周紅梅,鐘卿瑜,陳競(jìng)

(1.廣西科技大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，廣西柳州545006;2.柳州歐維姆機(jī)械股份有限公司，廣西柳州545005)

預(yù)應(yīng)力孔道灌漿材料在山東LNG項(xiàng)目的應(yīng)用研究

周紅梅1,鐘卿瑜1,陳競(jìng)2

(1.廣西科技大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，廣西柳州545006;2.柳州歐維姆機(jī)械股份有限公司，廣西柳州545005)

預(yù)應(yīng)力孔道灌漿材料主要用于后張法預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中的孔道灌漿，灌漿的質(zhì)量與材料、施工質(zhì)量有關(guān).通過(guò)試驗(yàn)，研究了孔道灌漿材料的流動(dòng)性、維持流動(dòng)性和泌水性等物理性能和力學(xué)性能，在工廠自動(dòng)化條件下生產(chǎn)出滿足EN447-2007要求的灌漿材料，通過(guò)在山東青島LNG項(xiàng)目中的應(yīng)用表明:預(yù)應(yīng)力孔道灌漿料能很好的滿足施工要求.

預(yù)應(yīng)力;預(yù)拌干粉;灌漿材料;工程應(yīng)用

0 引言

后張法預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)在橋梁中有著廣泛的應(yīng)用［1-2］，而它所有的優(yōu)勢(shì)，都必須建立在預(yù)應(yīng)力筋與混凝土粘結(jié)完好的基礎(chǔ)上.孔道灌漿材料在該結(jié)構(gòu)中具有保護(hù)預(yù)應(yīng)力鋼筋不受侵蝕、使預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土協(xié)同工作的作用.

目前，國(guó)內(nèi)外因灌漿缺陷導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力筋銹蝕而引發(fā)的事故很多.英國(guó)的南威爾士預(yù)應(yīng)力混凝土橋［3］，美國(guó)的康涅狄格州Bissell大橋［4］，2008年我國(guó)首例因預(yù)應(yīng)力筋腐蝕而損壞的京廣線石家莊百孔大橋［5-6］等;因此，孔道灌漿材料的性能直接關(guān)系到后張法預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的使用壽命.

關(guān)于預(yù)應(yīng)力孔道灌漿材料的技術(shù)規(guī)范，國(guó)內(nèi)主要是2008年頒布實(shí)施的TB/T3192-2008《鐵路后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁管壓漿技術(shù)條件》［7］，國(guó)際上有關(guān)預(yù)應(yīng)力孔道灌漿材料試驗(yàn)方法的規(guī)定主要是NF EN445-2007標(biāo)準(zhǔn)［8］，它對(duì)預(yù)應(yīng)力孔道灌漿料的流動(dòng)性、維持流動(dòng)性、泌水性、強(qiáng)度、凝固時(shí)間、體積變化和溫度的測(cè)量方法都有嚴(yán)格的規(guī)定.

本文按照EN445-2007標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)試驗(yàn)要求，對(duì)孔道灌漿材料的流動(dòng)性、流動(dòng)維持性、泌水性和體積變化率等物理性能及力學(xué)性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，并在工廠自動(dòng)化條件下生產(chǎn)出了滿足歐州標(biāo)準(zhǔn)EN447-2007技術(shù)要求的預(yù)應(yīng)力孔道灌漿預(yù)拌干粉料［9］，并在山東青島某LNG項(xiàng)目中進(jìn)行了應(yīng)用.

本材料的應(yīng)用是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的成品預(yù)應(yīng)力孔道灌漿料首次在LNG工程上進(jìn)行應(yīng)用，原來(lái)的LNG預(yù)應(yīng)力產(chǎn)品均為進(jìn)口，此次首次進(jìn)行國(guó)內(nèi)產(chǎn)品試用，施工中灌漿料技術(shù)要求不能按照國(guó)內(nèi)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行生產(chǎn)，需要按照EN445-2007標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)試驗(yàn)要求進(jìn)行驗(yàn)收;因此，成功研制及應(yīng)用具有很大的意義.其次，預(yù)應(yīng)力孔道灌漿料無(wú)須在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行原材料配合比調(diào)試，每次攪拌所有的原材料都要進(jìn)行稱量配料，實(shí)現(xiàn)了在工廠將所有的原材料用現(xiàn)代化技術(shù)進(jìn)行預(yù)拌加工，現(xiàn)場(chǎng)只需要加水?dāng)嚢?，直接灌注，保證了材料的品質(zhì)優(yōu)良，減少環(huán)境污染，減少了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，使施工操作簡(jiǎn)單、方便.施工質(zhì)量(灌漿質(zhì)量)也由此得到很好地保證.

