75董建伟-预应力孔道灌浆用浆体泌水率及流动度测试试验研究.doc

中国预应力技术五十年暨第九届后张预应力学术交流会论文 2006年 预应力孔道灌浆用浆体泌水率及流动度 测试试验研究 董建伟 于滨 陈茜 王立云 （中国建筑科学研究院 北京100013） 提 要本文根据预应力孔道灌浆现状及现有的流动度、泌水率测试方法，并结合国内外最新的发展现状，对现有灌浆料的泌水率使用不同方法进行测试比较，从而得出浆体实际的泌水性能。同时对搅拌设备及搅拌程序对浆体流动度的影响也进行了比较。 关键词孔道灌浆 流动度 泌水率 1概述 当前国内外存在多种测定泌水率的方法，对同一种浆体来说，不同的测定方法得出的结论相差很大，现行的国际标准建议，水泥浆的泌水率可以用内径100mm的金属或玻璃量筒，内盛高度约100mm的水泥浆进行测定[1][4]。但是，美国的最新研究表明，采用高度约500mm，内径30mm量筒测得的试验结果更有代表性。根据国内JTJ041-2000公路桥涵施工技术规范附录G-10[2]泌水率测定方法，使用烧杯或者容器进行测定。根据施工现场做的对比试验[4]，一种是使用1000ml的量筒，将调制好的水泥浆800ml注入量筒内，记下体积数值，将量筒上口加盖封好，从水泥浆体注入量筒时算起，按1小时、2小时、3小时的时间间隔加以记录。另一种是2000ml的烧杯，内盛1800ml的浆体，进行泌水测试，读数间隔时间和量筒同步。试验结果表明，烧杯中浆体的泌水量远远大于量筒中浆体的泌水量。因此可以看出，不同测试方法对浆体泌水的测试结果有不同的影响[5]，在本文中分别采用试验室量筒及现场内穿钢绞线的透明管道进行泌水率测试比较。同时对不同的搅拌设备对浆体流动度的影响也进行了比较。 2 试验室泌水率及流动度测试 2.1 流动度测试 水泥浆流动度测试方法采用流锥法，流锥时间测试按中国标准CRD-C79-58进行，即 董建伟，男，1980.10出生，工学硕士 通过量测一定体积（1725ml）的水泥浆从标准尺寸的流锥中流出的时间来确定的。 试验步骤湿润流锥内表面（为了保证流锥内表面的充分湿润，先将锥体内注满水，在倒入水泥浆前一分钟，让水从锥体中排干）；用手指按住出料口，将水泥浆倒入流锥至规定的刻度；打开秒表的同时松开手指；当从出料口连续不断流出的水泥浆出现第一次停断时，停止秒表。秒表指示的时间就是水泥浆流出的时间。对于每种浆体要测定其静置20min后的流动度损失情况和重新搅拌后的流动度值。同时为了减少试验中的各种误差，对每种水泥浆流动度测试至少应重复两次。测试中所掺加的外加剂为现有的X型灌浆专用外加剂，搅拌机为水泥净浆搅拌机，按照搅拌机所设置的标准搅拌程序进行搅拌，现场测试见图1，测试结果见表1。 表1 试验室流动度测试结果（s） 水灰比 搅拌程序 0.36 0.38 0.40 按设定程序搅拌 13.31 11.22 10.09 13.00 11.10 9.94 静置20min 14.78 11.97 10.34 13.72 11.63 10.53 重新搅拌 12.72 11.12 9.81 12.34 11.34 9.75 从表中数据可以看出，掺加X型专用外加剂后，水灰比从0.36～0.40的水泥浆均满足规范使用要求，并且，水灰比0.38与水灰比0.40的水泥浆所测试出的流动度相差不大，在实际施工中均可以满足灌浆要求。而且，静置后，水泥浆流动度损失不大，这对实际施工极其有利，可以使灌浆操作持续更长时间。 2.2 试验室泌水率测试 图1 流动度测试 在本次试验中采用1000ml的量筒，将调制好的水泥浆800ml注入量筒内，记下体积数值，将量筒上口加盖封好，从水泥浆体注入量筒时算起，在1h、2h、3h时分别对泌水体积加以记录。泌水体积除以试样浆体的含水量即为泌水率，计算公式如下 泌水率（％）＝泌水体积（ml）/（试样浆体重量（g）浆体含水率（％））100％ 根据国内一些泌水试验的做法[1]，在规定的时间测量泌水体积时将量筒中的泌水用试管吸出。而笔者认为这种做法与实际管道中的泌水形成过程相差很远，在实际管道中，不可能将已经形成的泌水用试管吸出。并且，通过试验比较，笔者发现将泌水吸出的做法会加速浆体的泌水，使实际测出的泌水率偏大。测试结果见表2。 表2 试验室泌水率测试结果 水灰比 时间 0.36 0.38 0.40 1h 0.23 0.23 0 2h 0.59 0 0 3h 0.82 0 0 从表中数据可以看出，当水灰比达到0.40，X型外加剂掺量达到3％时，试验测定浆体完全没有泌水，由此可以看出，在掺加一定量的外加剂时候，并不是水灰比越小其泌水率越小。从表中可以看出，水灰比为0.36、0.38的浆体有泌水出现，但是水灰比为0.40的浆体完全没有可见泌水，这是由于各种配料存在一个最优化配比的问题。 