【摘要】通過實驗室試驗及施工現(xiàn)場模擬試驗．研究不同水泥漿配合比的綜合性能，確定預應為孔道灌漿材料水泥漿體的最優(yōu)配合比，并提出現(xiàn)場灌漿施工工藝以及注意事項。
【關鍵詞】預應力混凝土孔道
水泥漿體 灌漿 試驗研究
一、概述
1.南京長江二橋簡介
南京長江第二大橋位于現(xiàn)南京長江大橋下游llkm處．其南汊大橋為鋼箱梁斜拉橋，索塔呈倒Y型，包括下、中、上塔柱和橫梁。塔柱采用非對稱六邊形空心薄壁斷面，上塔柱為斜拉索錨固區(qū)，采用環(huán)向預應力混凝土結構；橫梁采用箱形斷面，上、中、下橫梁皆為預應力混凝土結構。北汊橋屬后張有粘結預應力大跨度連續(xù)梁橋。主橋跨布置為：90＋
3 x
165十叨
（m），5跨一聯(lián)預應力混凝土箱形截面連續(xù)梁，箱梁采用三向預應力體系；南、北引橋上部結構各為兩聯(lián)預應力混凝土等截面箱梁橋，箱梁采用雙向預應力體系。
整個二析預應力混凝土工程量大，預應力孔道布置復雜（超長、環(huán)形、彎曲等），施工質量要求高，施工難度大。
2.灌漿的重要性
在后張有粘結預應力混凝土結構中，預應力筋的防腐蝕問題及與結構混凝土的共同工作問題是通過壓力灌漿充滿預應力筋預埋孔道和預應力筋之間的空隙予以解決的，當后張預應力筋處于非水平的傾斜狀態(tài)、多跨度彎曲狀態(tài)和垂直狀態(tài)時，水泥漿的泌水蒸發(fā)后形成無水泥漿存在的空間，使該處的預應力筋失去保護。而預應力箭在高應力（現(xiàn)代預應力結構中，預應力筋的應力通常在1000MPa以上）狀態(tài)下對腐蝕損壞相當敏感（即應力腐蝕），造成預應力筋的腐蝕部位斷面缺損，影響預應力混凝土結構的安全和耐久性。因此，灌裝質量的好壞直接影響到預應力筋的防腐蝕性能、預應力構筑物的安全性能和耐久性能。
目前，預應力孔道灌漿施工中，常出現(xiàn)質量問題：孔道中水泥漿未充滿，有空隙；水泥漿體硬化后收縮與孔道壁分離；水泥漿硬化后強度不滿足規(guī)范要求。
3.二橋預應力混凝土孔道灌漿指定用外加劑JM-Ⅲ簡介
JM-Ⅲ型（抗裂、防滲）混凝土高效增強劑，是江蘇省建筑科學研究院建筑材料研究所研制開發(fā)的多功能產品。它不僅具有高效抗裂防滲性能，而且具有減水增強、凝結時間適中、保塑性好、施工和易性好、抗凍、防腐蝕等特點，是一種多功能抗裂防滲材料。
二、灌漿用水泥漿的室內配合比試驗
1.水泥漿主要性能的測試方法
（l）水泥漿流動度測試方法
水泥漿流動度測試方法采用流錐法，流錐時間測試按美國標準CRD-C79-58進行，是通過量測一定體積（1725mL）的水泥漿從一個標準尺寸的流錐中流出的時間來確定的。對任何水泥漿至少應做兩次試驗。
（2）水泥漿泌水率的測試方法
采用1000mL的量筒，將調制好的水泥漿約800mL注入量筒內，記下體積數(shù)值，將量筒
上口加蓋封好，從水泥漿體注入量筒時算起，每小時將上口蓋打開，傾斜量筒，用吸管吸出沁
水，加以記錄，泌水體積除以試樣漿體的含水量即為沁水率，計算公式如下：
泌水率（%）=泌水體積/（試樣漿體重量（g）*漿體含水率（%））*100%
（3）水泥漿膨脹率的測試方法