1 孔道灌漿材料性能試驗(yàn)

1.1 國(guó)內(nèi)外技術(shù)要求

隨著現(xiàn)代工程對(duì)于耐久性及使用年限的要求不斷提高，按照原規(guī)范JTJ041-2000《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》的傳統(tǒng)孔道灌漿的部分指標(biāo)［10］，如抗壓強(qiáng)度不低于30 MPa，泌水率不超過(guò)3％，自由膨脹率小于10％等，已不能滿足實(shí)際工程對(duì)孔道灌漿料的性能要求［11-12］.基于我國(guó)鐵路與公路發(fā)展水平的不斷提高，相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求也隨之提高，交通部于2011年發(fā)布JTG/T F50-2011《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》替代JTJ041-2000［13］.

國(guó)外孔道壓漿現(xiàn)場(chǎng)所使用的灌漿料通常為預(yù)拌商品灌漿料，預(yù)拌商品灌漿料是工廠化的產(chǎn)品，事先通過(guò)試驗(yàn)設(shè)計(jì)，然后在工廠配成均勻的粉體包裝成袋，在施工現(xiàn)場(chǎng)只需按說(shuō)明加水?dāng)嚢璩蓾{體即可，采用預(yù)拌商品灌漿材料可以有效解決水泥與減水劑及各種外加劑的兼容性問(wèn)題.

歐洲標(biāo)準(zhǔn)NF EN445-2007規(guī)定:1)流動(dòng)性:用流錐儀測(cè)量規(guī)定溫度范圍內(nèi)流動(dòng)度在9 s～25 s之間; 2)維持流動(dòng)性:攪拌后3 h內(nèi)流動(dòng)度應(yīng)保持在25 s內(nèi).在規(guī)定30 min時(shí)間間隔2次相鄰測(cè)量結(jié)果流動(dòng)度相差不超過(guò)20％;3)泌水性:灌漿后3 h內(nèi)直到凝固，根據(jù)EN445-2007標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試條件測(cè)量的泌水率不超過(guò)0.3％;24 h內(nèi)，所有泌水必須完全吸收;4)強(qiáng)度:28 d齡期抗壓強(qiáng)度大于等于50 MPa.試件尺寸根據(jù)EN 445-2007標(biāo)準(zhǔn)或EN 196-1標(biāo)準(zhǔn)確定;5)凝固時(shí)間:在產(chǎn)商規(guī)定的溫度范圍內(nèi)初凝時(shí)間大于3 h.無(wú)論在何溫度下，終凝時(shí)間小于24 h;6)體積變化:根據(jù)EN 445-2007標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量，體積變化率在0～5％;7)溫度:灌漿溫度不超過(guò)35℃;8)灌漿料禁止采用含有氯化物或氯離子的材料.

1.2 孔道灌漿料流動(dòng)性試驗(yàn)

1.2.1 試驗(yàn)原理

通過(guò)測(cè)量規(guī)定量(1L)的漿體在規(guī)定條件下通過(guò)錐體出口所需時(shí)間以測(cè)定漿體流動(dòng)性，單位為s.

1.2.2 試驗(yàn)儀器

1)錐體尺寸見(jiàn)圖1，錐體應(yīng)由光滑的非吸收性材料制成.錐體容量(不包括頂部和底部的圓柱部分)應(yīng)為(1.7±0.17)L;2)精確到0.1 s的秒表;3)容量最少為1 L的量筒，直徑約為60 mm;4)溫度計(jì).

