壓漿料在不同成型養(yǎng)護(hù)方式及干濕狀態(tài)下的強(qiáng)度特性研究

王志達(dá)

（健研檢測(cè)集團(tuán)有限公司，福建 廈門(mén) 361000）

0 引言

隨著后張法預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的廣泛應(yīng)用，預(yù)應(yīng)力孔道壓漿料使用越來(lái)越廣。后張預(yù)應(yīng)力孔道壓漿的目的主要用于密實(shí)填充預(yù)應(yīng)力筋，一方面可防止預(yù)應(yīng)力筋與外界接觸引起銹蝕降低結(jié)構(gòu)承載力，保證預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)安全；另一方面使預(yù)應(yīng)力筋與混凝土良好聯(lián)結(jié)成一體共同承受荷載，確保預(yù)應(yīng)力的有效傳遞,提高結(jié)構(gòu)的可靠性和耐久性。壓漿料主要是以水泥為基料，減水劑、膨脹劑、消泡劑、穩(wěn)定劑和礦物摻合料等多種材料干拌而成的混合料，在施工現(xiàn)場(chǎng)按一定比例加水?dāng)嚢柚苽鋲簼{漿液。為保證后張預(yù)應(yīng)力孔道壓漿的質(zhì)量和耐久性，需具備主要性能包括：（1）良好的漿液流動(dòng)性，不泌水不離析；（2）良好的體積穩(wěn)定性，具備微膨脹補(bǔ)償收縮性能；（3）適宜的凝結(jié)時(shí)間；（4）具備一定的強(qiáng)度要求?！豆窐蚝┕ぜ夹g(shù)規(guī)范》（JTG/T 3650-2020）規(guī)定壓漿料在現(xiàn)場(chǎng)施工過(guò)程中應(yīng)制作相應(yīng)的試件,標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d,進(jìn)行抗壓抗折強(qiáng)度試驗(yàn)[1]。通過(guò)試驗(yàn)室成型試件與工地現(xiàn)場(chǎng)成型送檢試件進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)對(duì)比發(fā)現(xiàn)，同一材料的壓漿料抗壓、抗折強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果差異較大，且工地現(xiàn)場(chǎng)成型送檢試件強(qiáng)度離散性大，試驗(yàn)室成型試件強(qiáng)度較為均勻穩(wěn)定。為分析同一材料的壓漿料強(qiáng)度差異，本文將通過(guò)不同成型養(yǎng)護(hù)方式及干濕狀態(tài)進(jìn)行壓漿料強(qiáng)度試驗(yàn)研究。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)儀器

低速攪拌：水泥凈漿攪拌機(jī)，型號(hào)NJ-160A，廠家為無(wú)錫建儀儀器機(jī)械有限公司。

高速攪拌：水泥壓漿高速攪拌機(jī)，型號(hào)HSYJ-6，廠家為北京泰達(dá)。

1.2 原材料

壓漿料：廠家分別為廈門(mén)興納科技有限公司、福州晉隆盛建材有限公司、福建科勝加固材料有限公司。

1.3 試驗(yàn)過(guò)程

1.3.1 攪拌方式

《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》JTG 3420-2020標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定壓漿料漿液攪拌分為低速和高速兩種攪拌制式[2]，根據(jù)不同水膠比采用低速攪拌或高速攪拌進(jìn)行漿液制備。《鐵路后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁管道壓漿技術(shù)條件》（TB/T 3192-2008）規(guī)定攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速不低于1000r/min，漿液的最高線(xiàn)速度限制在15m/s 以?xún)?nèi)[3]；《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG 3650-2020）規(guī)定攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)不低于1000r/min，攪拌葉的形狀應(yīng)與轉(zhuǎn)速相匹配，其葉片的線(xiàn)速度宜不小于10m/s，最高線(xiàn)速度宜限制在20m/s 以?xún)?nèi)；《公路工程預(yù)應(yīng)力孔道壓漿材料》（JT/T 946-2022）規(guī)定漿液制備宜采用預(yù)應(yīng)力孔道壓漿材料專(zhuān)用攪拌設(shè)備，線(xiàn)速度可調(diào)整范圍為2.5～20.0m/s；低速攪拌時(shí)，攪拌葉片圓周線(xiàn)速度不應(yīng)低于2.5m/s，高速攪拌時(shí)攪拌葉片圓周線(xiàn)速度不應(yīng)低于10.0m/s[4]。