測試水泥漿的膨脹率分兩部分測試：一為測水泥漿體凝結前膨脹率，一為測水泥漿中后期膨脹率。測凝結前膨脹率是結合泌水率的測試進行的，即將測試好泌水的水泥漿繼續(xù)靜置21h（實際上距制漿時間為24h）后量測水泥漿膨脹后的漿面高度。膨脹的體積除以水泥漿原體積即為膨脹率。計算公式如下：
膨脹率=（膨脹后的水泥漿面高度-最初填灌的水泥漿面高度）/最初填灌的水泥漿面高度*100%
測中后期膨脹率的方法為：用4cm
* 4cm*
16cm水泥軟練砂漿三聯(lián)模，在其兩端鑲銅測
頭，水泥漿入模后24h拆模，并量測試件長度作為試件初始長度。試驗在20℃標準條件下進
行，前14d為水中養(yǎng)護，14～18d在濕空氣中養(yǎng)護。分別測量試件2d，3d，7d，
14d，28d的長
度。膨脹的長度除以試件基長即為膨脹率，計算公式如下：
膨脹率=（膨脹后的長度-初始長度）/試塊基長*100%
（4）水泥漿強度的測試方法
用砂漿試塊模對每種配比的水泥漿都制作一組（6塊）試塊，標養(yǎng)至28d，測其抗壓強度。
2.固定JM-Ⅲ摻量8％，調整水膠比測試水泥漿的性能
（1）
水泥漿的流動度測試結果見表1。
結果分析：
①水膠比為
0.34～0.35之間的水泥漿的流動性符合規(guī)范要求；
②靜置20min后，水泥漿的流動度損失較大，故要求漿液制好后應盡快灌漿；且每根孔道灌漿的時間不宜過長；
③在灌漿過程中不允許出現(xiàn)中斷的情況，必須一次性不間斷罐完某根孔道。
（2）水泥漿的泌水率測試結果見表2。
結果分析：
①隨著水膠比（W／A）的增大，泌水率增大；
②各種配比的水泥漿在調制好灌入量筒并靜置出后，均出現(xiàn)水泥漿體離析現(xiàn)象（上層為泡沫，中層為沁水，下層為實漿，只有
W／A＝0.33的漿體無沁水層），且隨著
W／A的增大，沁水層逐步增大，而泡沫層能基本保持不變；
③從量筒中吸出泌水及泡沫（實際操作中只能如此進行）并重新注入量筒中，靜置24h，這種泡沫及沁水的混合物分層更加明顯，但下層沉淀的漿體在24h后仍能用水沖洗，說明其沒有強度；
④水膠比0.33～0.35的泌水率均小于2％。
（3）水泥漿的膨脹率測試結果見表3。
結果分析：
①3h內的水泥漿的膨脹（即水泥漿凝結前的早期膨脹），因漿體與其表面的泡沫在逐步離析分層而無法測得。且當將裝作表面的沁水和泡沫汲取后，漿體的體積無變化，這只是說明本方法未能測出其變化，但這不能說明其早期無膨脹；
②發(fā)現(xiàn)隨水膠比的增大（在
0.33～0.37范圍內），水泥漿體的膨脹率增大，說明隨拌合水的增加，JM-Ⅲ和水泥的反應更加充分；
③隨著時間的增加（在28d內），水泥漿體的膨脹率增大，說明JM-Ⅲ、水泥和水的反應是逐步進行的．且初始幾天內膨脹率增長速度較快，以后逐漸變緩；
④28d的膨脹率普遍小于
14d的膨脹率，說明在28d左右時，JM-Ⅲ引起水泥漿體的膨脹增長率已小于水泥漿體的自身收縮增長率。
（4）水泥漿的強度測試結果見表4。
從表4的數(shù)據(jù)看：
①由于 JM-Ⅲ的減水增強作用，試塊的強度能穩(wěn)定在
70MPa左右波動；
②水膠比在
