预应力孔道压浆料性能优化试验研究_叶科.pdf
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1、试验研究Experimental Research31总165期 2023.03 混凝土世界引言预应力孔道压浆料是一种由水泥、矿物掺合料、外加剂组成的混合料,要求具有大流动性、不泌水、微膨胀性等特点,并且在高速压浆的过程中保持浆体的稳定性,使压浆料浆体包裹预应力筋,保护其不被锈蚀并起到和混凝土粘结的作用,更好地传递预应力1-3。因此需要配置出专门的压浆料,对预应力孔道压浆料用水泥、膨胀剂、矿物掺合料以及水胶比等进行试验,配置出符合规范要求的高性能压浆料4。现市面上压浆料组分和性能都不稳定,容易出现压浆剂和水泥适应性不好,配置出的浆体力学性能和工作性能都较差等问题。针对这一问题,马正先等5研究了
2、石膏对压浆料性能的影响,研究结果表明,石膏可以促进水泥的水化,提高压浆料的后期强度。杨林等6研究压浆料原材料中残留絮凝剂对配置的水泥基材料的影响,结果表明,絮凝剂对浆体的流动性有负面影响,降低了对减水剂的减水效果。袁预应力孔道压浆料性能优化试验研究叶科1许勇1雍占1罗鑫2朱云升21.四川省交通建设集团股份有限公司 四川 成都 6100472.武汉理工大学 交通与物流工程学院 湖北 武汉 430063摘 要:针对原材料与配合比不同导致预应力孔道压浆料性能不稳定的问题,采用对照试验,研究了水泥种类、水胶比、膨胀剂、矿物掺合料等对压浆料工作性能、力学性能的影响,确定最佳原材料掺量。研究结果表明:水泥
3、种类主要影响压浆料的工作性能,不同水泥和压浆剂适应性不同,亚东水泥有较好的适应性,在0.260.28水胶比范围内都具有良好的工作性能;塑性膨胀剂对压浆料早期收缩具有补偿作用,但掺量过高时会对压浆料力学性能产生不利的影响,应控制在0.02%掺量范围内;石灰石粉能够提高浆体流动性,掺量应控制在20%以内,矿粉和硅灰能够提高浆体力学性能,掺量应分别控制在15%和4%以内。关键词:预应力孔道压浆料;工作性能;力学性能;塑性膨胀剂;矿物掺合料 Experimental Study on Performance Optimization of Grouting Material for Prestress
4、ed DuctAbstract:In view of the instability of the performance of the prestressed duct grouting material caused by different raw materials and proportions,the effects of cement types,water binder ratio,expansion agent,mineral admixtures on the working performance and mechanical properties of the grou
5、ting material were studied by contrast tests,and the optimal raw material dosage was determined.The cement type mainly affects the working performance of grouting materials.Different cements and grouting agents have different adaptability,Yadong cement has good adaptability,and has good working perf
6、ormance in the range of 0.260.28 water binder ratio;The plastic expansion agent can compensate the early shrinkage of the grouting material,but too high dosage will have adverse effects on the mechanical properties of the grouting material,which should be controlled within 0.02%dosage;Limestone powd
7、er can improve the fluidity of the slurry,and the dosage should be controlled within 20%.Mineral powder and silica fume can improve the mechanical properties of the slurry,and the dosage should be controlled within 15%and 4%respectively.Key words:Prestressed duct grouting material;working performanc
8、e;mechanical properties;plastic expansion agent;mineral admixture收稿日期:2022-10-13第一作者:叶科,1995年生,研究方向为桥梁结构与新材料,E-mail:试验研究Experimental Research32CHINA CONCRETE 2023.03 NO.165伟等7研究了超细矿物掺合料对灌浆料的性能影响,结果表明,超细矿物掺合料能够有效改善灌浆料的工作性能和力学性能。Hung等8基于流变学原理研究了原材料组成对压浆料性能的影响,研究结果表明,Herschel-Bulkley流变模型可以有效预测高效减水剂和黏度改
