粉煤灰及聚羧酸減水劑在壓漿料中的應(yīng)用

黃曉靜

(中鐵二十局集團第四工程有限公司，山東青島266061)

0 引言

目前，公路、鐵路橋梁多數(shù)采用預應(yīng)力結(jié)構(gòu)，尤其是后張法在施工現(xiàn)場應(yīng)用較多。后張法預應(yīng)力結(jié)構(gòu)在張拉完成之后，必須對預留孔道進行灌漿處理，其作用主要是防止預應(yīng)力筋銹蝕、傳遞鋼筋應(yīng)力、減輕錨具及錨下負荷等。因此，對孔道灌漿的質(zhì)量必須重視。

《JTG/T F50—2011公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》(下稱新橋規(guī))自2011年8月1日起實施，其中對預應(yīng)力孔道壓漿提出了很高的要求。例如，新橋規(guī)在原橋規(guī)的基礎(chǔ)上又提出了凝結(jié)時間、3 h鋼絲間泌水率、壓力泌水率、充盈度、抗折強度等技術(shù)要求，高性能混凝土中更是提出了含氣量、氯離子含量、SO3含量、電通量等要求。尤其是水膠比，原橋規(guī)規(guī)定宜為0.40～0.45，摻入適量減水劑時可減小到0.35［1］;而新橋規(guī)規(guī)定為0.26～0.28［2］。在如此低的水膠比下為了滿足漿體的可灌性，必須摻加減水率高的聚羧酸減水劑;同時，因為水膠比較低，漿體的強度指標也更容易保證。因此，還可以摻加一定量的粉煤灰、礦渣粉等礦物摻合料，對于改善漿體的穩(wěn)定性、充盈性、耐久性也是有利的。現(xiàn)對粉煤灰和聚羧酸外加劑摻量對漿體性能的影響進行詳細的研究。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

根據(jù)JTG/T F50—2011，水泥宜采用強度等級不宜低于42.5的硅酸鹽水泥或普通水泥，本課題研究采用P.O 52.5水泥，實測比表面積為325 m2/kg，游離氧化鈣含量為0.8%，堿含量(Na2O+0.658K2O)為0.53%，氯離子含量為0.018%，其它指標符合GB175的要求。

為了改善漿體流動性，必須摻加減水劑。經(jīng)試驗，以往采用的萘系減水劑在0.28以下的水膠比下難以達到規(guī)定的流動度，因此選用了聚羧酸減水劑。考慮到施工方便，將來要與膨脹劑或水泥配制成壓漿劑或壓漿料，聚羧酸減水劑采用了弗克生產(chǎn)的粉劑，在推薦摻量(0.3%)下減水率為35%，含氣量為3.4%，3 d、7 d、28 d抗壓強度比分別為310%、220%、185%，堿含量(Na2O+0.658K2O)為3.6%，氯離子含量為0.005%。

為了彌補水泥水化中的體積收縮，摻加適量的UEA復合膨脹劑，其水中7 d限制膨脹率為0.070，空氣中21 d限制膨脹率為0，3 d、7 d抗壓強度分別為23.5 MPa、44.2 MPa，達到GB 23439規(guī)定的II型標準;堿含量(Na2O+0.658K2O)為0.51%，氯離子含量為0.03%。

粉煤灰采用I級灰(F類C50及以上混凝土用粉煤灰)，0.045 mm方孔篩篩余為8%，燒失量為2.7%，需水量比為94%。

1.2 試驗方法

按照水泥∶膨脹劑∶水=900∶100∶280的比例配料，采用轉(zhuǎn)速不低于1 000 r/min的高速攪拌機攪拌。經(jīng)計算，上述配比中氯離子含量、堿含量、SO3含量均符合JTG/T F50—2011的要求。

新拌漿體的性能主要檢測流動性、保水性、凝結(jié)時間、含氣量、膨脹率和充盈度等，硬化體的性能主要檢測抗壓強度、抗折強度、電通量等。上述性能的檢測方法參照JTG/T F50—2011附錄C。

為研究粉煤灰摻量對漿體性能的影響，在減水劑、膨脹劑、用水量不變地的條件下，采用粉煤灰取代10%、20%、30%、40%的水泥，同樣用JTG/T F50—2011的檢測方法進行檢測。

因為沒有骨料的影響，電通量試件采用內(nèi)徑90 mm的PVC管制作，測定結(jié)果按GB/T50082規(guī)定的方法進行折算。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 漿體流動性

為研究聚羧酸外加劑摻量對漿體性能的影響，采用純水泥內(nèi)摻10%膨脹劑做為膠凝材料，按0.28的水膠比加入水，聚羧酸粉劑按膠凝材料總量的0.2%、0.3%、0.4%加入，分別測定漿體的流動性。經(jīng)反復試驗，并調(diào)整聚羧酸中復配的緩凝劑、引氣劑、穩(wěn)定劑的摻量，當復合聚羧酸外加劑摻量在0.3%時初始流動度、30 min流動度、60 min流動度能夠滿足規(guī)范要求。