針對(duì)不同標(biāo)準(zhǔn)對(duì)制備壓漿漿液攪拌方式及攪拌線(xiàn)速度規(guī)定不同，分別采用低速攪拌和高速攪拌兩種攪拌制式進(jìn)行試驗(yàn)對(duì)比。低速攪拌采用水泥凈漿攪拌機(jī)，按照水泥凈漿拌制程序進(jìn)行攪拌，高速攪拌采用水泥壓漿高速攪拌機(jī)，初始攪拌線(xiàn)速度均為3.1m/s，形成均勻的漿體后，再采用6.2m/s、12.4m/s、18.6m/s三種不同線(xiàn)速度，高速攪拌4min，分別制備晉隆盛、興納、科勝3 個(gè)廠家0.28水膠比壓漿漿液，成型后試件標(biāo)養(yǎng)至28d，進(jìn)行抗壓抗折強(qiáng)度試驗(yàn)。

1.3.2 靜置沉淀

后張法預(yù)應(yīng)力孔道壓漿料水膠比一般選用0.26～0.28，水膠比太小，漿液中水分太少，水化反應(yīng)受阻，粉體顆粒易攪拌不均勻，流動(dòng)性差，強(qiáng)度離散性大；水膠比過(guò)大，漿液黏度較低，粉體顆粒受重力作用影響易下沉產(chǎn)生泌水離析現(xiàn)象[5]，且過(guò)多的水分子在孔隙水壓力下發(fā)生遷移，增加試件的孔隙率。壓漿漿液停止攪拌后，隨著靜置時(shí)間延長(zhǎng)，將產(chǎn)生不同程度分層沉淀。為分析漿液靜置沉淀對(duì)強(qiáng)度的影響，采用初始攪拌線(xiàn)速度為3.1m/s，形成均勻的漿體后，再采用線(xiàn)速度為12.4m/s 的高速攪拌制式制備晉隆盛、興納、科勝3個(gè)廠家0.28水膠比壓漿漿液。通過(guò)成型0min 靜置、10min 靜置上漿液、30min靜置上漿液和30min靜置下漿液4種不同靜置試件進(jìn)行28d抗壓抗折強(qiáng)度試驗(yàn)分析。試驗(yàn)中上漿液試件為達(dá)到相應(yīng)靜置時(shí)間未重新攪拌取上部漿液直接成型，下漿液試件為達(dá)到相應(yīng)靜置時(shí)間取下部沉淀漿液重新攪拌后再成型。

1.3.3 養(yǎng)護(hù)方式

養(yǎng)護(hù)方式對(duì)壓漿料強(qiáng)度性能影響尤為重要，壓漿料在水化反應(yīng)階段需充足的水分，保證水化反應(yīng)順利進(jìn)行?？紤]到不同養(yǎng)護(hù)方式對(duì)壓漿料強(qiáng)度將產(chǎn)生不同的影響，采用初始攪拌線(xiàn)速度為3.1m/s，形成均勻的漿體后，再采用線(xiàn)速度為12.4m/s 的高速攪拌制式制備晉隆盛、興納、科勝3個(gè)廠家0.28水膠比壓漿料漿液，拆模后成型試件分別放置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)、室溫養(yǎng)護(hù)和室外養(yǎng)護(hù)3種不同養(yǎng)護(hù)環(huán)境，養(yǎng)護(hù)至28d進(jìn)行抗壓抗折強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)。標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)為按照標(biāo)準(zhǔn)要求在恒溫水中養(yǎng)護(hù)，室溫養(yǎng)護(hù)為放置于（20±1）℃、相對(duì)濕度60%RH～80%RH的空氣中進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，室外養(yǎng)護(hù)為直接暴露在室外自然環(huán)境中養(yǎng)護(hù)。

1.3.4 干濕狀態(tài)

干濕狀態(tài)是指試件內(nèi)部結(jié)構(gòu)的不同含水量的狀態(tài)，不同含水狀態(tài)對(duì)材料強(qiáng)度特性有著顯著影響。楊慶國(guó)等[6]通過(guò)試驗(yàn)表明水泥混凝土在干濕狀態(tài)下抗壓強(qiáng)度沒(méi)有明顯的差別，抗折強(qiáng)度在飽水狀態(tài)下與干燥狀態(tài)下相比，有顯著提高。同理，為研究不同干濕狀態(tài)對(duì)壓漿料抗壓、抗折強(qiáng)度影響，本文采用初始攪拌線(xiàn)速度為3.1m/s，形成均勻的漿體后，再采用線(xiàn)速度為12.4m/s的高速攪拌制式分別制備晉隆盛、興納、科勝3個(gè)廠家0.26、0.27、0.28三種不同水膠比壓漿料試件，在5組不同干濕狀態(tài)下進(jìn)行壓漿料抗壓、抗折強(qiáng)度對(duì)比試驗(yàn)。其中1組室外養(yǎng)護(hù)為試件成型24h拆模后直接暴露在室外自然環(huán)境中養(yǎng)護(hù)至28d進(jìn)行破型，其余4組在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)狀態(tài)下養(yǎng)護(hù)至28d，將壓漿料試件分別放置在（20±1）℃，相對(duì)濕度60%RH～80%RH室溫環(huán)境中0h、2h、4h、8h后進(jìn)行強(qiáng)度試驗(yàn)。

