后张法孔道压浆料数字化配合比设计

后张法孔道压浆料数字化配合比设计

高龙

铁正检测科技有限公司山东省济南市250000

摘要：高性能孔道压浆料稳定性差、抗折强度离散、易分层离析、无配合比设计思路仅依靠经验等问题一直是困扰施工现场的难题，同时，浆体的性能直接关系到与钢绞线的协同作用的效果，影响桥梁使用安全可靠及耐久性，因此必须寻找有规律的数字化模拟公式，方便迅速设计出质量较好的孔道压浆料迫在眉睫。利用不同种类水泥、外加剂、膨胀剂等原材，找到主要原材重要参数，固定一些次要材料的具体掺量，通过测定水泥与外加剂净浆流动扩展度推算灌浆料流动性，得到满足规定的压浆料量化拟合公式，同时达到既经济又方便且符合规范要求的稳定浆体。这属于工程建设材料数字化配合比中的一大突破。

关键词：孔道压浆料；流动性；膨胀性；减水剂；强度

1引言

为保证压浆的质量，消除由于压浆不良造成的隐患，使用质量可靠和稳定的压浆料保证压浆的质量不仅能提供利于压浆的流动性，还具有保持浆体凝结前的均一性，一定的微膨胀效果更加利于饱满的填充管道，硬化后的压浆料还具有不低于梁体混凝土的强度等。良好的流动性有利于浆体在管道内顺利流动，填充细小曲折的管道；良好的稳定性保证压浆体的均一，避免压力下离析泌水，微膨胀性可使浆体更加充分的填充管道，避免凝结前的收缩，后期的微膨胀性可以弥补后期的体积收缩。

国外相关规范是目前国际上关于压浆料的比较先进的规范，主要有PTI规范和FDOT规范，分别是美国后张预应力协会(PosttensioningInstitution）和佛罗里达交通部（Floridadepartmentoftransportation）颁布的规范[1-2]，这两种规范均以美国ASTM有关测试标准为基础制定的[3-4]。

在改进水泥浆的性能方面，美国Pennsylvania大学和Texas大学做了很多研究工作[5]。结果表明，使用高效减水剂会增加浆体的泌水性，而且各种外加剂之间的相互作用也有可能会对浆体产生不利影响，而加入较少量的化学物质能达到最好的防止金属腐蚀效果，因此，尽量使用较少的外加剂来达到最好的压浆效果是压浆料的总的研究方向。

加拿大K.Salen和T.Miezx在论文中指出，200年以来灌浆浆液由简单的泥浆悬浮液发展为水泥浆悬浮液、化学浆液（聚氨脂、环氧树脂等）和超细水泥等[6]。瑞典P.Borchadt和T.A.Melbye指出超细水泥灌浆料不需要重新购买设备，比普通水泥浆可靠环境友好，比化学浆体更经济[7-8]。

高性能管道压浆料大多是根据经验确定配合比，而且浆体组分灵活多变，配方千奇百怪，缺少系统总结分析；现在公路和铁路建设项目中用到的压浆料和压浆剂的性能极其不稳定，主要集中在凝结时间不良、浆体稳定性差、抗折强度不足、稠度大、流动性差等特点；浆体的性能受施工工艺影响较大，比如：搅拌时间不足、搅拌速率慢、加水方式和顺序等变化都会影响浆体性能。因此，创新压浆料的配制工艺和设计已经是非常有必要的一项工作。

2研究方案及结果

高性能压浆料主要成分包括各组分胶凝材料、高性能外加剂和非活性填充材料等组成，其浆体的各项指标要求以满足公路和铁路相关标准为基础，如下表1-1，为浆体各性能性能指标要求。

通过固定压浆料部分成分用量，建立数字化水泥净浆与压浆料性能相关性较高的拟合方程，达到简化压浆料配合比、初始流动度通过计算获取（避免大量的尝试试验）、配比具有普遍性能（不受水泥、掺合料等影响）、成本较低、浆体各项性能优越均能满足设计和规范要求的配方。

表1-1压浆料性能指标要求

高性能管道压浆料作为影响后张法预应力梁钢绞线作用体系的重要成分，其稳定性、强度、收缩等性能的优劣直接关乎结构物的安全可靠，为此，本方案主要利用数理统计、分析、总结和拟合参数分析压浆料中的主要成分水泥、减水剂等对浆体性能影响，具体方案为：

通过大量试验确定一种适应性好、各项性能指标稳定的方案，达某些成分定量，如表1-3为浆体固定组分材料；塑性膨胀剂：膨胀剂：硅灰：水泥：减水剂=0.6：60：220：2710：待定粉末减水剂的用量较为活泼，主要受水泥比表面积、标准稠度用水量和减水剂减水率影响较大，综合分析主要通过粉末减水剂与受检水泥净浆流动扩展度为主要指标，辅以适应性评价，确定了水泥净浆流动扩展度与孔道压浆料流动度拟合方程，达到仅通过水泥和减水剂的净浆试验数值便可推算出浆体初始流动度值，如下式，为拟合指数方程；同时，试验表明高性能管道压浆料按此配比只要初始流动度满足小于17S的要求，其余膨胀性、凝结时间、泌水情况、自由膨胀率、强度等均能满足规范要求。

