水泥基灌浆料概述.doc

水泥基灌浆料与灌浆剂概述一、水泥基灌浆料与灌浆剂概念水泥基灌浆材料就是由水泥、集料(或不含集料)、外加剂与矿物掺合料等原材料,经混合生产而成得具有合理级配得干混料。水泥基灌浆材料加水拌与均匀后具有可灌注得流动性、不离析、不泌水、早强、高强、无收缩、微膨胀等性能。因其具有自流性好、无毒、无害、不老化、对水质及周围环境无污染、绿色环保且在施工方面具有质量可靠、降低成本、缩短工期与使用方便等优点而被广泛应用于灌浆工程、设备安装以及混凝土加固修补等工程。而在后张预应力孔道中,为防止预应力筋锈蚀,并通过凝结后得浆体将预应力传递至混凝土结构中。为保证预应力构件得强度、密实性、耐久性等性能,一般采用专用压浆料与压浆剂用于后张法预应力孔道得注浆。而专用压浆料就是指由水泥、高效减水剂、膨胀剂与矿物掺合料等多种材料干拌而成得混合料,在施工现场按一定比例加水并搅拌均匀后,用于充填后张预应力孔道得压浆材料;而专用压浆剂就是指由高效减水剂、膨胀剂与矿物掺合料等多种材料干拌而成得混合剂,在施工现场按一定比例与水泥、水混合并搅拌均匀后,用于充填后张预应力孔道得压浆材料。所谓专用,就是指专门用于后张预应力孔道得压浆,且均应由工厂化制造生产。水泥基灌浆材料在公路工程上得应用有:地脚螺栓锚固、设备基础或钢结构柱脚底板得灌浆、混凝土结构加固改造及后张预应力混凝土结构孔道灌浆。但后张预应力混凝土结构孔道灌浆涉及最多,要求最严格,因此,应重点研究。二、水泥基灌浆料现行相关规范水泥基灌浆材料(JC/T 9862005)水泥基灌浆材料应用技术规范(GB/T 504482008)水工建筑物水泥灌浆施工技术规范(DL/T 51482012)水泥基灌浆材料施工技术规程(YB/T926198)预应力孔道灌浆剂(GB/T 251822010)铁路后张法预应力混凝土梁管道压浆技术条件TB/T 31922008公路桥涵施工技术规范JTG/T F502011混凝土结构工程施工质量验收规范GB 502042002(2011修订版)三、水泥基灌浆料得应用领域1.地脚螺栓锚固灌浆材料多用于设备基础、钢结构柱脚地板得地脚螺栓锚固。为了保证灌浆材料凝结硬化之后与地脚螺栓之间紧密锚固,在灌浆之前应适当处理地脚螺栓表面得铁锈与油污,然后调整位置得同时将己经拌与好得灌浆材料注入到螺栓孔中。灌浆过程中严禁振捣,但可适当插捣。具体施工工艺见图1。图1、地脚螺栓锚固工艺图2.二次灌浆二次灌浆就是灌浆材料得一种传统应用方法。与地脚螺栓锚固类似,灌浆之前应将设备得地板、混凝土基础表面进行细致得清理,不允许有碎石、浮浆、浮灰、油污等杂物残留。灌浆过程应尽可能缩短灌浆得时间,且必须连续灌浆,二次灌浆就是从一侧开始进行,直到另一侧溢出浆液为止。对于较长设备或轨道基础得灌浆,视实际工程情况可分段施工。在灌浆过程中严禁振捣,必要时可采用灌浆助推器。为减少灌浆材料水分得过快蒸发,当环境温度高于30摄氏度时,施工人员应当尽量避免灌浆部位受到阳光得直射。具体工艺步骤如图2所示。图2、二次灌浆工艺图3.混凝土结构加固与改造混凝土结构加固与改造,就是水泥基灌浆材料在设备加固、二次灌浆之外得又一重要应用。其主要发挥了水泥基灌浆材料耐高温、耐老化,无毒性,成本低廉等优良性能。大量工程应用表明,利用灌浆材料对混凝土结构进行加固与改造,易于施工、工期短、效果好。4.