2 結(jié)果及分析

2.1 不同攪拌方式對(duì)壓漿料試件強(qiáng)度的影響

如表1所示，由試驗(yàn)結(jié)果可看出，3個(gè)廠家壓漿料試件在低速攪拌與線(xiàn)速度6.2m/s和12.4m/s高速攪拌作用下強(qiáng)度相差不大，隨著線(xiàn)速度提高至18.6m/s，抗壓抗折強(qiáng)度均呈較為明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì)。通過(guò)破型試件斷面觀察發(fā)現(xiàn)，在低速攪拌及高速攪拌較低線(xiàn)速度攪拌作用下，內(nèi)部結(jié)構(gòu)常存在小部分白色或灰色的粉狀物質(zhì)，這是因?yàn)椴糠址垠w顆粒未能在攪拌剪切作用下充分?jǐn)嚿⒍纬尚F(tuán)聚，未能充分進(jìn)行水化反應(yīng)，且易出現(xiàn)攪拌不均勻，使得各組份粉體顆粒未能充分發(fā)揮作用，造成抗壓、抗折強(qiáng)度低，數(shù)據(jù)離散性大；隨著線(xiàn)速度提高，在較大機(jī)械剪切作用下，懸浮于漿液體系中的絮凝體粉體顆粒相互分離并充分分散[7]，漿液攪拌較均勻，壓漿料各組分充分進(jìn)行水化反應(yīng)從而促進(jìn)強(qiáng)度提升。

表1 不同攪拌方式抗壓、抗折強(qiáng)度（單位：MPa）

2.2 靜置沉淀時(shí)間對(duì)壓漿料試件強(qiáng)度的影響

對(duì)表2試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析可知，3個(gè)廠家的10min和30min 靜置的上漿液成型試件抗壓、抗折強(qiáng)度均低于0min靜置成型試件的抗壓、抗折強(qiáng)度，且隨著靜置時(shí)間延長(zhǎng)，30min靜置上漿液成型試件抗壓、抗折強(qiáng)度降低更為明顯。10min靜置上漿液抗壓、抗折強(qiáng)度約為0min靜置試件的90%～95%；30min 靜置上漿液抗壓、抗折強(qiáng)度約為0min靜置試件的70%～85%。而30min靜置下漿液的抗壓、抗折強(qiáng)度高于0min靜置試件，約為0min靜置試件抗壓、抗折強(qiáng)度的110%～120%。由此表明，壓漿漿液隨著靜置時(shí)間延長(zhǎng)，懸浮于漿液中的粉體顆粒受重力作用會(huì)出現(xiàn)不同程度分層沉淀現(xiàn)象，水化反應(yīng)生成強(qiáng)度產(chǎn)物的有效成分下沉聚集在底部，從而提高其強(qiáng)度性能。而上漿液由于粉體顆粒下沉產(chǎn)生泌水離析，且水化反應(yīng)生成強(qiáng)度產(chǎn)物的有效成分減少而表現(xiàn)出強(qiáng)度下降趨勢(shì)。為防止分層沉淀造成抗壓、抗折強(qiáng)度離散，壓漿料組分中應(yīng)摻入超細(xì)礦物摻合料，以提高粉體顆?？钩两档哪芰8]，并加入纖維素醚穩(wěn)定劑使其具有保水、增稠、緩凝和引氣等作用[9]。

表2 不同靜置試件抗壓、抗折強(qiáng)度（單位：MPa）

2.3 養(yǎng)護(hù)方式對(duì)壓漿料試件強(qiáng)度的影響

如表3 所示，3 個(gè)廠家壓漿料試件在不同養(yǎng)護(hù)方式下抗壓、抗折強(qiáng)度均符合標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)＞室溫養(yǎng)護(hù)＞室外養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度特性，室溫養(yǎng)護(hù)與室外養(yǎng)護(hù)抗壓強(qiáng)度約為標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)強(qiáng)度的80%～90%；而抗折強(qiáng)度卻有著明顯的差異，室溫養(yǎng)護(hù)抗折強(qiáng)度約為標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的60%～80%，室外養(yǎng)護(hù)抗折強(qiáng)度僅約為標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)的20%～30%。通過(guò)觀察不同養(yǎng)護(hù)方式試件外觀發(fā)現(xiàn)，室溫養(yǎng)護(hù)試件表面大部分出現(xiàn)微裂紋，而室外養(yǎng)護(hù)試件表面明顯有肉眼可見(jiàn)的龜裂現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)表面粉化砂化。這是因?yàn)槭覝仞B(yǎng)護(hù)試件散失水分相對(duì)緩慢，未在水化反應(yīng)階段過(guò)早散失水分，水化反應(yīng)較為充分；室外養(yǎng)護(hù)環(huán)境條件較為惡劣，隨著風(fēng)吹日曬，加劇水分的蒸發(fā)散失，使試件內(nèi)部過(guò)早散失水分產(chǎn)生裂紋，破壞內(nèi)部結(jié)構(gòu)，從而降低抗壓、抗折強(qiáng)度。

