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EPS-P型水泥灌浆剂如何应用?

作者:马清浩来源:水泥混凝土外加剂550问 浏览次数: 日期:2012-08-20

一、用途

由膨胀、减水组分配制而成,适用于-10~40℃气温下施工。用于后张法预应力管道压力灌注水泥净浆。

二、执行标准

JC476—2001《混凝土膨胀剂》,GB8076—1997《混凝土外加剂》。

三、用量与用法(表1)

四、贮运及包装

(1)内衬塑料袋外套编织袋。

(2)贮运中注意防潮,防破损。

五、压浆

压浆的目的是使预应力筋与混凝土结成整体。要求在张拉工作完毕后应尽快压浆,以防预应力筋在孔道内因潮湿生锈而降低强度。压浆之前要将夹片、锚环之间的空隙用水泥浆封实,水泥浆达到强度后即可进行封锚。

(1)水灰比的确定:压浆前首要工作是清孔,即用高压水冲洗孔道,使之充分湿润,以利压浆。压浆所用水泥全部采用42.5级普硅水泥(出厂期不宜超过20d)。规范规定水灰比范围为0.36±0.02,而在实际施工中若按此水灰比进行拌制,则灰浆过于稀薄且泌水率也较大,超过规范规定的4%。这样灰浆泌水后收缩产生间隙,孔道不能被填满,使之与混凝土不能有效地连成整体,从而影响共同承载能力。为了保证施工质量,工地经过反复试配得到的灰浆稠度在14~18s,符合规范要求并且得到确认。

(2)灰浆的拌制及压浆顺序:灰浆的拌制量受时间限制,一次拌制量不宜过多,要求随拌随用,一般间隔时间以不超过40min为宜。在压注过程中要不断搅动,防止因其沉淀、结块而堵塞真空泵,影响压浆质量。压浆要缓慢、均匀连续进行,压浆顺序由低至高。25m梁每片梁断面均有4个孔道分上、下2层,孔道成曲线布置,两端高中间低。压浆时为了更有效地排气和泌水,先由下层孔道开始注浆而后再上层孔道。制取边长为70.7mm的立方体试块,28d的抗压强度均超过30MPa,符合设计要求。

(3)提高压浆质量的措施:出浆口有灰浆逸出时,为使孔道内灰浆密实应关闭出浆口,并保持0.7MPa的一个稳压期,时间不少于3min。出浆口的关闭要根据水泥浆的浑浊程度确定,初始出浆口往外逸的是清水,继而是混杂的浆水,最后是灰浆。待出浆口逸出的全部是灰浆时再用木塞将出浆口堵住,加压3min直至出现泌水。泌水应在24h内被灰浆全部吸收。压浆设备性能的好环对压浆质量有很大的影响。输浆管长度不宜过长。长度超过30m时,压力相应提高,则对设备的性能提出更高要求,加大了投入。灰浆稠度不能过稀也不能过稠,过稀则孔道填不饱满,过稠则真空泵吸管容易被堵塞。灰浆的稠度宜控制在14~18s。气温对压浆质量影响很大。压浆时气温不宜过高(也不能低于5℃),当气温高于35℃时,压浆应在夜间进行。张拉、压浆结束后即可进行封锚作业。封锚时,需将锚具及梁体预留钢筋有机地结成整体,确保预应力梁的整体质量,同时加强养护工作。

【应用实例1】

真空灌浆在后张法预应力混凝土孔道灌浆中的应用

一、工程概况

天汕高速公路第四合同段箱形梁全部采用后张法预制,结构形式为单箱单室,跨度为30m,梁高150mm。预应力筋配置ф15.24(7ф 5)高强低松弛钢绞线,强度为1860MPa,布置如图1所示。

为了防止预应力筋被腐蚀,提高结构的安全度和耐久性,消除传统压力灌浆的质量通病。

二、基本原理

真空灌浆是在孔道的一端采用真空泵抽预应力孔道中的空气,使之产生-0.1MPa左右的真空度,然后在孔道另一端用灌浆泵将优化后的水泥浆从孔道的另一端灌入,直至充满整条孔道,并加以大于或等于0.7MPa的正压力,以提高预应力孔道灌浆的饱满度和密实度,从而提高后张预应力混凝土结构安全度和耐久性。

