金港高速用石灰石粉基预应力孔道压浆料的制备及性能研究.pdf

采用束埔寨境内水泥、不同粒径的石灰石粉及化学外加剂，配制出了性能满足标准JTG/T3650一2 0 2 0 公路桥涵施工技术规范要求的公路用预应力孔道压浆料。研究了石灰石粉粒径与掺量对压浆料的流动度、泌水率、压力泌水率、自由膨胀率、抗压及抗折强度、抗氯离子渗透性能及抗硫酸盐侵蚀性能的影响。结果表明，石灰石粉的掺人可显著降低压浆料的流动度，提高抗压强度，但会导致压浆料压力泌水率的增加，石灰石粉对压浆料的抗硫酸盐侵蚀性能和抗氯离子渗透性能也有一定的改善作用。总体而言，石灰石粉平均粒径为18 m，掺量为15%时，压浆料的各项性能相对最优。关键词：压浆料；石灰石粉；粒径与掺量；抗氯离子渗透性能；抗硫酸盐侵蚀性能中图分类号：TU528.01Preparation and properties of limestone powder based prestressed duct grouting material for Jingang Expressway(1.China Road and bridge Corporation,Bejing 100011,China;2.China Academy of Building Research,Beijing 100013,China)Abstract:Cement,limestone powder with different particle sizes and chemical admixtures in Cambodia are used to prepare highwaypre-stressed duct grouting material with performance meeting the requirements of JTG/T 36502020“Technical code for construction ofhighway bridges and culverts,The effects of particle size and content of limestone powder on fluidity,bleeding rate,pressure bleedingrate,expansion rate,compressive and flexural strength,chloride ion permeability and sulfate corrosion resistance of pressure slurry werestudied.The results show that the addition of limestone powder can significantly reduce the fluidity of the slurry and improve the compres-sive strength,but it will increase the pressure bleeding rate of the slurry.Limestone powder can also improve the sulfate corrosion resistanceand chloride ion penetration resistance of the slurry.In general,the properties of the slurry are relatively optimal when the average particlesize of limestone powder is 18 m and the limestone powder content is 15%.Key words:pressure slurry;limestone powder;particle size and content;chloride ion penetration resistance;sulfate corrosion resistance文献标志码：ALI Ruizheng,WANG Xiaowei,SONG Putao,XIA Jingliang,WANG Jing?