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沈陽盛鑫源建材有限公司管道壓漿劑初始流動性研究
發(fā)布時間：
2023-01-04 16:15
沈陽盛鑫源建材有限公司管道壓漿劑初始流動性研究
后張法預(yù)應(yīng)力管道壓漿劑初始流動性是水泥壓漿工作性能的一個極為重要的指標，水泥壓漿液流動性的好壞在一定意義上決定著壓漿質(zhì)量的好壞，而管道壓漿質(zhì)量的好壞直接決定著預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的安全性、可靠性與耐久性。因此，管道壓漿作為后張法預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)施工工藝中極為重要的一個環(huán)節(jié)，越來越受到國內(nèi)外學(xué)者和橋梁工程界人員的關(guān)注，本文依托《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》中的管道壓漿工序，對水泥壓漿液的初始流動性進行了研究。
預(yù)應(yīng)力管道壓漿料是由水泥、壓漿劑（由高性能減水劑、微膨脹劑、礦物摻合料、功能助劑等組成）和水按一定摻配比例組成的一種具有超流動、微膨脹性、高穩(wěn)定性、高耐久性、早強高強的無骨料膠凝材料，由于從水泥漿液拌制完成到壓入預(yù)應(yīng)力管道都需要一定的時間，且在壓漿的過程中壓漿機要保持壓力在一定的范圍（通常為0.3~1.0MPa）之內(nèi)，如果漿液的流動性不好，勢必會增加施工的難度，壓入管道的漿液也極易因為漿液的阻塞而出現(xiàn)孔隙，給結(jié)構(gòu)留下隱患。目前，我國的公路正處于大建設(shè)的時期，各地的氣候條件和施工條件差別較大，對于《JTG/T F50-2011》中規(guī)定的5~40℃的施工溫度從下限到上限漿液的流動性也是有較大差別的，且再加上在施工過程中各地材料的選取各不相同和施工方法復(fù)雜多變及其它一些外因素的影響，往往很難保證水泥漿液的流動性，直接導(dǎo)致了壓漿施工的壓漿不密實、空隙多和施工困難等一系列問題。下面就從對水泥漿液流動性影響大的主要3個方面來進行討論。
1、沈陽混凝土原材料及配合比對漿液初始流動性的影響
原材料及不同配合比對漿液性能的影響是決定性的，優(yōu)質(zhì)的水泥、專用壓漿劑、合格的施工用水及正確的配合比是壓漿質(zhì)量保證的先決條件。本試驗根據(jù)本公司混凝土試驗室現(xiàn)有的材料中選取冀東P.O42.5級、竣凱P.O42.5級、工源P.O42.5級3種水泥；選取本公司自主研發(fā)的預(yù)應(yīng)力管道壓漿劑；選取JTG/T F50-2011規(guī)定的0.26、0.27、0.28的3種不同水膠比來進行正交試驗。
依據(jù)上面的正交試驗設(shè)計，在試驗室條件下（試驗室溫度20±2℃，相對濕度≥50%）進行標準漿液流動度試驗，試驗中所用儀器均為規(guī)范規(guī)定的標準儀器，其中流動度測試儀用1725mL的試驗室用水標定時流動度為8.15s，在JTG/T F50-2011規(guī)定的8.0±0.2s的范圍之內(nèi)。試驗中每次測試流動度時所加漿液均在用水標定的刻度線上，試驗結(jié)果如下表1-3。
從試驗的結(jié)果可以看出，9種不同的配合比在試驗室條件下其初始流動度都滿足規(guī)范的要求，最大的初始流動度為16s，最小的為17.8s。用運方差分析的方法對以上正交試驗結(jié)果進行分析可知：