三、施工设备

采用由某公司研制生产的专用真空灌浆设备,它主要由空气管道系统、搅拌系统、灌浆系统等组成,主要设备如图2所示。

(1)输送量为3m/h的UBL3螺杆式灌浆泵,配套高压橡胶管1根(抗压能力≥2MPa)。

(2)排量为120m/h的SZ02型水环式真空泵,真空压力表1个,QSL020型空气过滤器1个,15kg左右秤1台。

(3)灰浆搅拌机1台。

(4)预应力箱梁中采用了弯曲的布筋方式,原设计的小于50(mm)金属波纹管,虽能满足小半径的布筋要求,但是金属管没有永久的防腐能力,压口接缝不很紧密,不足以抵抗水的渗漏和到达浆体以及预应力筋,故采用更能体现真空灌浆优越性的HVMSBG050的塑料波纹管,在强度和耐腐蚀方面,有更好的保护作用。同时塑料波纹管为挤出成型,接头处用内垫密封圈的卡套连接,全管能达到不漏气。

四、水泥浆配合比试验研究

水泥浆的配合比直接影响到灰浆强度和灌注密度,尤其对于真空灌浆来说,是施工工艺的一个关键环节。配合比主要遵循低水灰比和多成分的原则,以达到减少空隙、泌水和水泥浆在凝结硬化过程中的收缩变形的目的。

(一)水泥浆体的性能要求

(1)有较好的流动性能,流动度大于140mm。初凝时间为3~4h,在1.725L漏斗中,水泥浆的稠度15~45s,最多不得大于50s。

(2)灌注后泌水率低,小于水泥浆初始体积的2%,4次连续测试的结果平均值小于1%,拌合后24h水泥浆能自吸收。

(3)水泥浆体在凝固前应具备一定膨胀作用,使浆体灌入后胀满整个孔道。以克服预应力纵向、斜向、上弯曲部位压浆不饱满不密实的缺点。浆体应具备硬化中期(14d左右) 微膨胀性,以补偿中后期水泥浆体的自然收缩。

(4)浆体应具有足够的抗压强度和粘结强度,不低于30MPa,最好和梁混凝土相匹配,满足预应力钢筋和混凝土构件间的有效应力传递。

(二)水泥浆原材料选择

金刚牌42.5级普硅水泥,符合技术标准的地下水。考虑到夏季温度高的因素,采用了EPS-P剂。

(三)试验方法

灌浆材料泌水率、膨胀率和抗压强度的试验方法分别参照JTJ0410—2000《公路桥涵施工技术规范》附录G010,G011、JG4760—2001《混凝土膨胀剂》和GBJ203—83《砖石工程施工及验收规范》。

(四)试验结果分析

(1)流动度试验

固定水灰比为0.38试验测定在不同掺量下对水泥静浆流动度的影响和在0.4%掺量下20℃与40℃下流动度随时间的变化,结果如图3、图4所示。泥浆的流动度,水灰比愈大,流动度愈大,同时泌水率也愈大,初凝时间越长;减水剂掺量增加,流动度明显地增大,同时泌水率也增大。缓凝高效减水剂掺量大于0.55%会引入过量空气而使初凝缓慢,降低混凝土强度。因此本试验采用缓凝高效减水剂掺量为0.4%。

在相同环境温度下,水泥浆的出机温度不同,对浆体的流动度影响较小,但在贮存一定时间(大约为40min)后,流动度明显减小,同时出机温度越高流动度下降越快,因此,要严格控制出机温度在22℃左右,并在40min内将水泥浆全部用完。缓凝高效减水剂同时具有的缓凝作用,可以使在高温条件下的水泥浆体具有良好的保塑性。

(2)膨胀试验

本试验根据采用了铝粉和UEAOH两种混凝土膨胀剂,分别作用于浆体的凝结前膨胀和中期膨胀,使浆体凝结前的膨胀率和中期膨胀率大有提高。

①凝结前试验:凝结前膨胀是在水泥凝结前加入铝粉,利用水泥水化过程中不断析出氢氧化碳,水泥水化初期浆液中Ca(OH) 处于饱和状态,亦即处于高碱状态,此时铝粉与碱溶液的OHO反应生成氢气,形成许多分散均匀的气泡,使浆体发生膨胀,从而使灌浆孔道的弯处和钢绞线的空隙处胀满。试验采用掺不同量的铝粉,测3h体积膨胀率,要求凝结前膨胀率为1%左右,因为1%的含气量对水泥浆的强度损失不大。试验分析得出铝粉掺量以0.005%为宜,铝粉反应在3h内基本完成,第2h、3h膨胀很小,因此掺铝粉的水泥浆必须在加水拌合后立即灌注,否则对凝结前膨胀率影响较大。