文章编号：10 0 2-3550(2 0 2 3)0 6-0 155-0 4基础，参照国内现行标准，开展基于当地大宗材料的压浆0引言料制备及性能研究,是解决上述问题的重要技术措施。柬埔寨金边一一西哈努克港高速公路位于柬埔寨西调研发现,柬埔寨境内工业水平落后，粉煤灰等工业南部（简称金港高速），是柬埔寨境内的第一条高速公路，副产物储量很少，束埔寨当地的粉煤灰难以保证金港高速由中国路桥工程有限责任公司投资建设。金港高速全长压浆料生产制备需求，而当地相对丰富的石灰石粉使得采187.050km，全线采用中国公路建设标准及规范，设计速用石灰石粉取代粉煤灰等工艺副产物制备压浆料成为可度10 0 km/h,双向四车道，路基宽度2 4.5m，桥梁与路基同能。目前，国内预应力压浆料采用粉煤灰、矿渣粉作为掺合宽，混凝土及预应力混凝土结构占比较高。料的较多，鲜有采用石灰石粉作为预应力压浆料用掺合料设计文件表明，金港高速预应力混凝土桥梁结构较多，的研究 1-5。而国内外采用石灰石粉作为掺合料制备混凝土项目所属公路预应力桥梁中预应力压浆材料用量很大。如的研究较多,研究发现，石灰石粉的掺入对混凝土的落前所述，金港高速设计、施工等采用中国公路建设标准，考度、强度及耐久性均匀不同程度的改善作用 6-1。2 0 13年中虑到国内外标准之间的差异，金港高速沿线可用的其他国国建筑科学研究院编制的国内首部国家标准GB/T30190家类似预应力压浆料产品很难完全满足中国公路建设标石灰石粉混凝土正式发布，进一步为石灰石粉在混凝土准的要求，而直接采购国内相关产品则面临着运输成本高，中的应用提供了支撑。因此，上述石灰石粉在混凝土中制备工期受运输状况、进出口贸易状况等因素影响明显的问题，及研究经验可为金港高速石灰石粉基预应力压浆料的制由此产生的附加成本难以估量。因此，以当地大宗原材料为备提供参考。收稿日期：2 0 2 2-0 3-0 7155本研究工作基于国内现行标准JTG/T365公路桥涵施工技术规范对预应力孔道压浆料的性能要求，以束埔寨金港高速用水泥、石灰石粉、化学外加剂等材料为基础，开展了基于金港高速石灰石粉的预应力压浆料的制备技术研究,形成了性能满足要求的石灰石粉基压浆料，为柬埔寨金港高速用预应力压浆料的制备、生产提供了参考。1原材料与试验方法1.1原材料水泥：水泥是柬埔寨马德望海螺水泥厂生产的海螺牌PI52.5级水泥，3d强度32.2 MPa,28d强度59.5MPa。外加剂：本研究压浆料中选用的外加剂包括聚羧酸减水剂、塑性膨胀剂、消泡剂、保水剂,外加剂中各成分的相对含量分别为：7 6:2 0:3:1,外加剂在压浆料中的含量为0.2%。石灰石粉：本研究选用的石灰石粉产自柬埔寨某砂石厂，石粉的比表面积分别为510.6 6 0、97 0 m/kg，不同比表面积石粉的其他物理性能如表1所示。表1石灰石粉的物理性能比表面积表观密度编号/(m/kg)LS1510LS2660LS39701.2诊试验方法(1)压浆料搅拌、流动度、泌水率、压力泌水率、自由膨胀率、抗压强度试验参照标准JTG/T3650进行。压浆料搅拌、流动度、自由膨胀率及抗压强度试验。(2)压浆料抗氯离子渗透性能及抗硫酸盐侵蚀性能试验参照标准GB/T50082进行。2结果与讨论不同石粉及掺量的压浆料制备试验方案见表2,其中试验用压浆料粉料总质量为30 0 0 g，水料比为0.2 8,用水量为8 40 g，外加剂用量为6 g，石粉掺量分别为0 5%、10%、15%,20%。表2 压浆料制备试验方案编号水泥/gMO3 000M12850M22.700M32550M42400M52850M62700M72550M82.400M92850M102.700M112550M122.4001562.1石灰石粉对压浆料流动性能的影响不同掺量及不同粒径石灰石粉对压浆料流动度的影响如图1所示。