粉煤灰基灌漿材料在裝配式橋墩連接部位中的應用

李志杰，姜瑞雙，李 利，邵 玉

（1.山東高速集團有限公司，山東 濟南 250098；2.山東省交通科學研究院，山東 濟南 250031；3.山東省橋隧結構性能評估與耐久性提升工程實驗室，山東 濟南 250102；4.山東高速集團有限公司創(chuàng)新研究院，山東 濟南 250098）

引言

隨著建筑施工技術的不斷完善與發(fā)展，橋梁行業(yè)從傳統的現澆逐漸向工業(yè)化裝配式施工發(fā)展，加快了工程建設的進度，降低了建設單位的成本［1-2］。與現澆橋梁結構相比，預制拼裝橋梁結構具有施工便捷、質量穩(wěn)定、對環(huán)境和交通影響小等優(yōu)點，具有良好的節(jié)能與環(huán)保特點，已成為世界橋梁結構的主要發(fā)展趨勢［3-5］。但裝配式建筑在我國應用時間較短，裝配式橋墩、蓋梁的結合部位是裝配式結構的薄弱環(huán)節(jié)，因此，連接材料的性能決定著結構服役的整體性和安全性［6-8］。

隨著裝配式下部結構在高速公路的推廣應用，連接部位的灌漿材料用量也越來越大。裝配式橋梁的墩柱自重大，安裝連接過程需使用大型吊裝機械定位安裝，且填充混凝土硬化強度滿足要求前，吊裝機械不得停止使用。因此，使用力學性能發(fā)展快的充填材料可以提升施工速度、加快吊裝機械的周轉，節(jié)約安裝成本。預制墩柱與填充材料澆筑時間不一致，新舊混凝土收縮不協調，容易產生裂縫［6］，要求填充材料體積穩(wěn)定性好，自身收縮小或能補償收縮。因此，力學性能發(fā)展快、流動性以及體積穩(wěn)定性良好的節(jié)點填充材料成為解決裝配式下部結構不穩(wěn)定問題的關鍵。

1 節(jié)點連接材料比選

所選材料關鍵性能依據現行國家標準《水泥基灌漿材料應用技術規(guī)范》（GB/T 50448—2015）的有關規(guī)定執(zhí)行，指標見表1。

表1 節(jié)點連接材料的關鍵指標要求

1.1 早強型粉煤灰基灌漿料

早強型粉煤灰基灌漿料的流動度和強度測試結果見圖1。

圖1 早強型粉煤灰基灌漿料性能發(fā)展規(guī)律

隨著靜置時間的增長，材料的流動性逐漸減小，靜置30 min 后，由初始的345 mm 下降至295 mm。在靜置60 min 后，流動度為0，此時材料已凝結，并開始硬化。早強型粉煤灰基灌漿料凝結硬化快，施工時間短，需注意使用條件及適合的施工環(huán)境。

隨著養(yǎng)護齡期的延長，材料的抗折、抗壓強度逐漸增大。早強型粉煤灰基灌漿料3 h 抗壓強度即可達到35.8 MPa，材料的早強抗壓強度非常高，1 d 強度可達到48.8 MPa，后期強度逐漸發(fā)展，28 d 抗壓強度可達83.0 MPa，早期和后期強度均滿足施工設計要求［10］。抗折強度的發(fā)展規(guī)律同抗壓強度一樣，3 h 抗折強度基本與普通型材料1 d 抗折強度相當，28 d 抗折強度達到8.0 MPa。

1.2 普通型粉煤灰基灌漿料

普通型粉煤灰基灌漿料的流動度和強度測試結果見圖2。

圖2 普通型粉煤灰基灌漿料性能發(fā)展規(guī)律

隨著靜置時間的增長，材料的流動性逐漸減小，但前30 min 損失不明顯，由初始的340 mm 下降至315 mm。在靜置60 min 后，流動度損失較大，降低至265 mm，仍然能施工，但流動較慢。隨著養(yǎng)護齡期的延長，材料的抗折、抗壓強度逐漸增大。普通型粉煤灰基灌漿料1 d 抗壓強度即可達到40.5 MPa，材料的早強抗壓強度較高，3 d 抗壓強度可達到50 MPa 以上，28 d 抗壓強度可達73.7 MPa，滿足《水泥基灌漿材料應用技術規(guī)范》（GB/T 50448—2015）要求［10］。抗折強度的發(fā)展規(guī)律同抗壓強度一樣，1 d 抗折強度4.1 MPa，28 d 抗折強度7.8 MPa。