②中期膨胀试验:中期膨胀是利用UEA加入水泥浆中生成大量的膨胀性结晶物水化硫铝酸钙(即钙钒石),使浆体产生适当膨胀,在钢筋和混凝土预留孔道的约束下,在浆体结构中建立0.2~0.7MPa预压应力,这一膨胀应力可大致抵消浆体在硬化过程中产生的收缩应力,从而防止或减少浆体收缩开裂,并使浆体致密,提高结构的强度,并增加浆体与预应力筋的握裹力。但如果膨胀率过高,则有可能使浆体产生较大的膨胀应力,反而不利于整体结构,因此要严格控制自由膨胀率小于10%。试验分析得出UEA的掺量为5%时,其28d限制膨胀率为0.04%~0.06%,适合水泥浆体补偿收缩功能。UEA的掺量是按等量取代胶凝材料的内掺法,这一点必须在配合比时引起注意。

(五)浆体配合比的选择

经过室内试验,最后确定的配合比和有关性能见表3

五、施工工艺

(1)灌浆前准备工作:①张拉完成后,切断外露的钢绞线(钢绞线外漏30~50mm),清水冲洗,高压风吹干,然后进行封锚。②清理锚垫板上的灌浆孔,保证灌浆通道通畅。③定出抽吸真空端及灌浆端,抽吸真空端位于高处锚座上的灌浆孔,灌浆端置于低处锚座上的灌浆孔。

(2)按真空灌浆施工设备连接方案连接装好各部件,并检查其功能,进行试抽真空。

(3)试抽真空:将灌浆阀、排气阀都关闭,抽真空阀、出浆端阀门打开,启动真空泵抽真空,观察真空压力表读数,真空度达到-0.08~-0.1MPa并保持稳定,停泵1min,压力要能保持不变。

(4)搅拌水泥浆:搅拌水泥浆之前加水空转数分钟,将积水倒净,使搅拌机内壁充分润湿。装料时首先将称量好的EPS-P倒入搅拌机,之后边搅拌边倒入水泥,再搅拌3~5min直至均匀。搅拌水泥浆应注意:①水泥浆出料后应马上进行泵送,否则要不停地进行搅拌;②必须严格控制用水量,否则多加的水全部泌出,容易造成管道顶端出现空隙;③对未及时使用而降低了流动性的水泥浆严禁采用增加水的办法来增加灰浆的流动性;④拌合水泥浆的水温不能超过7℃,必要时采用冰块投入水中。

(5)灌浆:将灰浆加到灌浆泵中,在灌浆泵的高压橡胶管出口打出浆体,待这些浆体浓度与灌浆泵中的浓度一样时,关掉灌浆泵,将高压橡胶管接到孔道的灌浆管上,扎牢。关掉灌浆阀,打开真空阀、出浆端阀门,启动真空泵抽真空,使真空度达-0.08~-0.1MPa并保持稳定,启动灌浆泵,打开灌浆阀,开始灌浆,当浆体经过空气过滤器时,关掉真空泵及真空阀,打开排气阀。观察排气管的出浆情况,检查所压出水泥浆稠度,直至稠度与灌入的浆体相当时及流动顺畅后,关闭排气阀和出浆端阀门,灌浆泵继续工作,在大于或等于0.7MPa下,持压2~3min。关闭灌浆泵及灌浆端阀们,完成灌浆。拆卸外接管路、附件,清洗空气滤清器及沾有灰浆的设备。按3N4→2N3→2N2→2N1的顺序依次灌浆。

(6)注意事项:①严格掌握材料配合比,误差不能超过1%。②灰浆进入灌浆泵之前应通过1.2mm的筛子。③真空泵应低于整条管道,启动时先将连接的真空泵的水阀打开,然后开泵;关泵时先开水阀,后停泵。④灌浆工作宜在灰浆流动性下降前的30~45min内进行,孔道一次灌浆要连续。

【应用实例2】

岭澳核电站预应力灌浆用EPS-P型灌浆剂配制水泥浆

一、缓凝水泥浆用原材料

(一)水泥

要求用硅酸盐水泥,氯离子含量小于或等于0.02%,不含硫化物中的硫离子,并无假凝现象,而且要进行硝酸盐含量的分析。通过试验选用广州水泥厂产P·Ⅱ 42.5水泥。

(二)外加剂

外加剂中不得含有氯化物的氯离子和不含有硫化物的硫离子,还要进行硝酸盐含量的分析。

(三)拌合水(包括冰)