0.33～0.37之間，試塊強度有隨水膠比增大而稍有增大的趨勢，說明隨用水量的增加水泥的水化反應越充分；
③水膠比為0.36時，試塊強度最高。
3.固定水膠比，調整JM-Ⅲ摻量測水泥漿體性能
由"固定
JM-Ⅲ摻量，調整水膠比例水泥漿體性能"試驗結果，可知水膠比為0.35時，水泥漿體的綜合性能指標最優(yōu)。因此，選定水膠比為0.35，調整
JM-Ⅲ的摻量
6％，8％，10％，12％，15％測定水泥漿體的各項性能指標。
通過系列試驗（試驗數(shù)據(jù)不再贅述列出，只對試驗結果進行歸納），我們發(fā)現(xiàn)，隨JM-Ⅲ摻量的增加：
①水泥漿體的流錐時間逐漸減小。但摻量為15％時的流錐時間比摻量為12％時的流雄時間減小很少。且此時攪拌鍋底有水泥沉淀現(xiàn)象；
②水泥漿體的表面泡沫層厚度增大，分層離析現(xiàn)象逐步嚴重，沁水率增大；
③水泥漿體的膨脹率逐步增大，但當摻量超過12％時，膨脹率的增大不再明顯；
④水泥漿體的28d試塊強度都在70MPa左右波動。
4.優(yōu)化組合確定水泥漿體的外加劑摻量和水膠比
通過上述兩大系列試驗，我們確定灌漿用水泥漿體的優(yōu)化組合配比為：JM-Ⅲ摻量8％、水膠比0.35，其綜合性能如表5。
三、模擬試驗
1.在南汊湖南路橋公司施工現(xiàn)場不同壓漿方法、配比水泥漿的灌漿對比試驗
（1）灌漿組織
進行了真空輔助壓漿與普通壓漿的對比試驗。
真空壓漿壓注不同水泥漿的對比試驗，兩種不同水泥漿的配合比如表6所示。
對比試驗所用的孔道材料、孔道長度、孔道內穿鋼絞線的量全部相等，在同一時間壓漿，灌漿3d后剖管檢查。
（2）試驗結果分析
①采用普通壓裝工藝進行灌漿的試樣，摻JM-Ⅲ的水泥漿，漿體能較好地充滿塑料波紋管道，由少量泌水引起的凹坑主要集中在塑料波紋管的高度5mm的凸出波形內，在兩波形之間僅有少量凹陷小于2mm、形狀類似氣泡的指甲大凹坑。說明采用普遍壓漿工藝，只要能真正嚴格把關亦能較好地將塑料波紋管孔道灌密實。
②采用真空輔助壓漿工藝進行灌漿的試樣，摻VSL公司提供配比的水泥漿，漿體亦能很好地將塑料波紋管灌滿。但是真實輔助壓漿的漿體早期強度高于普通壓漿的漿體強度。
③當采用摻JM-Ⅲ的水泥漿，采用真空輔助壓漿和普通壓漿制作對比試樣，經(jīng)剖管作對比檢查，發(fā)現(xiàn)在塑料波紋管的上半部分，真空輔助壓漿的飽滿度略好于普通壓裝，這是由于采用真空輔助壓漿工藝時，出漿孔冒漿時間過短，管內氣水混合體未排除所致。因此，判定真空輔助壓漿是否成功的條件應該是：兩端均冒出與進漿相同稠度的漿液，且無明顯的氣泡，在有壓（0.7MPa）情況下持壓
2min為標準。
2.在北汊山東交通工程公司施工現(xiàn)場的灌漿試驗
（1）灌漿組織
四根波紋管道共分兩組，一圓一扁搭配成一組，簡稱甲組和乙組。
甲組的配比為：JM-Ⅲ按量8％，水膠比0.36（考慮施工現(xiàn)場中制漿的效果不如實驗室制漿效果），1999年12月18日下午灌漿，12月29日上午剖管檢查灌漿情況。
乙組的配比為：JM-Ⅲ摻量8%，水膠比0.40，12月24日中午灌漿，12月29日上午剖管檢查灌漿效果。