1.2.3 試驗(yàn)概述

立起錐體，使其軸線與地面垂直，開(kāi)口大的一端向上，并用三腳架支撐穩(wěn)固.試驗(yàn)期間防止錐體傾斜.將1 L量筒置于錐體出口處.錐體表面應(yīng)保持干凈潮濕，關(guān)閉下部錐體漏孔.

灌注漿體填充錐體的錐形面，緩慢灌注漿體以防止產(chǎn)生氣泡.打開(kāi)下部錐體漏孔的同時(shí)開(kāi)始計(jì)時(shí)，測(cè)量1 L漿體流入量筒的時(shí)間，精確到0.5 s.測(cè)量維持流動(dòng)度應(yīng)不時(shí)攪拌漿體.

1.3 孔道灌漿料的燈芯致流試驗(yàn)

1.3.1 試驗(yàn)原理

圖1 EN445流錐儀/mmFig.1 Flow cone instrument of EN445/mm

該試驗(yàn)?zāi)苓M(jìn)行體積變化和泌水性的測(cè)量.通過(guò)不同的時(shí)間間隔，從新拌漿體開(kāi)始到24 h，按規(guī)范要求時(shí)間測(cè)定漿體表面的泌水量來(lái)計(jì)算漿體的泌水率.體積變化率則是通過(guò)同時(shí)測(cè)量24 h的體積百分比差額確定，體積變化率主要測(cè)量泌水和膨脹產(chǎn)生的體積變化.

1.3.2 試驗(yàn)儀器

1)1根內(nèi)徑約60 mm～80 mm，長(zhǎng)約1m的透明管，兩端封閉;2)1根長(zhǎng)約900 mm，由7股鋼絲組成的鋼絞線，完全放置于透明管內(nèi);3)溫度計(jì).

1.3.3 試驗(yàn)概述

將透明管垂直放置，固定以避免傾斜和移動(dòng).將鋼絞線豎直放置于透明管底部，對(duì)中.緩慢將漿體注入透明管(可用小導(dǎo)管導(dǎo)入以防止起泡產(chǎn)生).漿體填充至透明管高度h(約高于鋼絞線頂部10 mm)，將透明管頂部密封以防止蒸發(fā).記錄漿體溫度、環(huán)境溫度、起始時(shí)間t和漿體高度hg.

第1 h內(nèi)每隔15 min記錄一次漿體高度hg，隨后在第2 h，3 h和24 h內(nèi)記錄漿體高度，測(cè)量應(yīng)忽略漿體的彎液面.記錄泌水高度hw，其時(shí)間間隔與漿體高度測(cè)量的時(shí)間間隔相同，見(jiàn)圖2.

圖2 EN445測(cè)泌水示意圖/mmFig.2 Measured bleeding by EN445/mm

記錄觀測(cè)到的透明管中漿體外觀形態(tài)和泌水表現(xiàn)情況，觀察是否離析.

1.4 孔道灌漿料力學(xué)性能試驗(yàn)

1.4.1 試驗(yàn)原理

將試塊進(jìn)行抗折強(qiáng)度試驗(yàn)折斷后再進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)(根據(jù)EN196-1標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的漿體機(jī)械性能試驗(yàn)修改).

1.4.2 試驗(yàn)儀器

1)符合EN447-2007標(biāo)準(zhǔn)要求的漿體攪拌機(jī);2)符合EN196-1的養(yǎng)護(hù)設(shè)備，精度為±2℃;3)符合EN 196-1標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)機(jī)器和裝置;4)符合EN196-1的金屬模具(40 mm×40 mm×160 mm);5)金屬直尺.

1.4.3 試驗(yàn)概述

用制備好的新拌漿體將模具灌滿，然后靜止放置.保持試件表面平整，然后用玻璃板覆蓋試件.脫模后將試件浸入20℃±2℃水中養(yǎng)護(hù).根據(jù)EN196-1進(jìn)行力學(xué)性能試驗(yàn)，測(cè)量?jī)x器見(jiàn)圖3所示，力學(xué)性能試塊見(jiàn)圖4所示.

