大跨度預應力鐵路混凝土現澆梁孔道壓漿試驗研究

摘要:通過實驗室試驗及施工現場模擬試驗，研究不同水泥漿配合比的綜合性能，確定預應為孔道壓漿材料水泥漿體的最優配合比，并提出現場壓漿施工工藝以及注意事項。

關鍵詞:預應力混凝土孔道 水泥漿體 壓漿 試驗研究

1 工程概述

1.1 鰲龍河特大橋工程簡介 長吉城際鐵路CJCJ-2標鰲龍河特大橋中心里程DK77+346.46，橋型布置:26-32m+1-(40+64+40)m+2-32m+16-24m+32-32m，共計79跨，全長2603m。27號墩至29號墩設計為1聯(40+64+40)m變跨連續梁，主跨橫跨糧庫專用線鐵路。連續箱梁全長145.2m，位于線路縱坡為-1.9‰的斜坡上。截面類型為單箱單室、變高度箱梁，橋面板寬12.2m，橫橋向擋砟墻內側設2%的人字型排水坡，兩側翼緣板懸臂長2.9m，頂板厚由0.69～0.43m，底板厚度由1.00～0.44m。梁底下緣按圓曲線變化，根部梁高529cm，跨中及邊跨梁高289m，箱梁采用斜腹板，腹板寬50～110cm，斜度15:1，根部箱梁底寬635.2cm，跨中箱梁底寬574cm。邊支座中心線至梁端60cm，邊支座橫橋向中心距4.6m，中支座橫橋向中心距4.4m。

1.2 壓漿的重要性 在后張有粘結預應力混凝土結構中，預應力筋的防腐蝕問題及與結構混凝土的共同工作問題是通過壓力壓漿充滿預應力筋預埋孔道和預應力筋之間的空隙予以解決的，當后張預應力筋處于非水平的傾斜狀態、多跨度彎曲狀態和垂直狀態時，水泥漿的泌水蒸發后形成無水泥漿存在的空間，使該處的預應力筋失去保護。而預應力箭在高應力(現代預應力結構中，預應力筋的應力通常在1000MPa以上)狀態下對腐蝕損壞相當敏感(即應力腐蝕)，造成預應力筋的腐蝕部位斷面缺損，影響預應力混凝土結構的安全和耐久性。因此，灌裝質量的好壞直接影響到預應力筋的防腐蝕性能、預應力構筑物的安全性能和耐久性能。

目前，預應力孔道壓漿施工中，常出現質量問題:孔道中水泥漿未充滿，有空隙;水泥漿體硬化后收縮與孔道壁分離;水泥漿硬化后強度不滿足規范要求。

1.3 預應力混凝土孔道壓漿指定用JM-Ⅲ壓漿劑簡介 JM-Ⅲ型(抗裂、防滲)混凝土壓漿劑，是江蘇省建筑科學研究院建筑材料研究所研制開發的多功能產品。它不僅具有高效抗裂防滲性能，而且具有減水增強、凝結時間適中、保塑性好、施工和易性好、抗凍、防腐蝕等特點，是一種多功能抗裂防滲材料。

2 壓漿用水泥漿的室內配合比試驗

2.1 水泥漿主要性能的測試方法

2.1.1 水泥漿流動度測試方法 水泥漿流動度測試方法采用流錐法，流錐時間測試按美國標準CRD-C79-58進行，是通過量測一定體積(1725mL)的水泥漿從一個標準尺寸的流錐中流出的時間來確定的。對任何水泥漿至少應做兩次試驗。

2.1.2 水泥漿泌水率的測試方法 采用1000mL的量筒，將調制好的水泥漿約800mL注入量筒內，記下體積數值，將量筒上口加蓋封好，從水泥漿體注入量筒時算起，每小時將上口蓋打開，傾斜量筒，用吸管吸出沁水，加以記錄，泌水體積除以試樣漿體的含水量即為沁水率，計算公式如下:泌水率(%)=泌水體積/(試樣漿體重量(g)*漿體含水率(%))*100%

2.1.3 水泥漿膨脹率的測試方法 測試水泥漿的膨脹率分兩部分測試:一為測水泥漿體凝結前膨脹率，一為測水泥漿中后期膨脹率。測凝結前膨脹率是結合泌水率的測試進行的，即將測試好泌水的水泥漿繼續靜置21h(實際上距制漿時間為24h)后量測水泥漿膨脹后的漿面高度。膨脹的體積除以水泥漿原體積即為膨脹率。計算公式如下:膨脹率=(膨脹后的水泥漿面高度-最初填灌的水泥漿面高度)/最初填灌的水泥漿面高度*100%，測中后期膨脹率的方法為:用4cm * 4cm* 16cm水泥軟練砂漿三聯模，在其兩端鑲銅測頭，水泥漿入模后24h拆模，并量測試件長度作為試件初始長度。試驗在20℃標準條件下進行，前14d為水中養護，14～18d在濕空氣中養護。分別測量試件2d，3d，7d，14d，28d的長度。膨脹的長度除以試件基長即為膨脹率，計算公式如下:膨脹率=(膨脹后的長度-初始長度)/試塊基長*100%。