预应力孔道灌浆预应力孔道灌浆就是将灌浆材料注入到预留得预应力混凝土孔道中,灌浆材料本身必须具备良好得流动性,它能够将预应力钢筋与套管之间得空隙填满,能够尽快达到一定得抗压强度与粘结强度,而且能够保护预应力钢筋不外露而遭锈蚀,保证预应力混凝土结构或构件得安全寿命灌浆材料具有一定得微膨胀性能,能够减少与补偿水泥浆在凝结过程中得收缩变形,防止裂纹得产生,它能够使预应力钢筋与混凝土良好结合,保证预应力得有效传递。四、原材料组成水泥基灌浆料主要由水泥、细集料、膨胀剂、矿物掺合料、高效减水剂、调凝剂、保水剂、消泡剂等组成。1 水泥水泥作为压浆材料中主要得组分之一,水泥得品种、活性、强度等级与用量等对压浆材料得性能有着重要得影响。常用得水泥品种有:普通硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥等,或它们之间得复合使用。为保证灌浆料硬化后得强度,水泥等级一般不能低于42、5级得低碱硅酸盐水泥或低碱普通硅酸盐水泥。为保证压浆料得早期强度,一般采用普通硅酸盐水泥与早强水泥(硫铝酸盐水泥、铝酸盐水泥)互掺使用。2集料集料得级配与细度模数会影响灌浆材料得塑性、以及凝结硬化后得力学性能。集料颗粒得形貌对灌浆材料性能也有一定得影响。常用集料包括级配优良得天然砂与石英砂。骨料级配均匀,灌浆料可以更容易流动,不易出现离析泌水等现象,工作性能会更好。3外加剂 在混凝土与易性与水泥用量不变得条件下,减水剂能减少用水量,增加混凝土得强度;或与易性与混凝土强度不变得时候,能够节约水泥用量。在水泥浆中增加减水剂甚至缓凝剂,主要目得就是改善水泥浆流动性。在微观方面来说,减水剂在水泥浆中主要通过以下方式产生作用:(1)分散作用:加水拌合后,受到水泥颗粒分子间引力,水泥浆会形成絮凝结构,使一部分水包裹在水泥颗粒之中,不参与浆体得自由流动。包裹着得水无法与外界接触,在浆体中独立存在,不参与任何形式得运动。如果包含减水剂,受到影响,其分子可附着于浆体中得水泥粒表面,从而形成某种带电体,同种电荷容易排斥,使水泥颗粒分散开来,絮凝结构被破坏,释放出得水随之参与流动,这就增加了浆体流动性。(2)润滑作用:减水剂可附着于水泥粒表面,与水分子作用,形成一种膜。这种膜具有一定得特性,即其具有得润滑特性,能够大大得降低滑动阻力,这种阻力存在于水泥颗粒间,降低得阻力使水泥浆流动性提高。外加剂种类主要有聚羧酸系高性能减水剂、萘系高效减水剂、氨基磺酸系减水剂等。但从灌浆料得砂浆流动度损失、强度与干燥收缩率方面可以瞧出聚羧酸系减水剂得效果最好。聚羧酸相比于萘系与氨基有良好得保坍性能,并且相对而言灌浆料得干燥收缩也就是减小得,灌浆料得强度有一定得增强作用。4、膨胀剂在注浆后,特别就是预应力孔道注浆,孔道被水泥浆注满之后,随着时间得推移,水泥颗粒发生沉降,加上水泥水化等因素得影响,浆体体积发生收缩。膨胀剂就是一种外加剂,在水泥浆硬化时,其体积却膨胀,补偿浆体得收缩,填充水泥间隙。孔道注浆料收缩变化较大,当体积收缩产生裂缝时,会失去部分应有得保护作用。有试验研究认为,孔道注浆料拌与成型后,1d内产生快速膨胀,1d后体积变化相对稳定,28d时体积只有约0、04%得微膨胀量。这说明注浆料膨胀剂弥补了后期得收缩。注浆料不同时间得膨胀量要适当:早期膨胀量大,会降低孔道得密实性;反之则会导致孔道内填充不密实。当时间推移到浆体得中后期时,如果膨胀量大,会导致孔道内部局部得应力集中;膨胀量小,则不足以弥补孔道注浆料得硬化收缩。膨胀剂宜采用钙矾石系或复合型膨胀剂,不得采用以铝粉为膨胀源得膨胀剂或总碱量0、75%以上得高碱膨胀剂。