圖3 測(cè)量?jī)x器Fig.3 Measuring instrument

圖4 力學(xué)性能試塊Fig.4 The mechanical properties of specimens

1.5 試驗(yàn)結(jié)果

根據(jù)歐洲標(biāo)準(zhǔn)NF EN445-2007標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，對(duì)不同配合比條件下孔道灌漿材料的流動(dòng)性、流動(dòng)維持性、泌水性和體積變化率等物理性能和力學(xué)性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，其中水泥等級(jí)采用P·O42.5級(jí)水泥、P·O52.5級(jí)水泥，試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表1.

表1 試驗(yàn)結(jié)果Tab.1 Test result

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果可知，孔道灌漿材料的流動(dòng)性、流動(dòng)維持性、泌水性和體積變化率等物理性能和力學(xué)性能與水、減水劑及其它摻合料的含量多少有很大關(guān)系.

按照EN445-2007標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)方法要求測(cè)量凝固時(shí)間和溫度，確定不同配合比條件下的樣品均能滿足要求.最終本文選擇既能滿足EN445-2007技術(shù)要求優(yōu)良的結(jié)果(見(jiàn)表1)，同時(shí)通過(guò)計(jì)算原材料的生產(chǎn)成本，取價(jià)格相對(duì)較低的配合比進(jìn)行生產(chǎn)試制，經(jīng)多次復(fù)檢，檢驗(yàn)結(jié)果均符合EN447-2007技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求，見(jiàn)表2.

表2 灌漿材料檢驗(yàn)數(shù)據(jù)Tab.2 Test data of grouting material

2 孔道灌漿材料的應(yīng)用研究

2.1 山東LNG項(xiàng)目簡(jiǎn)介

預(yù)應(yīng)力孔道灌漿料(預(yù)拌干粉料)于2012年6月在柳州歐威姆機(jī)械股份有限公司通過(guò)檢驗(yàn)，獲準(zhǔn)在山東某液化天然氣(LNG)項(xiàng)目?jī)?chǔ)罐區(qū)工程中投入使用.現(xiàn)場(chǎng)施工圖示見(jiàn)圖5～圖8所示.

2.2 孔道灌漿料的工廠化生產(chǎn)

2.2.1 生產(chǎn)設(shè)備

在確定試驗(yàn)室檢驗(yàn)合格后，進(jìn)行小批量生產(chǎn)試制，微調(diào)配方，任意抽檢產(chǎn)品達(dá)到EN445-2007的技術(shù)要求后，通過(guò)自動(dòng)化生產(chǎn)線大批量生產(chǎn)出合格的預(yù)拌干粉料，經(jīng)過(guò)第三方抽檢，結(jié)果完全符合歐洲標(biāo)準(zhǔn)NFEN447-2007的技術(shù)要求.生產(chǎn)設(shè)備外觀見(jiàn)圖9.

孔道灌漿料預(yù)拌干粉的工業(yè)化生產(chǎn)計(jì)量準(zhǔn)確，質(zhì)量有保障，同時(shí)能確保環(huán)境污染少，便于文明施工.

2.2.2 生產(chǎn)工藝

預(yù)拌干粉料生產(chǎn)過(guò)程:1)備料稱量;2)混合攪拌;3)包裝運(yùn)輸.以上每道工序都包括了檢驗(yàn)步驟，檢驗(yàn)合格后才能繼續(xù)下一步的生產(chǎn).圖10為生產(chǎn)工藝流程圖.

圖5 攪拌現(xiàn)場(chǎng)Fig.5 Stirring field

圖6 現(xiàn)場(chǎng)灌漿密實(shí)度截面Fig.6 Field grouting density cross section

圖7 灌漿施工中Fig.7 Grouting construction

圖8 LNG項(xiàng)目?jī)?chǔ)罐區(qū)Fig.8 Storage area of LNG project

圖9 生產(chǎn)設(shè)備外觀Fig.9 Production equipment

圖10 生產(chǎn)工藝流程圖Fig.10 Flow chart of production process

2.2.3 施工工藝

孔道灌漿的施工順序大致為:1)產(chǎn)品抽檢;2)預(yù)拌干粉料+水?dāng)嚢杈鶆?3)壓漿;4)飽滿封錨.圖11為孔道灌漿的施工工藝流程圖.