拌合水(包括冰)除氯离子的含量小于或等于250mg/L和其他有害物质含量应符合混凝土用拌合水的规定外,对硝酸盐的含量也要进行分析。

二、缓凝水泥浆的性能试验及分析

(一)试验方法

本试验的流动度及其随时间的变化、泌水、膨胀率、孔隙率、毛细吸水的测定均按法国试验方法进行;凝结时间和机械强度试验按中国水泥的有关试验方法进行,收缩亦按中国砂浆的收缩试验方法进行。

(二)缓凝水泥浆配合比的初步试验

考虑本工程在环境温度5~35℃、浆体出机温度15~35℃下的可施工性,采用将水与外加剂先拌合再加入水泥拌合5min的相同工艺,对外加剂的同一个掺量与多个水灰比及一个水灰比与外加剂多个掺量进行了出机温度为5℃,20℃,35℃,三种浆体分别存放在5℃,20℃和35℃三种环境温度中的流动度随时间的变化和泌水率的交叉对比试验。试验数据见表4,分析于下。

(1)同一配合比浆体存放环境温度相同时,凝结时间随浆体出机温度的提高而延长,浆体出机温度相同时,凝结时间随存放环境温度的提高而缩短。

(2)同一配合比浆体的泌水率也受浆体出机温度和存放环境温度影响。浆体出机温度相同时,3h的泌水率随存放环境温度的提高而减小;在存放环境温度相同时,3h的泌水率随出机温度的提高而增大。

(3)同一配合比浆体的出机流动度随出机温度的提高而变小。10h的流动度与出机流动度差值和存放的环境温度与出机温度相关,其随环境温度的提高而变小,而随出机温度的提高而变大。

(4)在试验室小批量缓凝浆体试验中发现,浆体温度在出机6h左右基本与环境温度相近;当环境温度低于30℃时,浆体10h的温度总是高于环境温度1~3℃。此种外加剂的某掺量和某水灰比的配合比的缓凝浆体,只适合于出机温度和环境温度为某一区间的特定情况下的施工。所以岭澳核电站由试验中筛选出适用于大气温度为5~35℃、浆体出机温度为小于或等于15~35℃。其外加剂掺量和水灰比均不相同。出机温度为20℃存放于20℃环境(按技术规格书规定)的性能见表5

(三)缓凝水泥浆配合比的可行性试验

本试验的目的是在现场检查用初步试验所规定的搅拌程序和确定的配合比按现场生产设施大批量生产的浆体,是否符合初步试验中所得出的合格标准,如有必要,便对配合比进行适当的修正。现场所用搅拌机为螺旋式搅拌机,搅拌功率7.5kW,叶片转速1500r/min,容量为0.36m。按现场当时的环境温度只能对EPS-P配合比进行试验,结果令人满意,缓凝水泥浆的性能良好,可行性试验与初步试验结果相吻合,见表5。

三、全比例模拟孔道灌浆试验

为检验已通过可行性试验的缓凝水泥浆是否适合于安全壳预应力水平管、穹顶管和竖向管的填充,各选择灌浆难度最大的管道进行1∶1模拟灌浆试验。水平管及穹顶管各两根在专门搭设的平台上进行,均为ф101.6mm×2mm钢管内穿19T16钢绞线,装有承压板和灌浆帽,但不张拉。水平管长125.6m,穹顶管长46m。竖向管为139.7mm×2.9mm,穿入36T16钢绞线,装有承压板和灌浆帽,但不张拉。竖向管长为ф46.9m并通过特制的三角架固定在安全壳的扶壁柱一侧。水平管的灌浆方向从最接近拱起端向另一端进行,穹顶管从一端到另一端,竖向管由下往上,灌浆泵采用法国产PH125泵,最大压力11MPa,泵量143m/h,浆体流动度要求进浆口和出浆口均为9~14s。竖向管的上端装有重力罐,进行重力自动补浆。

试验过程中环境温度最低为22.2℃,最高到30℃,进浆口的浆体温度最低为20.7℃,最高达29.9℃,浆体的流动度为9.5~12.5s。试验比较顺利,从按规定所锯的截面和所开的窗口观察浆体填充密实,符合技术规格书的要求。

四、预应力灌浆用缓凝浆施工实践

岭澳核电站1号反应堆安全壳预应力孔道共556根,一次灌浆均用缓凝水泥浆,共用289.9m,没有报废过一次,灌浆速度快、顺利。本工程预应力于1999年10月26日开始至2000年4月29日施工完毕,施工期间环境温度最高达30.5℃,最低11℃。施工时的浆体温度最低为9.9℃,最高达31℃;流动度最小9.5s,最大11.7s,均在控制范围内。

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