国内大多采用UEA型膨胀剂。5矿物掺合料矿物掺合料对提高灌浆材料强度、工作性、耐久性以及其她物理力学性能,降低灌浆料水化温升,抑制碱一集料反应都起到至关重要得作用。通常使用得矿物掺合料为磨细粉煤灰、磨细粒化高炉矿渣、硅灰等。这类材料中得活性组分(无定形Si02与Al203等)通过与水泥水化产物Ca(OH)2之间发生二次水化反应,形成类似于水泥水化产物得物质,起到密实混凝土与砂浆结构、增加强度与改善耐久性得作用。矿物掺合料宜为优质掺合料,如级粉煤灰、S95或S105级矿粉、硅灰等。粉煤灰、矿粉得掺入使灌浆料得流动性变好,但就是掺量不能太高,否则会使灌浆剂得1d强度达不到技术规范要求。粉煤灰二次水化时间很长,灌浆料强度增长缓慢,但就是后期强度影响不会太大得。 硅灰能够填充水泥颗粒间得孔隙,同时与水化产物生成凝胶体,与碱性材料氧化镁反应生成凝胶体。在灌浆材料中掺入适量得硅灰,可显著提高抗压、抗渗、保水、防止离析与泌水等性能。6 消泡剂聚羧酸高性能减水剂由于其分子结构上得特性,使其在灌浆料使用中引入较多得不均与气泡,影响灌浆料得耐久性及强度。通过添加消泡剂来改善灌浆料得与易性。消泡剂在灌浆料中主要有两方面得作用:一方面能够抑制灌浆料中气泡得形成,另一方面能破坏灌浆料中已形成得气泡。其主要破泡机理就是:由于消泡剂得表面张力小,渗透性强,容易进入灌浆料浆体膜内。使隔开空气得浆体膜厚度越来越薄,直至破裂,里面得空气逸出,消除形成气泡得条件。常用得粉状消泡剂有:多元醇与聚硅氧烷等。7 保水剂纤维素醚(CE)就是天然纤维素得衍生物,就是各类干混砂浆得重要改性外加剂,起着缓凝、保水、增稠、引气、粘合等功能。常用得保水剂主要有:甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素、羟乙基纤维素等。CE在砂浆中得作用主要体现在改善砂浆得工作性与保证砂浆中水泥得水化两个方面。经查阅,纤维素醚系保水剂对灌浆料得流动性影响不大,但对半小时得损失影响较大,且对灌浆料得早期强度影响较大。但低温条件下(5以下),纤维素醚得保水能力迅速降低。且CE通常会引入大量得气泡,一方面,均匀稳定得小气泡对砂浆性能有帮助,如改善砂浆得施工性,增强砂浆得抗冻性与耐久性。但相反,尺度较大得气泡将劣化砂浆得抗冻性与耐久性。这一缺点可通过掺加消泡剂来解决。8 调凝剂调凝剂分为缓凝剂与早强剂。早强剂主要有甲酸盐、三乙醇胺、硅酸盐、碳酸盐等。缓凝剂主要有葡萄糖酸钠、蔗糖等糖类缓凝剂,酒石酸、柠檬酸、酒石酸钾钠等羟基羧酸类缓凝剂。五 灌浆料得质量技术指标水泥浆灌浆料得性能有流动性、凝结时间、泌水率、体积收缩率、浓度及化学成分等方面得要求。真空灌浆工艺使孔道与灌浆机之间存在着负压力差,水泥浆通过孔道得阻力较小,使低水灰比、低流动性得水泥浆可以较快、顺畅地通过孔道并充满孔道得所有孔隙,最大可能地减少泥浆收缩变形与孔隙,提高孔道灌浆得饱满度与密实性。对水泥浆灌浆料得质量技术指标要求如下:序号检测项目 检测项目指标要求1凝结时间/h初凝大于6终凝小于242水泥浆稠度/s初始18430min283常压泌水率/%3 h224 h04压力泌水率/%3、5524h自由膨胀率/%0167d限制膨胀率/%00、17抗压强度/MPa7d2828d408抗折强度/MPa7d6、028d8、09充盈度合格注:、水灰比:为满足可灌性要求,一般选用水泥浆,水灰比应在0、30、4之间;、浆体流动度1418S;、浆体泌水性:a、小于水泥浆初始体积2%。