低負溫壓漿材料在連續(xù)梁冬施中的應用

趙錦團，楊富民

(1.中交第三航務工程局寧波分公司，浙江寧波 315200;2.中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所，北京 100081)

1 工程概況

根據(jù)施工進度計劃安排，新建大西鐵路客運專線4標段祁縣跨208國道特大橋和祁縣跨南同蒲鐵路特大橋的現(xiàn)澆連續(xù)梁施工中，縱向預應力管道壓漿施工工期需要安排在2011年11月中下旬及12月中上旬進行。按照當?shù)貧v年統(tǒng)計數(shù)據(jù)及往年施工經(jīng)驗，此期間已進入冬期施工，預應力管道壓漿為關鍵性工序，為確保施工質(zhì)量，需按冬季施工處理。100m長的連續(xù)梁主跨采用掛籃施工，按“冬季施工梁體溫度在壓漿時及壓漿結(jié)束完畢后3 d內(nèi)不應低于5℃”的原則，3#塊完成后需停工，設備不能周轉(zhuǎn)，將導致施工成本增加;支架施工的48 m主跨和64 m連續(xù)梁，因地表土最大凍結(jié)深度為0.77 m，存在地表土凍脹問題，危害梁體結(jié)構(gòu)安全，必須年前完工，而且因支架模板租賃費用問題使施工成本大大增加。

《鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收標準》(TB 10424—2010)規(guī)定梁體壓漿時，漿體溫度應在5℃ ～30℃之間，梁體溫度在壓漿時及壓漿結(jié)束完畢后3 d內(nèi)應不低于5℃。如采用普通壓漿劑進行壓漿施工，漿體和梁體需采取保溫加熱措施，在質(zhì)量、工期和施工成本等方面存在諸多不利，且相應的溫度要求也難以達到。本工程采用由中國鐵道科學研究院研發(fā)的TK-G-4型低負溫壓漿新材料，順利完成了連續(xù)梁長管道壓漿冬期施工任務。

2 低負溫壓漿材料的應用

現(xiàn)在國內(nèi)外在低負溫條件下不用任何措施而進行預應力管道壓漿施工還未有報道。TK-G-4低負溫壓漿材料曾在哈大鐵路客運專線的I標長春制梁廠2片長32 m預制T梁，以及京哈直通線財落特大橋一聯(lián)8跨20m框架墩橫梁中應用，但這兩項工程預應力管道長度不大。如果應用到具有長管道的工程中，需通過試驗確定流動性、初凝時間和硬化強度等施工參數(shù)。

2.1 本工程壓漿冬施主要特點

工程施工預應力管道最長可達145.2 m，具體需要壓漿的預應力管道情況詳見表1。單根長管道壓漿施工耗時30min以上。施工周期內(nèi)，壓漿操作時環(huán)境溫度為 -5℃～10℃，壓漿完畢 24 h內(nèi)要經(jīng)受-10℃ ～-15℃的環(huán)境溫度變化。

表1 3座連續(xù)梁預應力管道壓漿冬施工程量統(tǒng)計

2.2 應用前的試驗研究

根據(jù)施工經(jīng)驗，長度為150m的連續(xù)梁長束管道壓漿完畢需要25～35min。要充分考慮低負溫壓漿劑30min流動度保留值不大于25 s，45min流動度不大于30 s，且具有良好的流動性。由于TK-G-4低負溫型壓漿材料是滿足 -10℃施工環(huán)境要求的定型產(chǎn)品，施工條件不同時，需要對工作性和凝結(jié)時間進行調(diào)整。根據(jù)本工程使用特點，結(jié)合現(xiàn)場實際的氣溫環(huán)境條件、壓漿設備、最長束管道的壓漿能力和操作時間，摻加緩凝劑對漿體流動度保留值和凝結(jié)時間進行調(diào)整，以達到低負溫條件下的抗凍強度要求。分0～10℃，0～-5℃，-5℃ ～-10℃3個壓漿操作時的氣溫段，測試不同摻量緩凝劑的漿體流動度、凝結(jié)時間和抗壓強度，試驗數(shù)據(jù)詳見表2～表4。