2.1.4 水泥漿強度的測試方法 用砂漿試塊模對每種配比的水泥漿都制作一組(6塊)試塊，標養至28d，測其抗壓強度。

2.2 固定JM-Ⅲ摻量8%，調整水膠比測試水泥漿的性能

2.2.1 水泥漿的流動度測試結果分析:①水膠比為0.34～0.35之間的水泥漿的流動性符合規范要求;②靜置20min后，水泥漿的流動度損失較大，故要求漿液制好后應盡快壓漿;且每根孔道壓漿的時間不宜過長;③在壓漿過程中不允許出現中斷的情況，必須一次性不間斷罐完某根孔道。

2.2.2 水泥漿的泌水率測試結果分析:①隨著水膠比(W/A)的增大，泌水率增大;②各種配比的水泥漿在調制好灌入量筒并靜置出后，均出現水泥漿體離析現象(上層為泡沫，中層為沁水，下層為實漿，只有W/A=0.33的漿體無沁水層)，且隨著W/A的增大，沁水層逐步增大，而泡沫層能基本保持不變;③從量筒中吸出泌水及泡沫(實際操作中只能如此進行)并重新注入量筒中，靜置24h，這種泡沫及沁水的混合物分層更加明顯，但下層沉淀的漿體在24h后仍能用水沖洗，說明其沒有強度;④水膠比0.33～0.35的泌水率均小于2%。

2.3 固定水膠比，調整JM-Ⅲ摻量測水泥漿體性能 由“固定JM-Ⅲ摻量，調整水膠比例水泥漿體性能”試驗結果，可知水膠比為0.35時，水泥漿體的綜合性能指標最優。因此，選定水膠比為0.35，調整JM-Ⅲ的摻量6%，8%，10%，12%，15%測定水泥漿體的各項性能指標。

通過系列試驗(試驗數據不再贅述列出，只對試驗結果進行歸納)，我們發現，隨JM-Ⅲ摻量的增加:①水泥漿體的流錐時間逐漸減小。但摻量為15%時的流錐時間比摻量為12%時的流雄時間減小很少。且此時攪拌鍋底有水泥沉淀現象;②水泥漿體的表面泡沫層厚度增大，分層離析現象逐步嚴重，沁水率增大;③水泥漿體的膨脹率逐步增大，但當摻量超過12%時，膨脹率的增大不再明顯;④水泥漿體的28d試塊強度都在70MPa左右波動。

2.4 優化組合確定水泥漿體的外加劑摻量和水膠比 通過上述兩大系列試驗，我們確定壓漿用水泥漿體的優化組合配比為:JM-Ⅲ摻量8%、水膠比0.35，其綜合性能滿足規范要求。

3 模擬試驗

3.1 在一工區現場采用不同壓漿方法、配比水泥漿的壓漿對比模擬試驗

3.1.1 壓漿組織 進行了真空輔助壓漿與普通壓漿的對比試驗。

真空壓漿壓注不同水泥漿的對比試驗，兩種不同水泥漿的配合比進行。對比試驗所用的孔道材料、孔道長度、孔道內穿鋼絞線的量全部相等，在同一時間壓漿，壓漿3d后剖管檢查。

3.1.2 試驗結果分析 ①采用普通壓裝工藝進行壓漿的試樣，摻JM-Ⅲ的水泥漿，漿體能較好地充滿塑料波紋管道，由少量泌水引起的凹坑主要集中在塑料波紋管的高度5mm的凸出波形內，在兩波形之間僅有少量凹陷小于2mm、形狀類似氣泡的指甲大凹坑。說明采用普遍壓漿工藝，只要能真正嚴格把關亦能較好地將塑料波紋管孔道灌密實。②采用真空輔助壓漿工藝進行壓漿的試樣，摻VSL公司提供配比的水泥漿，漿體亦能很好地將塑料波紋管灌滿。但是真實輔助壓漿的漿體早期強度高于普通壓漿的漿體強度。③當采用摻JM-Ⅲ的水泥漿，采用真空輔助壓漿和普通壓漿制作對比試樣，經剖管作對比檢查，發現在塑料波紋管的上半部分，真空輔助壓漿的飽滿度略好于普通壓裝，這是由于采用真空輔助壓漿工藝時，出漿孔冒漿時間過短，管內氣水混合體未排除所致。因此，判定真空輔助壓漿是否成功的條件應該是:兩端均冒出與進漿相同稠度的漿液，且無明顯的氣泡，在有壓(0.7MPa)情況下持壓2min為標準。