Y=90419?X(-1.521)；R2=0.9274

式中：

Y——高性能孔道压浆料初始流动度（S）；

X——受检水泥净浆流动扩展度（mm）；

R2——拟合优度

为了验证此配比和拟合方程的准确性，试验又另外增加了一些水泥厂家，如：鼎鑫、奎山、盾石、金隅、曲寨、山水和同力等；粉末减水剂使用了山西航宇、山西桑穆斯、山西永红、北京中安远大、山东华伟、山东盛瑞、上海启臣等。证明此配方的相关性能较高，达到0.9274。

3实施案例

为了证明其具有一定普遍性，现场模拟使用情况，按此配方重新配制了三批不同材料同配比方案，结果如下：

3.1水泥采用太阳石水泥；膨胀剂为山神膨胀剂；硅灰为洛阳硅灰；减水剂是山西航宇；塑性膨胀剂采用阜阳城南塑性膨胀剂，经过调整水泥和减水剂的质量比，在扩展度达到302mm时的浆体流动性和稳定性较好，初始流动15.86s，净浆扩展度度302mm，其他试验结果均符合规范要求。将实测净浆扩展度302mm代入拟合公式中得出：Y=15.32s，而实测值为15.86s，偏差-3.4%，结果较为满意。

3.2当水泥采用金隅水泥；膨胀剂为河北砼邦膨胀剂；硅灰为金石硅灰；减水剂是法尔胜减水剂；塑性膨胀剂采用中德新亚塑性膨胀剂，经过调整水泥和减水剂的质量比，在扩展度达到307mm时的浆体流动性和稳定性较好，初始流动15.86s，其他试验结果均符合规范要求。将实测净浆扩展度307mm代入拟合公式中得出：Y=14.94s，而实测值为14.99s，偏差-0.3%，结果较为满意。

3.3当水泥采用山水水泥；膨胀剂为拓达膨胀剂；硅灰为泰安硅灰；减水剂是淄博华伟减水剂；塑性膨胀剂采用浙江DA-8塑性膨胀剂，经过调整水泥和减水剂的质量比，在扩展度达到286mm时的浆体流动性和稳定性较好，初始流动15.86s，其他试验结果均符合规范要求。将实测净浆扩展度286mm代入拟合公式中得出：Y=16.60s，而实测值为16.66s，偏差-0.36%，结果较为满意。

4经济性分析

在配制压浆料配合比时，必须考虑到成本问题，通过调研和考察分析各原材成本价格和产品价格，如表1-2所示。

表1-2成本分析

由上表可以得出：成本价约为市场价格的45.1%，并且浆体的性能具有很好的保证，经济效益非常乐观。

5结论及展望

通过大量试验分析总结基本确定了一套较为理想的压浆料配合比，即：塑性膨胀剂：膨胀剂：硅灰：水泥：减水剂=0.6：60：220：2710：待定，减水剂的掺量根据水泥净浆流动扩展度试验确定，如果该指标出现异常，如假凝、闪凝、不凝等问题，说明减水剂与水泥的适应性不良，需要更换减水剂，或者水泥。并且对此配比进行了经济性分析，市场价约为材料成本价的2.2倍，具有较为可观利润前景。通过不同厂家提供的原材料建立了多种试验比对方案，证明通过净浆扩展度指标推倒出压浆料的流动度性能的方法是可以，同时拟合成的关系方程相关系数比较理想，同时，也对其进行了三次验证，偏差值较小，相对而言可靠性基本达到预期目标。

虽然通过大量的试验获得了一个较为理想的公式，但是还是缺乏理论分析，普遍性仍需要进一步验证，相关性方程还需要进一步修正。利用数字化分析问题总结规律已经是当代信息化时代的必然趋势和需要，相信在以后会有更多学者专家投入到数字化研究中，希望能为后续研究提供一定帮助和支持。

参考文献

[1]SpecificationforGroutingofPost-TensionedStructures.PTIcommitteeongroutingspecificationsguidespecificationforgroutingofpost-tensionedstructures[S].America：Post-TensioningInstitute，2003.

[2]GroutingofBridgePost-TensioningTendons.FloridaDepartmentofTransportation.FDOTstandardspecifications[S].America：FloridaDepartmentofTransportation，2002.

[3]ASTMC939-97.Standardtestmethodforflowofgroutsforpreplacedaggregateconcrete(flowconemethod)[S].America:Philadelphia,1997.

[4]ASTMC940-98a.Standardtestmethodforexpansionandbleedingoffreshlymixedgroutsforpreplacedaggregateconcreteinthelaboratory[S].America:Philadelphia,1998.

[5]徐向锋.孔道压浆性能试验及施工质量的研究[D].上海:东南大学，2005.

[6]JEONGYUNDO,DOOKIEKIM.Feasibilitystudyontheutilizationasrepairgroutingofhighflowablepolymer-modifiedcementmortar，addinghighvolumepoly-acrylicester[J].AsianArchitectureBuildingEng,2008,12:363-366.

[7]SANGDCHOITRAVISETAL.Investigationofcommonconstructionmaterialsweightandrelatedmanualliftingtaskobservations[C]//Beijing:Proceedingsof17thWorldCongressonEcgonomics,2009.

[8]EWERT,FRIEDRICH-KARL.Groutinginvestigations[J].IntWaterPowerDamContruction2005,57(9):22.