（1）水泥品種對水泥壓漿液初始流動度有著較為顯著的影響，其中冀東水泥的壓漿液初始流動度相對其他兩種品牌水泥壓漿液較大，相對壓漿劑的適應(yīng)性較好。
（2）水膠比對水泥壓漿液初始流動度的影響顯然是比較大的。從0.26到0.28其初始流動性都在不斷增大，這可以從直觀上進行理解，水膠比越大，漿液越‘稀’，流動性越強。
根據(jù)方差分析及綜合各方面的考慮，確定在本研究中用水泥（冀東）：壓漿劑（盛鑫源）：水=2.7：0.3：0.84為最佳配合比來進行試驗研究。
2、沈陽混凝土溫濕度對漿液初始流動性的影響
管道壓漿液在拌合之后之所以能逐漸凝結(jié)和硬化，直到獲得最終的強度，是因為水泥水化作用的結(jié)果。水泥的水化作用的快慢除了與壓漿液自身的材料組成及配合比有關(guān)外，還與外界溫度的變化有相當大的關(guān)系，當溫度上升時，水化作用的速度加快；當溫度下降時，水化作用的速度減緩，一旦溫度降到0℃時，漿液中的一部分水開始結(jié)冰，參與水化作用的液態(tài)水減少，而一旦當溫度降低到漿液里面的液態(tài)水完全變成固態(tài)時，水化作用基本上停止，相應(yīng)的強度就不再增長。
不同溫度下的水泥水化作用過程在很大程度上影響著以水泥為基材的漿液的流動性以及流動保持性，所以溫度對水泥水化作用的影響可能會影響孔道壓漿液的初始流動性。由于預(yù)應(yīng)力孔道壓漿液是由水泥和壓漿劑（粉煤灰、膨脹劑、減水劑、外摻料等）及水混合而成的漿液，其流動性和流動保持性是一個很重要的工作指標，按照上一章確定的最佳配合比作漿液在0℃、10℃、20℃及40℃的流動性保持試驗，研究溫度對孔道壓漿液流動性的具體影響。
試驗時，按照前面試驗確定的配比水泥（冀東）：壓漿劑（盛鑫源）：水=2.7：0.3：0.84將試驗原材料和儀器放入溫度可調(diào)的試驗箱里放置24h，然后將稱量好的材料連同儀器一同拿出在試驗室條件（20±2℃，濕度＞50%）及轉(zhuǎn)速為1400r/min下進行試驗，從攪拌到測試的整個過程在4min鐘內(nèi)完成，且每次試驗后的壓漿液不重復(fù)使用，結(jié)果如下表2-1。為了更直觀的觀察溫度對壓漿液流動性以及流動保持性的影響，將上表中的數(shù)據(jù)作成曲線圖來進行分析研究，見下圖2.1：
由上圖可以看出，隨著溫度的升高壓漿液的初始流動度呈現(xiàn)上升趨勢，且在0℃~20℃之間流動度的變化比20℃~40℃之間的變化要大。從流變力學(xué)角度出發(fā)，決定壓漿液流動性的主要參數(shù)是漿體的屈服應(yīng)力，屈服應(yīng)力和體系黏性變形中顆粒間的摩擦阻力有關(guān)，溫度升高摩擦阻力減小流動性增加；溫度降低摩擦阻力增大流動性降低。
由于濕度對漿液性能的影響主要是在制成試件后收縮和強度形成過程中，在試驗室條件下濕度對初始流動度的影響微乎其微，故在此不做詳細討論。
3、沈陽混凝土攪拌機轉(zhuǎn)速對水泥漿液初始流動性的影響
用于預(yù)應(yīng)力管道壓漿劑攪拌的攪拌機轉(zhuǎn)速對漿液初始流動度的影響是巨大的，正是由于在短時間內(nèi)攪拌機的高速旋轉(zhuǎn)，才使得水泥漿液在短時間內(nèi)能混合均勻、發(fā)生各種材料間的化學(xué)反應(yīng)才使得該種混合液具有一定的彈性、韌性及流動性。根據(jù)規(guī)范壓漿用攪拌機轉(zhuǎn)速不得低于1000r/min且線速度控制在10~20m/s。那么攪拌機轉(zhuǎn)速對水泥漿液初始流動性究竟是如何影響的？本試驗就攪拌機轉(zhuǎn)速從較慢的膠砂攪拌機轉(zhuǎn)速（70r/min）開始逐漸提高，來研究轉(zhuǎn)速對漿液初始流動性的具體影響