（2）試驗結果分析
①甲組圓波紋管中的水泥漿體基本充滿整個孔道，無預應力筋外露現(xiàn)象；在拱形的頂部表面有0.5mm左右厚的暗紅色粉塊層，用手捏之即散，這是由水泥漿中的泡沫聚集失水而成，說明排漿孔冒漿時間過短，水泥漿中泡沫未排除所致；同時，水泥漿體有受凍現(xiàn)象，說明裝體在灌注后的48h內不能受凍，否則，會喪失強度或造成強度損失。
②甲組的扁波紋管中的漿體完全充滿整個孔道，無預應力筋外露情況。
③乙組圓波紋管由于灌漿中的人為原因，拱形頂部有很大范圍內無水泥漿壓至，致使這一范圍內無水泥漿包裹鋼絞線。這說明灌漿過程中．任何責任心不強，操作時不按工藝執(zhí)行，都會造成灌漿不密實現(xiàn)象，形成事故隱患。
④乙組扁波紋管的局部起拱處有長約510mm的凹陷，其中400mmn范圍內最明顯，其寬達60mm，深約20mm，說明水泥漿水膠比過大，泌水后形成的空隙。
3.在東南大學預應力試驗中心的灌漿試驗
（1）灌漿組織
水泥漿配合比為：JM－Ⅲ8％，水膠比0.35。
2000年元月25日下午灌漿，2000年2月19日開管檢查。
（2）試驗結果分析
①圓波紋管中，水泥漿體飽滿密實，剝開時未見任何裂紋和孔隙；因灌漿時水泥漿體有限未能充分排漿，故硬化后的漿體頂部有由薄層水泥漿體封住的氣泡狀指甲大小的凹坑，但數(shù)量不多；剝開波紋管后的硬化漿體在空氣中放置15d后，產生了肉眼可見的符合力學原理的橫向裂縫，說明裸露在空氣中的硬化漿體會因干縮而形成裂縫。
②扁波紋管中的漿體飽滿密實，剝開時未見任何裂縫和孔隙；剝開波紋管后的硬化漿體在空氣中放置15d后，產生了肉眼可見的符合力學原理的橫向裂縫。
四、結論
1.由上過試驗可知，JM-Ⅲ外加劑減水率較高，達到20％左右；摻入水泥重量的8％時，水泥漿體的后期膨脹率在0.2%以上；其摻量8％～10％較合適，大于10％減水效果增加不明顯且表面出現(xiàn)大量泡沫，小于8％減水效果不夠；在氣溫低于-2℃時，摻8％的JM-Ⅲ的水泥漿凝結時間約30～40h，所以冬季施工可結合早強劑使用。
2.灌漿施工時，JM-Ⅲ摻量要準確，攪拌時間不少于3min。由實驗知，水泥漿體靜置時間超過20min后，流動度損失較大，所以現(xiàn)場儲漿罐應人工不停攪拌，以防水泥漿流動度降低。
3.施工注意事項
①JM-Ⅲ存貯時間不宜超過三個月，當其中的粉末形成塊狀或顆粒時，其活性會大大降低。因此，凡含有塊體或顆粒的JM-Ⅲ應視為失效，在工程中不應使用。
②灌漿的所用水泥夏季宜選用非早強型的普通硅酸鹽水泥，這有利于保持水泥漿體的流動性。
③摻JM-Ⅲ后的水泥漿在制成后，表面有一定厚度的泡沫層，在灌漿時必須充分地排出這部分泡沫，且待出漿口排出無泡沫的漿體后封堵排漿口。
④在現(xiàn)場實際施工時，還應注意根據(jù)預應力混凝土孔道的長度、施工時的溫度、濕度、施工設備、拌和用水等實際情況，適當調整水泥漿的配比。
⑤每次施工前，都應對水泥漿的原材料進行檢查，對水泥漿的流動度進行測定。
參考文獻
[1]趙述智主編.建筑材料試驗手冊.北京：中國建筑工業(yè)出版社
[2]陶學康主編.后張拉預應力混凝土設計手冊.北京：中國建筑工業(yè)出版社