结果显示,M0组压浆料初期流动度为18 s，0.5h流动度为2 1s,1h流动度为2 6 s,流动度不满足标准JTG/T3650一2 0 2 0 的要求，除M0组压浆料外，其他组压浆料流动度均满足要求。随着石粉掺量的增加,压浆料的流动度先降低后增加，石粉掺量为15%时，压浆料的流动度最低，流动性能最好。随着石灰石粉颗粒粒径的增加，压浆料流动度先降低后增加,石灰石粉平均粒径为18 m时压浆料流动度最低，流动性最好。相对而言，采用平均粒径为18m的石灰石粉取代水泥时,压浆料的流动度最低,流动性最好，此时压浆料的初期流动度为13s,0.5h流动度为16 s,1 h流动度为 2 2 s。28口oh0.5h1h一0 h流动度发展趋势26y=0.043 5x*0.833 7x+18.483241816平均粒径D50/(kg/m)/m27503027501827505石粉/g外加剂/g0615063006450660061506300645066006150630064506600614/m12MOM1M2M3M4M5M6M7M8M9M10M11M1217.2图1不同石灰石粉粒径及掺量对压浆料浆液流动性的影响8.8压浆料中石粉的“微集料”填充效应，优化了压浆料体3.8系的微级配，降低了压浆料的空隙率，进而提高了压浆料的流动性，流动度降低。与水泥相比,石粉相对更高的堆积密度使得压浆料浆体的湿表观密度更大，湿表观密度越大浆体的流速越快，也是压浆料流动性提高的原因。2.2石灰石粉对压浆料泌水率及压力泌水率的影响不同掺量及不同粒径石灰石粉对压浆料泌水率及压力泌水率的影响如图2 所示。结果显示,M3、M 4、M 8 组压浆料泌水率分别为0.1%、0.2%、0.1%，泌水率不满足标准JTG/T3650的要求,其他组压浆料泌水率均满足要求。随着石粉掺量的增加,压浆料的泌水率逐渐增加。随着石灰石粉颗粒粒径的增加,压浆料泌水率增加，石灰石粉平均粒径为5m时各掺量范围下压浆料泌水率均满足要求。2.5石粉粒径类别2.0一1.5LS11.0LS10.5LS1LS1LS2LS2LS2LS2LS3LS3LS3LS370.25中0.2 00.152米*0.22MPa压力泌水率*泌水率0*米MOM1M2M3M4M5M6M7M8M9M10M11M12图2 不同石灰石粉粒径及掺量对压浆料浆液泌水率及压力泌水率的影响M4、M 8、M 12 组压浆料0.2 2 MPa压力泌水率分别为2.35%、2.2%2.0 5%，压力泌水率不满足标准JTG/T3650一2020的要求,其他组压浆料压力泌水率均满足要求。随着石粉掺量的增加,压浆料的压力泌水率逐渐增加,石粉含量达2 0%时，各不同粒级石灰石粉配制的压浆料压力泌水率0.05*0均超过2.0%，不在满足标准JTG/T3650的要求，因此，石粉含量应控制在15%以内。随着石灰石粉颗粒粒径的增加，压浆料压力泌水率增加。与水泥相比，石粉相对更高的堆积密度使得石粉颗粒在压浆料浆体中更容易下沉，导致密度更低的水泥颗粒及水分子上浮，进而导致压浆料泌水率及压力泌水率增大。石灰石粉粒级越大，下沉越明显，压浆料泌水率及压力泌水率增大越明显。2.3石灰石粉对压浆料自由膨胀率的影响由图3可知，各组配合比的3、2 4h自由膨胀率均满足标准JTG/T3650的要求。未掺石粉的基准组MO自由膨胀率最高，M0的3h自由膨胀率为1.0 5%,2 4h膨胀率为1.51%，随着石粉掺量的增加，压浆料的3、2 4h自由膨胀率均逐渐降低，石粉掺量为2 0%时压浆料的3、2 4h自由膨胀率最低。1.611.4%/率油甲月1.21.0*0.80.60.4MOM1M2M3M4M5M6M7M8M9M10M11M12图3不同石灰石粉粒径及掺量对压浆料自由膨胀率的影响自由膨胀率与石粉颗粒粒径也有关系，随着石灰石粉颗粒粒径的增加,压浆料自由膨胀率增加,石灰石粉平均粒径为5m时各掺量范围下压浆料3、2 4h自由膨胀率相对最大。