表3 不同養(yǎng)護(hù)方式抗壓、抗折強(qiáng)度（單位：MPa）

2.4 干濕狀態(tài)對(duì)養(yǎng)護(hù)28d后的壓漿料試件強(qiáng)度的影響

通過(guò)分析表4數(shù)據(jù)可知，3個(gè)廠家成型的0.26～0.28三種水膠比壓漿料試件，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)與不同干濕狀態(tài)下，水膠比越小，其抗壓、抗折強(qiáng)度總體越高。3個(gè)廠家不同水膠比壓漿料試件，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d后，隨著放置于室溫環(huán)境時(shí)間推移，2h、4h、8h不同干濕狀態(tài)抗折強(qiáng)度均逐漸降低，2h、4h、8h 抗折強(qiáng)度約為標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)0h 的25%～50%，抗壓強(qiáng)度無(wú)明顯變化。室外養(yǎng)護(hù)抗壓強(qiáng)度總體略低于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)0h，而抗折強(qiáng)度明顯低于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)0h。

表4 不同干濕狀態(tài)抗壓、抗折強(qiáng)度

對(duì)比3 個(gè)廠家成型的0.26～0.28 水膠比壓漿料試件養(yǎng)護(hù)28d后在不同干濕狀態(tài)下的抗折強(qiáng)度，可看出試件抗折強(qiáng)度基本符合標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)0h＞2h＞4h＞8h＞室外養(yǎng)護(hù)的強(qiáng)度特性，其原因可能是壓漿料試件在抗折試驗(yàn)中受拉時(shí)，內(nèi)部結(jié)構(gòu)存在孔隙水壓力作用。根據(jù)有效應(yīng)力原理，孔隙水共同參與受荷，由于不同干濕狀態(tài)試件所含含水量不同，從而對(duì)其抗折強(qiáng)度有著不同程度的影響；或因壓漿料試件在飽和與非飽和狀態(tài)內(nèi)部結(jié)構(gòu)和孔隙孔徑發(fā)生明顯變化[10]，導(dǎo)致內(nèi)部結(jié)構(gòu)力學(xué)性能破壞方式發(fā)生改變，從而出現(xiàn)相同材料、相同成型工藝在干濕兩種不同狀態(tài)下強(qiáng)度性能相差甚大的特性。

3 結(jié)束語(yǔ)

（1）在低速攪拌與高速攪拌較低線(xiàn)速度作用下，兩者抗壓、抗折強(qiáng)度相差不大；隨著高速攪拌線(xiàn)速度提高，抗壓、抗折強(qiáng)度均有明顯增長(zhǎng)趨勢(shì)。制備漿液時(shí)，為確保漿液攪拌均勻并獲得較高強(qiáng)度性能且趨于穩(wěn)定，高速攪拌線(xiàn)速度宜控制在15.0～20.0m/s。攪拌線(xiàn)速度太高，漿液易產(chǎn)生大量氣泡，增加試件內(nèi)部孔隙，反而降低強(qiáng)度。

（2）懸浮于漿液中的粉體顆粒受重力作用會(huì)出現(xiàn)不同程度分層沉淀現(xiàn)象，上漿液成型試件抗壓、抗折強(qiáng)度隨靜置時(shí)間延長(zhǎng)呈下降趨勢(shì)，而下漿液成型試件抗壓、抗折強(qiáng)度高于同水灰比漿液強(qiáng)度。

（3）在不同養(yǎng)護(hù)方式下，壓漿料試件抗壓、抗折強(qiáng)度符合標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)＞室溫養(yǎng)護(hù)＞室外養(yǎng)護(hù)的強(qiáng)度特性，成型試件在早期失水過(guò)程中，表面易出現(xiàn)微裂紋及粉化砂化現(xiàn)象，甚至破壞內(nèi)部結(jié)構(gòu)，降低抗壓、抗折強(qiáng)度。

（4）養(yǎng)護(hù)28d后的壓漿料試件在不同干濕狀態(tài)下，抗壓強(qiáng)度無(wú)明顯變化，而抗折強(qiáng)度隨著試件失水急劇降低，其抗折強(qiáng)度基本符合標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)0h＞2h＞4h＞8h＞室外養(yǎng)護(hù)的強(qiáng)度特性。