表2 0～10℃壓漿氣溫段的試驗數(shù)據(jù)

根據(jù)以上試驗數(shù)據(jù)，當施工環(huán)境溫度在0～10℃時，選用緩凝劑0.6%的摻量;當施工環(huán)境溫度在0～-5℃時，選用緩凝劑0.4%的摻量;當施工環(huán)境溫度在-5℃～-10℃時，選用緩凝劑0.2%的摻量。適宜的緩凝劑摻量保證了合理的可施工時間，同時不影響漿體強度的發(fā)展。

2.3 壓漿施工

2011年11月23日—12月18日使用TK-G-4型低負溫預應力管道壓漿材料順利完成了3座連續(xù)梁冬施壓漿施工。壓漿施工時應用技術要求如下:

1)壓漿設備選用吳橋GSZW-700型高速自動壓漿臺車、SQG45A壓漿泵(螺桿式)。該壓漿臺車設備配有自動上料、自動稱重(計量精度±1 kg)、高速攪拌(1 000轉(zhuǎn)/min，單次攪拌量 450 kg)、低速攪拌桶(70轉(zhuǎn)/min，容量900 kg，可容納高速攪拌桶攪拌后過濾的漿液，防止沉淀，滿足連續(xù)供漿)。因天氣寒冷，使用過程中注意設備覆蓋保溫及維修保養(yǎng)。

表3 0～－5℃壓漿氣溫段的試驗數(shù)據(jù)

表4 －5℃～－10℃壓漿氣溫段的試驗數(shù)據(jù)

2)壓漿前采用高壓通風檢查管道是否暢通(不能通水，防止結(jié)冰)。

3)攪拌用水采用自然常溫水(為直接抽取10℃左右的井水)，無需加熱。

4)自然條件下施工，無需對梁體采取保溫措施。

5)壓漿材料為TK-G-4型低負溫壓漿劑加水構(gòu)成，水料比按0.32控制，緩凝劑摻量按壓漿施工時實測氣溫確定(0～10℃時摻0.6%;0～-5℃時摻0.4%;-5℃ ～-10℃時摻0.2%)。現(xiàn)場配置電子稱準備控制緩凝劑稱量。

6)每盤拌合量不宜超過0.15m3，確保45min內(nèi)用完。可選用每盤200 kg壓漿劑的配料。如若使用400 kg配料，可能會出現(xiàn)漿體因攪拌或滯留時間過長(超過30min)出現(xiàn)因水化熱聚集而爆凝現(xiàn)象。攪拌前，應先清洗施工設備，不得有殘渣，并檢查攪拌機的過濾網(wǎng)，在壓漿料由攪拌機進入儲料罐時，必須經(jīng)過過濾網(wǎng)。每工班壓漿施工完隨即清洗設備和機具。

7)漿體攪拌操作順序為:首先在攪拌機中先加入實際拌合水用量的80%，開動攪拌機，均勻加入全部壓漿劑，邊加入邊攪拌;全部粉料加入后再攪拌2 min;然后加入剩下的20%拌合水，繼續(xù)攪拌2 min。總攪拌時間一般不宜超過5min。

8)攪拌均勻后，檢驗攪拌罐內(nèi)漿體流動度，頭3盤每盤檢測1次，之后每10盤進行1次檢測，其流動度在規(guī)定范圍內(nèi)(按14～22 s控制，以偏下限為宜)即可通過過濾網(wǎng)進入儲料罐。漿體在儲料罐中繼續(xù)攪拌，以保證漿體的流動性。禁止在施工過程中由于流動度不夠額外加水。

9)準備壓漿前，應開啟漿泵，使?jié){體從壓漿管中排出，以排出壓漿管中的空氣、水和稀漿。當排出的漿體流動度和攪拌罐中的流動度一致時，可以開始壓入梁體管道。

10)壓漿應達到管道另一端飽滿均勻出漿，并應達到排氣孔出漿與規(guī)定流動度相同的漿體為止。關閉出漿口后，應保持0.5～0.6 MPa且3～5min穩(wěn)壓期。