压浆料自由膨胀率的降低可能与石粉取代水泥后压浆料中水泥比例的降低有关,水泥水化过程中释放的热量及氢氧化钙等对塑性膨胀剂膨胀效果的发挥有正面的促进作用，石粉取代水泥后压浆料中导致压浆料浆体中水泥含量的降低,进而降低了压浆料的自由膨胀率。2.4石灰石粉对压浆料抗压及抗折强度的影响不同掺量及不同粒径石灰石粉对压浆料抗压的影响如图4所示。结果显示，各组压浆料的3、7、2 8 d抗压强度满足标准JTG/T3650的要求。随着石粉掺量的增加，压浆料的抗压强度先增加后降低，石粉掺量为15%时，压浆料的抗压强度最高。随着石灰石粉颗粒粒径的增加,压浆料抗压强度先增加后降低，石灰石粉平均粒径为18 m时压浆料抗压强度最高。相对而言,采用平均粒径为18 m的石灰石粉取代15%的水泥时，压浆料的抗压强度最高，此时压浆料的3、7、2 8 d抗压强度分别为32、54.7、6 4.2 MPa。不同掺量及不同粒径石灰石粉对压浆料抗折的影响如图5所示。结果显示，各组压浆料的3、7、2 8 d抗折强度满足标准JTG/T3650的要求。随着石粉掺量的增加，压浆料的抗折强度先增加后降低，石粉掺量为15%时，压浆料的抗折强度最高。随着石灰石粉颗粒粒径的增加,压浆料抗折强度先增加后降低，石灰石粉平均粒径为18 m时压浆料抗折强度最高。相对而言,采用平均粒径为18 m的石灰石70口3 d口7 d28d605040302010MOM1M2M3M4M5M6M7M8M9M10M11M12图4不同石灰石粉粒径及掺量对压浆料抗压强度的影响14口3d口7 d28d1312111098765MOM1M2M3M4M5M6M7M8M9M10M11M12*3h图5不同石灰石粉粒径及掺量对压浆料抗折强度的影响24h粉取代15%的水泥时，压浆料的抗折强度最高，此时压浆料的3、7、2 8 d抗折强度分别为7.5、8.7、13.0 MPa。压浆料中石粉的“微集料”填充效应，优化了压浆料体系的微级配，降低了压浆料的空隙率，进而提高了压米米米米浆料的抗压及抗折强度 12 。石粉的“晶核”效应提高了水泥的水化速度的水化程度，也是导致压浆料强度增长的原因 13-14。2.5石灰石粉对压浆料抗氯离子侵蚀性能的影响不同掺量及不同粒径石灰石粉对压浆料56 d电通量的影响如图6 所示。结果显示,不掺石粉的MO组压浆料56d电通量最高为2 8 6 0 C,随着石粉掺量的增加,压浆料的电通量先减小后增加，石粉掺量为15%时，压浆料的电通量最小。随着石灰石粉颗粒粒径的增加，压浆料抗折强度先减小后增加，石灰石粉平均粒径为18 m时压浆料电通量最小。相对而言，采用平均粒径为18 m的石灰石粉取代15%的水泥时，压浆料的电通量最小为2 7 6 1C,此时压浆料的抗氯离子侵蚀性能最好。2860+28402.8202.8002.7802.760MO)M1M2M3M4M5M6M7M8M9M10M11M12图6 不同石灰石粉粒径及掺量对压浆料电通量的影响压浆料中石粉的“微集料”填充效应，优化了压浆料体系的微级配,降低了压浆料的空隙率，优化了压浆料的孔结构，减小了压浆料中大孔和贯通孔的比例，提高了小孔和封闭孔的比例,增大了氯离子传输阻力，电通量降低,抗氯离子侵蚀性能提高 15-10。2.6石灰石粉对压浆料抗硫酸盐侵蚀性能的影响不同粒径石灰石粉对压浆料抗压强度耐侵蚀系数的1570.950.900.850.800.750.700.650.60MOM1M2M3M4M5M6M7M8M9M10M11M12图7 不同石灰石粉粒径及掺量对压浆料抗压强度耐侵蚀系数的影响试验结果见图7。结果显示，不掺石粉的M0组压浆料9 0 d抗压强度耐侵蚀系数为0.7 6,12 0 d抗压强度耐侵蚀系数为0.6 9,按照GB/T50082可知，M0的抗硫酸盐侵蚀等级为KS90,120d时其他掺石粉组压浆料的抗压强度耐侵蚀系数均不低于0.7 5,抗硫酸盐侵蚀等级均KS120。随着石粉掺量的增加,压浆料的抗硫酸盐侵蚀性能先提升后略有下降，石粉掺量为15%时，压浆料的抗硫酸盐侵蚀性能最优。