3.2 二工區施工現場的壓漿模擬試驗

3.2.1 壓漿組織 四根波紋管道共分兩組，一圓一扁搭配成一組，簡稱甲組和乙組。

甲組的配比為:JM-Ⅲ按量8%，水膠比0.36(考慮施工現場中制漿的效果不如實驗室制漿效果)，2009年8月22日下午壓漿9月3日上午剖管檢查壓漿情況。

乙組的配比為:JM-Ⅲ摻量8%，水膠比0.40，8月24日中午壓漿，9月10日上午剖管檢查壓漿效果。

3.2.2 試驗結果分析 ①甲組圓波紋管中的水泥漿體基本充滿整個孔道，無預應力筋外露現象;在拱形的頂部表面有0.5mm左右厚的暗紅色粉塊層，用手捏之即散，這是由水泥漿中的泡沫聚集失水而成，說明排漿孔冒漿時間過短，水泥漿中泡沫未排除所致;同時，水泥漿體有受凍現象，說明裝體在灌注后的48h內不能受凍，否則，會喪失強度或造成強度損失。②甲組的扁波紋管中的漿體完全充滿整個孔道，無預應力筋外露情況。③乙組圓波紋管由于壓漿中的人為原因，拱形頂部有很大范圍內無水泥漿壓至，致使這一范圍內無水泥漿包裹鋼絞線。這說明壓漿過程中，任何責任心不強，操作時不按工藝執行，都會造成壓漿不密實現象，形成事故隱患。④乙組扁波紋管的局部起拱處有長約510mm的凹陷，其中400mmn范圍內最明顯，其寬達60mm，深約20mm，說明水泥漿水膠比過大，泌水后形成的空隙。

3.3 在中心試驗室的壓漿試驗

3.3.1 壓漿組織 水泥漿配合比為:JM-Ⅲ8%，水膠比0.35。

2009年8月9日下午壓漿，2009年9月6日開管檢查。

3.3.2 試驗結果分析 ①圓波紋管中，水泥漿體飽滿密實，剝開時未見任何裂紋和孔隙;因壓漿時水泥漿體有限未能充分排漿，故硬化后的漿體頂部有由薄層水泥漿體封住的氣泡狀指甲大小的凹坑，但數量不多;剝開波紋管后的硬化漿體在空氣中放置15d后，產生了肉眼可見的符合力學原理的橫向裂縫，說明裸露在空氣中的硬化漿體會因干縮而形成裂縫。②扁波紋管中的漿體飽滿密實，剝開時未見任何裂縫和孔隙;剝開波紋管后的硬化漿體在空氣中放置15d后，產生了肉眼可見的符合力學原理的橫向裂縫。

4 結論

4.1 由上過試驗可知，JM-Ⅲ外加劑減水率較高，達到20%左右;摻入水泥重量的8%時，水泥漿體的后期膨脹率在0.2%以上;其摻量8%～10%較合適，大于10%減水效果增加不明顯且表面出現大量泡沫，小于8%減水效果不夠;在氣溫低于-2℃時，摻8%的JM-Ⅲ的水泥漿凝結時間約30～40h，所以冬季施工可結合早強劑使用。

4.2 壓漿施工時，JM-Ⅲ摻量要準確，攪拌時間不少于3min。由實驗知，水泥漿體靜置時間超過20min后，流動度損失較大，所以現場儲漿罐應人工不停攪拌，以防水泥漿流動度降低。

4.3 施工注意事項 ①JM-Ⅲ存貯時間不宜超過三個月，當其中的粉末形成塊狀或顆粒時，其活性會大大降低。因此，凡含有塊體或顆粒的JM-Ⅲ應視為失效，在工程中不應使用。②壓漿的所用水泥夏季宜選用非早強型的普通硅酸鹽水泥，這有利于保持水泥漿體的流動性。③摻JM-Ⅲ后的水泥漿在制成后，表面有一定厚度的泡沫層，在壓漿時必須充分地排出這部分泡沫，且待出漿口排出無泡沫的漿體后封堵排漿口。④在現場實際施工時，還應注意根據預應力混凝土孔道的長度、施工時的溫度、濕度、施工設備、拌和用水等實際情況，適當調整水泥漿的配比。⑤每次施工前，都應對水泥漿的原材料進行檢查，對水泥漿的流動度進行測定。