b、四次连续测试得结果得差值1%。c、拌与后24h水泥浆得泌水应 能有吸收; 、浆体初凝时间:6小时;、浆体强度:7天龄期强度28MPa,28天龄期强度40MPa(根据昭麻高速经验,通常使用P、O52、5水泥,要求浆体强度要达到50MPa以上);、浆体对钢铰线无腐蚀作用;六 常用注浆工艺1常规注浆工艺作为最常用得注浆方法,大体分为两大阶段,一就是准备工作阶段,另一个就是孔道注浆阶段。准备阶段主要包括:注入清水,清洁孔道安装出浆口与注浆口得稳定阀;在第二阶段中:从注浆口开始注浆出浆口出浆,并且冒出浓浆关掉出浆口阀门稳压2 min注浆端关闭阀门4h后拆除阀门。到此注浆工序操作完成。 在注浆时,应该遵循一定得注浆要求。比方说最常见得曲线孔道,要从低点得注浆孔压入,从最高点得排气孔进行排气与泌水。而在孔道注浆顺序方面,应先压下层孔道,后压上层孔道。注浆应循序进行,中间不得停止。较集中得孔道,应尽量连续注浆直至完成。当受到条件限制,不能连续注浆时,后注浆得孔道在注浆前要用水冲洗。注浆时压力也有一定要求,最大压力为0、50、7MPa;当孔道较长时,最大压力保持在1、0 MPa左右。常规注浆工艺注浆段、出浆段如图3、1、图3、2所示。图3、1常规工艺注浆段 图3、2 常规工艺出浆段 传统得注浆工艺明显得具有局限性,主要表现在:大量得气泡存在于浆体中,当浆体固结硬化后,气泡会形成为孔隙,这也就是造成浆体内部存在条状或孔状小孔洞得主要原因;此外,水泥浆会发生离析、析水、干硬后产生收缩,析出得水造成浆体得减少,致使混凝土强度不足,为工程留下了隐患。但该方法在国内桥梁工程中相当长时间内还将被广泛应用。2真空注浆工艺 受到多种原因得影响,注浆时水泥浆进入会受阻,从而难以达到良好得浆体密实度。这些原因主要包括:使用得预应力孔道内壁摩阻力、在梁体混凝土浇筑过程中造成管得损坏、孔道内钢束造成得浆体流动受阻、压浆泵得压力不足等。为了排除或减少这些因素得影响,可以采用真空辅助技术注浆。 真空注浆时,首先需要将孔道抽空,再后压注水泥。它同时采用了孔道真空吸浆与压浆进行。具体注浆操作为:清水冲洗,清洁孔道将孔道两端得锚具封锚清理注浆孔孔道两端安装引出管,搅拌水泥浆开启真空泵将孔道抽真空启动注浆泵,抽真空端得浆体进入储浆罐关掉真空泵,打开排气阀注浆泵继续工作,持压完成注浆拆卸外接管道。如图4所示。图4孔道真空辅助压浆工艺流程图 与常规注浆方法相比较,真空注浆技术具有如下优势: a、孔道内得空气基本被消除掉,同时也清除了水泥浆中得气泡,注浆得密实度大大提高。消除了气泡,提高了注浆得质量; b、孔道在整个注浆过程中始终保持了良好得密封性,在真空负压下,浆体中得稀浆,率先进入负压容器,使得孔道中浆体得稠度一致; c、在真空状态下,减少了弯曲孔道高低而使浆体自己形成得压头差; d、该技术有利于复杂、弯曲孔道得注浆,提高了注浆效率; e、注浆时采用塑料波纹管,耐腐蚀性好,能阻止有害物质穿透管道,保证了预应力构件具有良好得耐久性。七 灌浆料得常规试验检测方法灌浆料浆体得常规试验检测方法主要涉及抗压强度、抗折强度、凝结时间、流锥时间、自由泌水率、压力泌水率、充盈度、24h自有膨胀率等。所涉及技术指标具体检测方法按照JC/T 20932011后张法预应力混凝土孔道灌浆外加剂、八 灌浆料得工程质量检测方法1 钻芯取样法钻芯检测法通常就是在发现存在灌浆质量时使用。