随着石灰石粉颗粒粒径的增加,压浆料抗硫酸盐侵蚀性能先提升后降低,石灰石粉平均粒径为18 m时压浆料抗硫酸盐侵蚀性能相对最好。相对而言,采用平均粒径为18 m的石灰石粉取代15%的水泥时，压浆料的抗硫酸盐侵蚀性能最优，此时压浆料12 0 d抗压强度耐侵蚀系数为0.8 6。压浆料中石粉对水泥的“稀释”作用降低了水泥在硫酸盐侵蚀作用下发生的钙矾石类膨胀破坏，石粉对压浆料孔结构的改善作用也是改善硫酸盐侵蚀性能的关键因素I7-18。但是石粉的过量掺人会导致压浆料中石膏生产数量的增加,进而发生因石膏大量生产发生的膨胀破坏 19。因此,应严格控制压浆料中石粉含量。3结论(1)随着石粉含量的增加,压浆料的流动度先降低后增加，抗压及抗折强度先增大后降低，电通量先降低后增加,抗压强度耐侵蚀系数先增加后降低,相对而言,石粉掺量为2 0%时压浆料的流动度最低，各龄期抗压及抗折强度最高，电通量最低，抗压强度耐侵蚀系数最高。(2)随着石粉含量的增加,压浆料的泌水率及压力泌水率逐渐增加，石粉含量达2 0%时，各不同粒级石灰石粉配制的压浆料压力泌水率不在满足标准JTG/T3650的要求,石粉含量应控制在15%以内。随着石粉含量的增加,压浆料的3、2 4h 自由膨胀率逐渐降低，但均满足标准要求。(3)随着石灰石粉颗粒粒径的增加,压浆料流动度先降低后增加，抗压及抗折强度先增大后降低，电通量先降低后增加，抗压强度耐侵蚀系数先增加后降低，石灰石粉平均粒径为18 m时压浆料的，各龄期抗压及抗折强度最高，电通量最低，抗压强度耐侵蚀系数最高。(4)随着石灰石粉颗粒粒径的增加,压浆料的泌水率及压力泌水率逐渐降低,3、2 4h自由膨胀率增加,石灰石粉平均粒径为5m压浆料的泌水率及压力泌水率相对最低,3h及2 4h膨胀率相对最高。158参考文献：口9 0 d120d1 许东.一种大流动性预应力孔道压浆料的试验研究 D济南:山东建筑大学,2 0 2 0.2 张鹤译.矿物掺合料对压浆料性能研究 ,水利科学与寒区工程,2 0 2 0,3(1):2 9-32.3 孙长征,李磊,赵同峰.超细矿物掺合料对后张法预应力管道压浆材料的影响 J.新型建筑材料,2 0 15,42(7):14-17.4 李敏波,张国防,赵建斌,等.组成材料对压浆料物理性能的影响研究 .新型建筑材料,2 0 13,40(6)：1-4,2 9.5 黄晓静.粉煤灰及聚羧酸减水剂在压浆料中的应用 ,石家庄铁道大学学报（自然科学版）,2 0 11,2 4(4）：10 1-10 4.6 徐延,刘行,李超,等.石粉对预制沉管机制砂混凝土性能的影响研究 .混凝土与水泥制品,2 0 2 1(8)：41-44.7 刘畅,夏京亮,周永祥,等.玄武岩石粉的火山灰活性效应研究,混凝土,2 0 2 1(7):98-10 2.8何涛,刘方,夏京亮,等.岩石粉类型对混凝土长龄期耐久性能的影响研究 .新型建筑材料,2 0 2 1,48(7)：57-6 2.9 杨超.高石粉含量干混砂浆流变-工作性能研究 ,新型建筑材料,2 0 2 1,48(7):96-10 0.10孙茹茹,王振,黄法礼,等.不同岩性石粉-水泥复合胶凝材料性能研究 .材料导报,2 0 2 1,35(S1):211-215.11黄伟,孙伟.石灰石粉掺量对超高性能混凝土水化演变的影响 .东南大学学报（自然科学版）,2 0 17,47（4）：7 51-7 59.12朱丽娟.不同石粉含量与人工砂岩性对混凝土抗冻性能的影响 混凝土,2 0 16(9)：8 2-8 4,91.13林基泳,蒋勇,吴兴颜,等.石粉对混凝土性能影响的研究现状.硅酸盐通报，2 0 18,37(12）：38 42-38 48.14王稷良.机制砂特性对混凝土性能的影响及机理研究 D.武汉:武汉理工大学,2 0 0 8.15孙茹茹.不同岩性石粉-水泥基复合胶凝材料性能研究 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