3 結(jié)論

預(yù)應(yīng)力孔道灌漿料經(jīng)過(guò)兩年多的試驗(yàn)研究以及第三方抽檢，其各項(xiàng)性能指標(biāo)均能滿足EN447-2007技術(shù)要求，并通過(guò)在山東青島LNG的首次實(shí)踐，能很好的滿足施工要求.隨著國(guó)內(nèi)外預(yù)應(yīng)力技術(shù)及規(guī)范的完善，將有越來(lái)越多的預(yù)拌干粉預(yù)應(yīng)力孔道灌漿料得到推廣應(yīng)用.

預(yù)拌干粉料在工廠內(nèi)自動(dòng)化控制生產(chǎn)，保證了預(yù)應(yīng)力孔道灌漿料的技術(shù)性能一致，質(zhì)量穩(wěn)定.

預(yù)拌干粉灌漿料的應(yīng)用，保證了灌漿材料及施工質(zhì)量，使現(xiàn)場(chǎng)施工操作簡(jiǎn)單，污染少，保護(hù)環(huán)境，順應(yīng)了發(fā)展的需要.

圖11 施工工藝流程圖Fig.11 Flow chartof construction process

［1］高明大，鄧年春，陳顏，等.基于錨索計(jì)超長(zhǎng)預(yù)應(yīng)力束孔道摩阻研究［J］.廣西工學(xué)院學(xué)報(bào)，2011，22(1):48-51，60.

［2］韋永樂(lè)，吳輝琴，鄧宇.鋼筋混凝土橋梁底板裂紋成因的有限元分析［J］.廣西工學(xué)院學(xué)報(bào)，2006，17(4):72-75.

［3］朱爾玉，王冰偉，周勇政，等.預(yù)應(yīng)力孔道灌漿密實(shí)性及防治泌水方法的試驗(yàn)研究［J］.水利學(xué)報(bào)，2012，43(5):609-614.

［4］曾磊，何培勇，鄧潼.真空灌漿工藝在預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁中的應(yīng)用［J］.世界橋梁，2005(2):36-38.

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［7］TB/T3192-2008.鐵路后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁管道壓漿技術(shù)條件［S］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2008.

［8］BS EN 445-2007.Grout for Prestressing Tendons-Test Methods［S］.London:British Standards Institution，2007.

［9］BS EN 447-2007.Grout for Prestressing Tendons-Basic Requirements［S］.London:British Standards Institution，2007.

［10］路橋集團(tuán)第一公路工程局.JTJ041-2000公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范［S］.北京:人民交通出版社，2000.

［11］董建偉.預(yù)應(yīng)力孔道灌漿技術(shù)研究［D］.北京:中國(guó)建筑科學(xué)研究院，2006.

［12］徐向鋒.孔道壓漿性能試驗(yàn)及施工質(zhì)量的研究［D］.南京:東南大學(xué)，2005.

［13］中交第一公路工程局有限公司.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.

Application research of prestressed duct grouting materials in Shandong LNG project

ZHOU Hong-mei1，ZHONG Qing-yu1，CHEN Jing2
(1.School of Civil Engineering and Architecture，Guangxi University of Science and Technology，Liuzhou 545006，China;2.OVM Machinery Company Limited，Liuzhou 545005，China)

Prestressed duct grouting materials are mainly used in duct grouts on post-prestressed concrete.And the quality of grouting is related to materials and construction quality.According to the study of the flow ability，maintenance of flow ability，the bleeding and mechanical property of prestressed duct grouting material，we produce grouting materials that meet the requirements of EN447:2007 under the conditions of factory automation.The application of the LNG project in Qingdao，Shandong indicates that the grouting materials meet the construction requirements well.

prestress;ready-mixed dry powder;grouting materials;engineering application

TU525.9

A

2095-7335(2016)02-0015-06

10.16375/j.cnki.cn45-1395/t.2016.02.003

(學(xué)科編輯:黎婭)

2016-01-12

廣西科學(xué)研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(桂科攻1598007-5)資助.

周紅梅，高級(jí)工程師，研究方向:預(yù)應(yīng)力技術(shù)研究，E-mail:zhm70@163.com.