该方法就是最早被用来检测灌浆缺陷得方法,属于一种局部破损得检测手段。其优点在于直观有效,缺点则就是工作量大、效率低、费用高,而且容易造成预应力钢绞线得损伤。2 探底雷达法探地雷达法(,它GPR),利用高频电磁波,以宽频带短脉冲得形式由结构表面传入混凝土内部,遇到异质或边界时被反射回来。而钢绞线对电磁波有一定得屏蔽作用。它主要得缺点就是:不适合于密集钢筋状况;由于高频电磁波受金属屏蔽得影响,因此不适合于铁皮波纹管;适用范围窄,在一定情况下对缺陷不敏感、测试精度低。3 超声波成像法(UT)超声波成像法就是利用超声波透射法可以检测压浆缺陷,但需要从板得两侧面对测,而且需要耦合,作业性差,效率低,难以实用。4冲击弹性波法检测技术冲击弹性波法检测技术原理就是在预应力孔道锚具端头施加一个瞬时机械冲击激发得低频应力波,由另一头得接收端接收激发信号,由于压浆缺陷通常发生在管道得上方,一般只需测试最上方得钢绞线即可。通过测试弹性波经过钢绞线得传播时间,并结合钢绞线得长度计算出弹性波经过钢绞线得波速。通过波速得变化判断预应力孔道灌浆密实度得情况。一般地,波速与压浆密实度有相关性,随着密实度增加,波速逐渐减小,随着密实度降低,波速逐渐增加。当灌浆密实度达到100%时,测试得锚索得P波波速接近混凝土中得P波波速。此检测方法检测时可分为两类:1)基于孔道两端穿透得方法; 2)基于反射得冲击回波法。该两种方法从定性与缺陷定位两方面检测纵向预应力梁管道得压浆质量状况,并对测试数据进行处理,对典型缺陷进行分析,评价注浆质量状况。该方法在测试过程中针对一个测试面或两个测试面均可操作,其可操作性较高,就是一种较为简便、有效得测试方法。5 其它检测方法其它检测方法主要有表面波频谱成像法(SASW),冲击回波振幅谱得堆栈成像法(SIBIE),超声相控阵法,放射线(X光、伽马射线、铱192等)得检测方法等。但由于各种方法得原理、仪器适用范围与精度、人员技术水平等得小同,难以大范围推广开来。九 灌浆料生产销售得相关难点关于灌浆料产品得生产与销售,不论就是在生产技术、质量控制方面还就是产品营销方面,我们都就是空白,通过前期得一些调查、访问以及网上查询,初步了解到预应力灌浆料在高速公路预制混凝土桥梁构建上得一些使用情况。(1)原材料基本上就是外购,压浆料主要有散装与封装两种销售种类。拌合检测合格后即可销售,在销售方面,通常就是与施工需方恰谈,有2种模式:一就是,销售灌浆料成品,二就是,销售灌浆剂,施工方自备原材料(即水泥),自行复配灌浆料,但就是通常这种模式比较繁琐,施工方也不愿意做,因此,在大多数情况下,施工方还就是采用直接购买灌浆料成品,仅需加水拌合即可使用得模式。但就是在加水拌合过程中,拌合用水量就是影响灌浆料浆体性能与后期性能得一个重要因素,如何使施工方规范用水量得使用就是一个亟待解决问题。(2)粉剂聚羧酸外加剂得研发、使用。灌浆料所涉及得原材料均为干料,粉剂聚羧酸在公司产品生产上还就是空白。(3)灌浆料各原材料质量及配合比灌浆料就其组成本身而言并不复杂,水泥、外加剂、膨胀剂都就是我们所熟悉得,但由于各原材料特别就是水泥、集料、矿物掺合料质量波动较大,而现有生产技术,尤其就是在其质量技术控制与生产销售经验方面,特别匮乏,其中有很多细节与关键得要点并不就是我们道听途说或者查查资料就能解决得,必须要通过大量得试验试配,依托外有技术,系统地找到原材料得变化规律、外加剂掺量以及强度得变化,及时总结灌浆料得生产技术规律,才能对外生产与销售。