1.3 超高性能混凝土

UHPC 的流動度測試和強度測試結果見圖3。

圖3 UHPC 節(jié)點連接材料性能發(fā)展規(guī)律

由圖3 可知，隨著靜置時間的增長，材料的流動性逐漸減小，但流動度損失不明顯，由初始值的720 mm 下降至30 min 的690 mm 再下降至60 min 的650 mm。在靜置60 min 后，仍具有很好的流動性，能夠保證正常施工。隨著養(yǎng)護齡期的延長，UHPC 材料的抗壓強度不斷增長，養(yǎng)護前期抗壓強度發(fā)展很快，3 d 抗壓強度就可以達到88.4 MPa。隨著養(yǎng)護齡期的延長，抗壓強度增長速度有所減緩，7 d 抗壓強度96.5 MPa，28 d 抗壓強度122.8 MPa，抗壓強度能夠滿足施工設計要求［10］。

2 粉煤灰基灌漿料的工程應用

現場施工季節(jié)為夏季，環(huán)境溫度25 ～35 ℃，太陽直射溫度可達40 ℃以上。早強型材料在高溫下凝結硬化過快，出現未澆筑完成就已硬化的問題，其更適合于冬季低溫環(huán)境下施工。因此，施工選擇普通型粉煤灰基灌漿料作為節(jié)點連接材料。

2.1 攪拌和澆筑

按設計配合比，分別量重干料及水。拌漿設備采用自制攪拌機，攪拌時間為3 min。預先潤濕攪拌桶及攪拌頭，在攪拌桶中依次放入干料和水。同時開啟攪拌機和底座轉盤，并開始秒表計時。3 min 拌和結束，關閉攪拌機和底座轉盤。攪拌好的漿料靜置1 ～2 min，排除漿體內因高速攪拌引入的氣泡，如靜置后有沉淀現象，可略微攪動數下使之均勻。現場制作簡易溜槽作為灌漿通道，然后打開攪拌機下料口，使?jié){體緩慢流入結合處空隙，并用攪拌棒沿墩柱四周插到，保證空隙密實，漿液灌滿后等待2 min 進行補灌，防止?jié){體沉降導致灌注不飽滿。灌注完成后，表面撒布適量10 ～20 mm 的干凈碎石，以進一步提高連接材料的體積穩(wěn)定性。節(jié)點連接材料灌注過程中，現場成型同條件養(yǎng)護試件，跟蹤材料強度發(fā)展。

2.2 應用效果評價

對墩柱結合部位灌注的節(jié)點連接材料進行跟蹤觀察，結果見圖4。澆筑完成第2 天以及第14 天，并未發(fā)現結合部位的灌注材料出現裂縫，與墩柱的黏結良好，表明節(jié)點連接材料體積穩(wěn)定性良好。

圖4 節(jié)點連接材料應用跟蹤

現場灌注過程中，同時成型了同條件養(yǎng)護試件，跟蹤測試了同條件養(yǎng)護試件的抗壓強度，結果見圖5。節(jié)點連接材料1 d 抗壓強度即可達到41.3 MPa，且隨著齡期的延長，強度逐漸增大，28 d 的抗壓強度可達到78.9 MPa，能夠滿足預制拼裝結構設計對連接部位的性能要求，保證結構的整體性和服役的安全性。

圖5 同條件養(yǎng)護試件強度發(fā)展

3 結語

（1）早強型、普通型粉煤灰基灌漿料和UHPC均具有很好的流動度，無泌水、泌漿出現，具有良好的勻質性和黏聚性。三種材料作為裝配式結構的節(jié)點連接材料均能滿足施工性能要求，但早強型材料流動度損失快，更適合于低溫季節(jié)施工［10］。（2）隨著養(yǎng)護齡期的延長，三種節(jié)點連接材料的抗折、抗壓強度逐漸增大。三種材料的力學性能均滿足設計要求［10］，UHPC 在三種節(jié)點連接材料中力學性能最優(yōu)。（3）根據環(huán)境溫度，選用普通型灌漿料作為節(jié)點連接材料開展工程應用。應用效果良好，后續(xù)跟蹤觀察未發(fā)現連接材料開裂，黏結性能良好。同條件養(yǎng)護試件1 d 和28 d 的抗壓強度分別達到41.3 MPa 和78.9 MPa，能夠滿足設計要求［10］。