為工程留下隱患。為了防止預(yù)應(yīng)力筋被腐蝕，提高結(jié)構(gòu)的安全度和耐久性，確保工程質(zhì)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(yù)應(yīng)力管道中的空氣 ，使管道達(dá)到負(fù)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(yù)應(yīng)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(guān)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(jié)構(gòu)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(jìn)一步研究。 。尤其值得關(guān)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(yán)格控制，攪拌出的漿體與設(shè)計的配比不符 。因此，開展改進(jìn)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(zhì)量有著重大意義。國外管道灌漿技術(shù)規(guī)范以歐盟規(guī)范BS EN 445446447:2007——Grout for prestressing tendons和美國后張預(yù)應(yīng)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(dá)交通局(FlaDOT)制定的管道灌漿技術(shù)規(guī)范。
。 。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 。 。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。