11)水泥漿攪拌結(jié)束至壓入管道的時間間隔不宜超過40min。自封閉進漿管起，4 h后才能撤除壓漿筒，并檢查確認無漏漿。

12)壓漿作業(yè)應安排在白天進行，杜絕夜間作業(yè)，做好相關準備工作。

13)低負溫壓漿劑嚴禁和普通硅酸鹽水泥等混合使用。

14)TK-G-4型低負溫壓漿劑每袋凈重40 kg，采用雙層自防潮包裝，保質(zhì)期為3個月。注意儲存在干燥、陰涼的地方，下墊上蓋，防止日曬、雨淋、受潮、降雪等。

2.4 質(zhì)量檢驗

壓漿施工嚴把質(zhì)量關，詳細記錄施工過程和試驗數(shù)據(jù)，記錄項目包括:壓漿日期、氣溫、水溫、水料比、緩凝劑摻量、攪拌時間、漿體溫度、流動度、保壓壓力及時間、抗壓強度等，主要情況可見表5。由表5可知，1 d同條件抗壓強度均＞25mPa，強度正常且快速發(fā)展;R-7+28/R28強度比值均＞80%，抗壓強度評定合格。

每工班制作5組標準養(yǎng)護試件(40mm×40mm×160mm)，其中3組分別進行抗折和抗壓強度試驗，現(xiàn)場同條件試件留置2組(用于檢驗-1 d及-7 d+28 d強度)。

表5 壓漿施工情況匯總

2.5 施工成本對比

將管道壓漿分別采用負低溫壓漿劑與普通壓漿劑對其施工成本進行比對計算。

1)采用負低溫壓漿劑時，正常實施壓漿工藝，無需對梁體保溫加溫等措施，簡單易行，質(zhì)量有保障。增加的成本僅為壓漿劑本身，詳見表6。每方單價增加3 540元/m3，共33 m3(按10%損耗計)計增加成本116 820元。

表6 兩種壓漿劑成本比對計算

2)采用普通壓漿劑時，為滿足規(guī)范對漿體及施工環(huán)境的溫度要求，需采取壓漿劑保溫、水加溫、壓漿設備保溫、連續(xù)梁梁體全斷面整體性覆蓋包裹保溫及梁體體內(nèi)體外加熱保溫等措施。經(jīng)測算，以上施工成本約為60萬元，見表7。采用普通壓漿劑延長了支架租賃期限，約為5 000元/天，這項費用也是可觀的。

表7 梁體保溫加溫施工成本測算

通過對比，采用低負溫壓漿材料的綜合施工成本明顯低于采用普通壓漿劑的成本。

3 結(jié)語

1)低負溫壓漿材料首次在本工程連續(xù)梁施工中的成功應用，解決了連續(xù)梁冬施長管道壓漿難題，從而保證了低溫施工質(zhì)量，在大西線得到了推廣應用，施工經(jīng)驗可為類似工程借鑒。

2)根據(jù)低負溫壓漿劑壓漿施工時的氣溫確定緩凝劑摻量，0～10℃為0.6%、0～-5℃為0.4%、-5℃～-10℃為0.2%。

3)攪拌設備應選用配有儲料罐(具有攪拌功能)的壓漿臺車，以使?jié){體連續(xù)供應。

4)初始流動度宜按規(guī)定范圍內(nèi)的低限控制。

5)非極寒氣溫，低負溫壓漿材料可在自然條件下施工，無需對梁體采取保溫措施。

6)低負溫壓漿材料在連續(xù)梁冬施中的應用，大大降低了綜合施工成本。

［1］中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所.嚴寒地區(qū)鐵路客運專線橋梁冬季施工關鍵技術研究［R］.北京:中國鐵道科學研究院鐵道建筑研究所，2008.

［2］中國人民共和國鐵道部.TB 10424—2010 鐵路混凝土工程施工質(zhì)量驗收標準［S］.北京:中國鐵道出版社，2011.

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［4］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.GB/T 50448—2008 水泥基灌漿材料應用技術規(guī)范［S］.北京:中國計劃出版社，2008.

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