3现场泌水率及流动度测试 3.1 流动度测试 在现场使用转速为80n/min的强制式搅拌机，水灰比为0.4，掺加X型外加剂，搅拌后浆体的测试程序同试验室测试程序，测试结果见表3。 表3 现场流动度测试结果 程序 参数 搅拌5min 静置20min 重新搅拌 流动度s 11.15 15.53 10.40 测试结果表明，水灰比为0.40，掺加3％外加剂的水泥浆的流动度性能优良，能很好的进行灌浆操作。只是浆体随着时间的推移其流动度损失较大，并伴有沉淀现象，但是浆体经过重新搅动后其流动度能恢复到原有的水平。与试验室中相同配比水泥浆流动度测试结果（表1）相比，现场搅拌的浆体流动度较小，并且静置后伴有沉淀现象，这充分说明现场搅拌的浆体中水泥颗粒与水未充分接触，因此在施工现场有必要对浆体质量进行测试。 3.2 泌水率测试 1、概述 在绝大多数国家规范和英国混凝土学报TR47的第一版中所述的泌水试验都不能测试浆体的潜在的不稳定性。这种不稳定性是由于管道中的钢绞线所致，这种现象已经在法国LCPC的斜管试验中被发现，同时，在欧美的项目“QA of Grouting”中，利用1.5m的垂直管泌水试验中也发现了浆体存在的潜在不稳定性[3]。 在美国和ETAG，建议采用长为1m的垂直管，内部穿有单根钢绞线的试验方法，但是其效果如何还未得到证实。国际上一些学者正在对各种试验方法进行比较，相信在不久的将来，一种比较简单的泌水或稳定性试验就会出现。 在现有的施工规程中要求泌水在24h内被重新吸收，此项规定有待商榷。泌水产生后，即使被重新吸收，也会在内部产生空隙。 2、测试装置 1 一端封闭的垂直透明管，内径为65mm左右，长约1.5m。如图2所示。 2 钢绞线长约1.4m，并且钢绞线截面积占管道面积的30％。 3、试验步骤 1 安装顶部开口的垂直管道，支架一定要保证管道不会侧移或振动。 2 安装管道中的钢绞线。 3 以一定的速度向管道中注入浆体，并且保证内部没有集聚空气。管道中的浆体注入至h0，大约高于钢绞线顶部10mm左右，顶部密封以减少水分的蒸发。 4 记录开始时间和初始高度。 5 在第一个小时内，每隔15min记录一次浆体的高度hw，在一个小时后每隔30min记录一次浆体的高度直到连续三次读数无变化。 4、结果处理 泌水率表达式 测试所得结果见表4。 图2 垂直管测试 表4 现场垂直管泌水率测试结果 时间 参数 泌水高度mm 初始高度mm 灌浆后15min 2 1615 灌浆后30min 10 灌浆后45min 20 灌浆后1h 35 灌浆后1.5h 40 灌浆后2h 40 灌浆后2.5h 40 灌浆后3h 40 根据表中数据可以计算出泌水率大小，并绘制曲线图如图3所示。 图3 垂直管泌水率曲线图 图4 泌水留下的孔洞 从图表对比可以看出，在实验室中测试的泌水率几乎为0的浆体，在穿有钢绞线的管道中也会出现大量的泌水。以灌浆后1.5h时的浆体为例，泌水率达到2.47％，因此可以看出，对于矢高较高的管道，不但聚集空气是导致灌浆不密实的原因，更大一部分原因是由于浆体的泌水造成的，即使泌水在规定时间内会被浆体重新吸收，但是也会留下泌水后的孔洞（见图4），因此，灌浆后如何排出泌水也是保证灌浆密实的一个重要因素。另外，从表中数据可以看出，在灌浆1.5h之后，浆体的泌水基本上就趋于稳定，因此，可以在此时采取措施排出泌水，来保证灌浆密实。 4 结论 1. 对于同一种灌浆料，根据不同的测试方法，实验室中测定的参数与施工现场测试的结果有一定的不同。试验证明，在模拟管道内部情况下，暴露了浆体的不稳定性，产生了一定的泌水，这说明钢绞线对浆体的泌水产生了不利的影响。 2．同一种浆体的配比，不同搅拌设备及搅拌程序所拌制出的浆体其流动度也不同。试验证明，在现场搅拌的时候，第一次搅拌需要将搅拌的时间适当延长，并且在灌浆前对其流动度及泌水率进行测试，如果不符合标准，则禁止使用。必要时需重新搅拌。 3．通过垂直管道的泌水试验可以看出，对于高差较大的管道，更容易产生泌水现象，但泌水在灌浆结束后的1h1.5h后就趋于稳定，因此，如果采取补浆的措施，可以在灌浆结束后的1h进行补浆，这样能将管道中的大部分泌水排出，从而能保证灌浆质量[4]。 参 考 文 献 [1] 王思源，预应力混凝土孔道灌浆材料及施工工艺改进研究，东南大学硕士论文，2002 [2] 公路桥涵施工技术规范. 北京人民交通出版社，2000 [3] Grouting of tendons in prestressed concrete．fib bulletin 20，2002.7 [4] 董建伟，预应力孔道灌浆技术研究，中国建筑科学研究院硕士学位论文，2006年6月 [5] 冯大斌，董建伟，孟履祥，后张预应力孔道灌浆现状，施工技术，VOL35，NO.4，2006.4