保持減水劑、膨脹劑摻量不變，水膠比為0.28，采用粉煤灰取代10%、20%、30%、40%的水泥后，漿體的流動性變化見圖1。從試驗結(jié)果可見，由于粉煤灰的填充效應(yīng)和滾珠效應(yīng)，漿體的流動性隨粉煤灰摻量的增多而增大;但因為粉煤灰細度要略細于水泥，當摻量超過30%后需水性增加。因此，用粉煤灰取代30%左右的水泥對改善漿體的流動性是十分有利的。

圖1 漿體流動性與粉煤灰摻量的關(guān)系

2.2 漿體充盈度

在施工過程中，漿體不飽滿是最容易出現(xiàn)的質(zhì)量通病。出現(xiàn)上述問題的主要原因有:漿體流動性差，某些區(qū)域漿體不能到達;漿體保水性差，泌水后形成空洞;水泥漿收縮率太大，凝結(jié)后形成空洞;孔道不暢，空氣阻滯，余留空洞;壓漿量不足，填不滿整個孔道等等［3］。從漿體的性能方面考慮，主要的控制指標是泌水率和膨脹率，新橋規(guī)中增加的充盈度指標其實是二者的綜合表現(xiàn)。

為了改善漿體的保水性，通常采取增加細顆粒含量如摻入硅灰、膨潤土等，但對流動性、收縮性會產(chǎn)生一定不良影響［3］。新橋規(guī)規(guī)定漿體的水膠比不超過0.28，本身已具備較好的保水性，摻加適量的粉煤灰、礦渣粉可進一步增加保水性。

為了防止水泥石收縮產(chǎn)生的裂紋和空洞，必須摻加一定量的膨脹劑補償收縮。用粉煤灰取代一部分水泥后，因粉煤灰的微集料效應(yīng)，膨脹劑的摻量可以適當降低，或者在相同摻量時膨脹率更大。

摻加粉煤灰后漿體的泌水率、膨脹率及充盈性見表1。由表1可以看出，摻加一定量的粉煤灰對漿體的保水性、膨脹率都有一定的有利影響。

2.3 漿體硬化后的強度

一般說來，因為粉煤灰的二次水化在常溫常壓下速度較慢，隨著粉煤灰摻量的增加，漿體的早期抗壓強度會降低，這對于移梁、架設(shè)是不利的。因此，粉煤灰的摻量應(yīng)以早期強度能夠達到規(guī)范規(guī)定或設(shè)計值為限。表2是摻加不同摻量的粉煤灰后的強度發(fā)展情況，根據(jù)規(guī)范的要求，粉煤灰摻量在30%以內(nèi)對漿體的早期強度影響較小，當環(huán)境溫度較低時還可以進一步減少粉煤灰的摻量。

表1 漿體的泌水率、膨脹率和充盈度

2.4 漿體硬化后的電通量

表2 粉煤灰摻量對水泥漿強度的影響

為了衡量漿體的密實性和護筋性，新橋規(guī)在高性能混凝土中提出了電通量不超過1 500 C的要求。摻加適量的粉煤灰后，由于物理填充和化學填充，以及保水性增加、收縮性減少，對提高漿體的密實性是有利的。圖2是不同粉煤灰摻量下的電通量試驗結(jié)果(28 d)，可見摻加0～40%的粉煤灰后電通量都能滿足規(guī)范要求，其中摻量在30%左右電通量達到最小。

3 結(jié)論與建議

圖2 28 d電通量與粉煤灰摻量的關(guān)系

作為試驗研究和工程實踐，蘆竹灣昌水大橋全橋長247.0 m，上部結(jié)構(gòu)為6×40 m預應(yīng)力混凝土T梁，采用后張法進行張拉，孔道壓漿強度為M50凈漿，原材料為P.O 52.5水泥、I級粉煤灰(摻量30%)、聚羧酸高效減水劑、飲用水，施工中水泥漿體可灌性能良好，孔道壓漿沒有出現(xiàn)空洞現(xiàn)象，抗壓強度和電通量全部達到設(shè)計要求。

綜上所述，可以認為粉煤灰在一定摻量范圍內(nèi)可以改善漿體的流動性、穩(wěn)定性和耐久性，摻量在30%以內(nèi)早期強度可以滿足規(guī)范要求。

［1］中華人民共和國交通部.JTJ/T 041—2000公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2000.

［2］中華人民共和國交通部.JTG/T F50—2011公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2011.

［3］羅永會，高振國，韓永亮.預應(yīng)力混凝土孔道灌漿材料技術(shù)性能的改進研究［J］.鐵道標準設(shè)計，2005(8):54-55.