9、性剂对水泥浆体马氏锥的流动时间。Silva等9提出了一种新的方法来确定高效减水剂的饱和点,对减水剂掺量的确定具有指导意义。为综合考虑原材料的组成,改善原材料性质不同导致压浆料性能不稳定的问题,本文研究了水泥品种、水胶比、膨胀剂、矿物掺合料对压浆料工作性能、力学性能和变形性能的影响,以确定最佳的水泥品种以及各组分的最佳掺量范围。1 材料与方法1.1 试验材料水泥:亚东PO 42.5级水泥,比表面积335m2/kg;拉法基PO 42.5级水泥,比表面积310m2/kg;海螺PO 42.5级水泥,比表面积366m2/kg。石灰石粉:400目,45m筛筛余16%,比表面积492m2/kg。矿粉:S95
10、级矿粉,比表面积423m2/kg。硅灰:SF90级硅灰,比表面积20000m2/kg。外加剂:聚羧酸减水剂,减水率30%;塑性膨胀剂,主要在水泥水化初期起到物理补偿收缩作用。1.2 试验方案(1)试验基本配合比见表1。C0组为基准组,水胶比0.28,水泥采用亚东水泥,减水剂掺量0.2%,膨胀剂掺量0.01%;C1组采用拉法基水泥,C2组采用海螺水泥,其余试验组采用亚东水泥;WB组为水胶比试验组,水胶比为0.260.28,WB26代表水胶比为0.26,以此类推;LP组则为石灰石粉试验组,石灰石粉掺量15%35%;K组为矿粉试验组,矿粉掺量5%25%;SF组为硅灰试验组,硅灰掺量1%5%;EP组为
11、膨胀剂试验组,膨胀剂掺量0.01%0.04%。(2)工作性能测试:根据 JTG/T 36502020公路桥涵施工技术规范中关于后张预应力孔道压浆料性能指标中规定的方法测试,压浆料浆液的流动度按加水搅拌时间算起,测试搅拌后出机的初始流动度、加水后30min流动度和60min流动度;3h自由泌水率、24h自由泌水率以及钢丝间泌水率在浆液出机后进行测试并记录。(3)力学性能测试:根据 GB/T 176712021 水泥胶砂强度检验方法(ISO法)中规定的方法测试,压浆料试件成型后放入养护室养护,测试相应龄期压浆料的抗压强度和抗折强度。(4)体积稳定性测试:根据 JTG/T 36502020公路桥涵施
12、工技术规范中关于后张预应力孔道压浆料性能指标中规定的方法测试压浆料浆体的3h自由膨胀率和24h自由膨胀率。2 结果与分析2.1 不同水泥品种对压浆料性能的影响不同品种的水泥与压浆剂的适应性不同,水泥与压浆剂适应性的好坏直接影响了压浆料浆体工作性能的好坏,3种不同水泥配制的压浆料浆体的工作性能和力学性能试验结果见表2和图1。由结果可知,3种水泥在同一减水剂掺量和水胶比条表 1 压浆料基本配合比编号水泥/%水胶比石灰石粉/%矿粉/%硅灰/%减水剂/%膨胀剂/%C1000.27-0.20.01LP65850.271030-0.20.01K75950.27-525-0.20.01SF95990.27-
13、150.20.01WB1000.250.29-0.20.01EP1000.27-0.200.04试验研究Experimental Research33总165期 2023.03 混凝土世界件下,初始流动度不尽相同。亚东PO 42.5级水泥配制的压浆料的流动性最好,初始流动度为14.5s,小于拉法基水泥的17.1s和海螺水泥的15.8s;亚东水泥配置的压浆料浆体经时损失也较小,30min流动度和60min流动度都符合规范要求;拉法基PO 42.5级水泥配制的压浆料初始流动度、24h自由泌水率和钢丝间泌水率都超出了JTG/T 36502020中的要求,规范要求压浆料初始流动度应在1017s之内,泌
14、水率应该为0,说明拉法基水泥对此压浆剂的适应性不好;海螺PO 42.5级水泥配制的压浆料比亚东PO 42.5级水泥配制的相比流动性稍差,但满足规范要求。3种水泥的体积稳定性都满足规范的要求,压浆料早期膨胀主要来源于水泥的水化反应补偿收缩,但由于3种水泥和减水剂的适应性不同,早期的水化反应程度也不同,特别是拉法基水泥的与减水剂的适配性较差,导致膨胀性也略低于其他2种水泥。水泥品种主要影响压浆料的工作性能,对于压浆料的力学性能影响较小。配置的3种压浆料其各龄期抗压强度和抗折强度都满足规范的要求。综上分析3种水泥对外加剂的适应性和对力学性能的影响,水泥品种的不同对压浆料力学性能的影响较小,主要影响压
15、浆料的工作性能。对比散装水泥的试验结果,亚东水泥与外加剂的适应性最好,配制的压浆料各项性能都能够满足规范的要求。2.2 水胶比对压浆料性能的影响水胶比是控制压浆料工作性能的关键因素,增加用水量能够提高压浆料的流动度,但对压浆料浆体稳定性有较大负面影响,且提高泌水率容易分层离析,降低压浆料硬化浆体力学性能等。因此应将压浆料水胶比控制在一个合理的范围,能够在低水胶比的条件下获得较好的流动度,保证压浆料浆体的工作性能和力学性能。表3和图2为不同水胶比条件下压浆料浆体的工作性能及力学性能。由表3可知,随着压浆料水胶比的提高,压浆料浆体的流动性逐渐提高,由于用水量的增加,浆体中自由水的量增加,使得浆体的
16、黏度降低,从而降低了压浆料浆体的流出时间。另一方面,浆体中自由水含量增多,不利于浆体的稳定性,在0.29水胶比的条件下,浆体了出现泌水分层现象。压浆料水胶比的增大,增大了压浆料浆体的自由膨胀率,用水量的增加促进了水泥早期的水化反应,产生了更多的水化产物,使得体积增大,而自由水的增多使得早期水分蒸发量增多,体积减小,在两者的共同作用表 2 不同水泥品种压浆料浆体的工作性能组别水泥品种流动度/s泌水率/%膨胀率/%初始30min60min3h24h钢丝3h24hC0亚东水泥14.516.121.00001.32.2C1拉法基水泥17.119.224.000.10.21.12.0C2海螺水泥15.8
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