選取水泥（冀東）：壓漿劑（盛鑫源）：水=2.7：0.3：0.84的配合比在試驗室條件下（試驗室溫度20±2℃，相對濕度≥50%）來進行標準試驗，具體的試驗數(shù)據(jù)如下表3-1。
為了直觀起見，將以上數(shù)據(jù)做成柱狀來進行分析研究，如下圖3.1。從柱狀圖中可以直觀的看出，預(yù)應(yīng)力管道壓漿劑用攪拌機轉(zhuǎn)速對新拌漿液的初始流動度的影響是巨大的，當轉(zhuǎn)速從70~2000r/min增加的過程中，水泥漿液初始流動度反映在柱狀圖上的變化是迅速的；當轉(zhuǎn)速由2000r/min繼續(xù)增加時，其初始流動度基本沒有大的變化。究其原因主要表現(xiàn)在：
（1）從宏觀上講，在攪拌機轉(zhuǎn)速在70~2000r/min的范圍內(nèi)增加時，攪拌機的高速旋轉(zhuǎn)使得混合料各組分之間的的結(jié)合越充分，其化學(xué)反應(yīng)程度也相應(yīng)的增加，有利于原材料性能的充分發(fā)揮表現(xiàn)在其流動性逐漸增加。
（2）從微觀上講，隨著轉(zhuǎn)速在微觀上在70~2000r/min范圍內(nèi)增加時，攪拌機葉輪對凝膠性質(zhì)的漿液的機械剪切越來越大，破壞了原來凝膠材料的黏結(jié)形式，減小了漿液內(nèi)部粒子間的相互吸引力。轉(zhuǎn)速越高，表現(xiàn)越明顯，流動性也就越來越明顯。
（3）當攪拌機轉(zhuǎn)速逐漸增加時，對容器內(nèi)漿液的攪拌增強，漿液整體的移動增強，根據(jù)流體力學(xué)的知識可知漿體必然發(fā)熱，當轉(zhuǎn)速越來越高時其產(chǎn)生的熱量越來越多，根據(jù)前面得出的結(jié)論，其流動性也必然增加。
（4）在攪拌機轉(zhuǎn)速達到2000r/min以后，上面所有的作用在該條件下基本上已經(jīng)達到了極限狀況，再增加攪拌機轉(zhuǎn)速其初始流動性也不會再有大的變化。
管道壓漿劑的初始流動度是水泥漿液性能的一個重要指標，保證其在各種環(huán)境及條件下的流動性對于預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)來說意義重大。
4、沈陽混凝土結(jié)論
（1）用于管道壓漿的壓漿液（主要指水泥與壓漿劑）的配合比對水泥漿液的初始流動性的影響是決定性的。要保證水泥漿液的初始流動性就首先要保證水泥的質(zhì)量（須42.5級以上）和專用壓漿劑的質(zhì)量，這是影響工程施工中漿液流動性能的最主要因素。在配合比的調(diào)整過程中要保證水膠比在0.28以下，以免為了保證流動性而給水泥漿液別的性能造成影響。
（2）溫度對漿液性能的影響表現(xiàn)在在一定的溫度（0~40℃）范圍內(nèi)，隨溫度的增加其流動性增強。在0℃由于漿液中的部分水結(jié)冰，水泥的水化作用及化學(xué)反應(yīng)明顯下降，流動性大受影響。在溫度逐漸上升的過程中，流動性在0~20℃間的變化比20~40℃間的變化要大，在管道壓漿施工中要確保環(huán)境及漿液的溫度，保證水泥漿液的流動性。
（3）轉(zhuǎn)速對水泥漿液初始流動度的影響具體表現(xiàn)在在一定的環(huán)境條件下當攪拌機轉(zhuǎn)速從70~2000r/min增加時，水泥漿液的初始流動性逐漸增強；當轉(zhuǎn)速達到2000r/min后，水泥漿液的初始流動性基本趨于穩(wěn)定，不會再有較大的變化。
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