【關(guān)鍵詞】孔道壓漿；水泥漿；水泥礦物成分；外加劑作用機理；適應(yīng)性

  1 工程簡介和水泥漿的技術(shù)要求

  北京至珠海國道主干線新鄉(xiāng)至鄭州高速公路，黃河特大橋北引橋七合同段K49+405.350～K53+458.77由中國路橋集團第一公路工程局第一公路工程公司承建。該合同段有后張法預(yù)應(yīng)力混凝土T型梁1296片，張拉后進(jìn)行預(yù)應(yīng)力孔道壓漿。水泥漿的技術(shù)要求如下：

  (1) 水泥，普通硅酸鹽水泥或硅酸鹽水泥，強度等級不低于42.5MPa；

  (2) 水膠比一般選擇0.40、0.45，摻減水劑可降至0.35；

  (3) 泌水率最大不超過3%，拌合后3h控制在2%以內(nèi)，24h泌水全部被漿體吸收；

  (4) 可摻入適當(dāng)?shù)呐蛎泟?，但不得摻入鋁粉等銹蝕預(yù)應(yīng)力鋼筋的膨脹劑。摻入膨脹劑后，水泥漿不受約束的自由膨脹率應(yīng)小于10%；

  (5) 水泥漿稠度14s～18s，強度不低于40MPa。

  后張預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)孔道壓漿，是預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)施工過程中的一個重要環(huán)節(jié)，壓漿質(zhì)量的好壞，直接影響結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性?？椎缐簼{水泥漿配合比設(shè)計中各原材料(包括水泥、高效減水劑、膨脹劑等)的選擇涉及到一些外加劑與水泥的適應(yīng)性問題，這是本文探討的重點。

  2 水泥和減水劑的選擇

  首先考慮減水劑與水泥的適應(yīng)性。減水劑與水泥不適應(yīng)的主要表現(xiàn)：

  (1) 減水效果不足，增加流動性效果不明顯；

  (2) 凝結(jié)速度異常以及保持流動性效果不好；

  (3) 泌水率較大以及強度降低。

  不適應(yīng)的原因：

  (1) 減水劑方面的原因包括：減水劑品種、作用機理、磺化程度、調(diào)凝劑、分子量、反離子性質(zhì)以及狀態(tài)(粉劑、液劑)。

  (2) 水泥方面的原因包括：水泥礦物組成、堿含量、調(diào)凝石膏的形態(tài)、水泥的磨細(xì)程度、水泥中的混合材。

  把以上因素作為選擇水泥和高效減水劑的依據(jù)，并將減水劑的減水率、拌合后水泥漿的泌水率比、收縮率比以及水泥漿流動性經(jīng)時損失作為主要控制點。

  水泥最初選擇了新鄉(xiāng)水泥廠生產(chǎn)的平原牌P·O 42.5。高效減水劑方面，氨基磺酸鹽系高效減水劑往往會產(chǎn)生較大的泌水，聚羧酸系高效減水劑雖然性能優(yōu)良但價格昂貴，所以初步選擇了UNF-lA萘系高效減水劑。試驗結(jié)果見表1。

  從試驗結(jié)果分析，稠度1h后損失嚴(yán)重。又選擇中國長城鋁業(yè)公司水泥廠生產(chǎn)的建筑牌P·O 42.5，與UNF-lA的試驗結(jié)果見表2。

  試驗結(jié)果表明UNF-lA對建筑牌水泥的減水效果要好于平原牌水泥。兩種水泥漿都有流動度經(jīng)時損失，平原牌水泥的損失較嚴(yán)重。

  水泥顆粒越細(xì)，其比表面積越大，則水泥顆粒對減水劑分子的吸附量也大。所以在減水劑摻量相同的情況下，對于細(xì)度大的水泥，減水劑的減水率相對要小一些。水泥熟料中四大礦物成分對減水劑分子的吸附程度大小順序為：C3A>C4AF>C3S>C2S。許多試驗結(jié)果證明，鋁酸鹽相對減水劑分子的吸附大于硅酸鹽相。因此水泥中C3A和C4AF的比例越大，減水劑的減水效果就越差。兩種水泥的礦物成分及細(xì)度見表3。

  平原牌水泥細(xì)度較大，礦物成分中C3A和C4AF含量比建筑牌水泥要大，這應(yīng)該是UNF-lA高效減水劑摻量相同時，對于兩種水泥出現(xiàn)減水率差異的原因。對于水泥的堿含量，有些文獻(xiàn)指出，水泥中堿含量在0.5%左右時，摻加萘系高效減水劑的水泥漿的流動性最大，增加和減少堿含量都將降低水泥漿的流動性。

  水泥漿流動性損失，考慮用緩凝高效減水劑來解決。因此，選擇NF-2-6緩凝萘系高效減水劑與兩種水泥進(jìn)行試驗。試驗結(jié)果見表4。

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  試驗結(jié)果表明，改用NF-2-6緩凝高效減水劑，兩種水泥漿流動性損失基本滿足要求，收縮率比需要選擇膨脹劑來改善。

  3 膨脹劑的選擇

  現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土外加劑應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》GB50119所規(guī)定的混凝土膨脹劑的用途及適用范圍中，未涉及“后張法預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)孔道壓漿所用的水泥漿”這一項內(nèi)容?！豆饭こ虡蚝┕ぜ夹g(shù)規(guī)范》JTJ041-2000中也未規(guī)定何品種的膨脹劑適用于孔道壓漿所用的水泥漿。所以，目前適用于該項工程的膨脹劑在相應(yīng)的規(guī)范中尚屬空白。雖然某些廠家在其膨脹劑的產(chǎn)品使用說明中，對其產(chǎn)品的用途和適用范圍中提到了后張法預(yù)應(yīng)力混凝土工程孔道壓漿所用的水泥漿，但尚需通過試驗來確定其膨脹劑的膨脹效果。一方面存在膨脹劑的適用問題；另一方面膨脹劑膨脹效果的形成有其前提條件。

  根據(jù)北京市建委京建材[2001]363號文規(guī)定：“在混凝土工程中需要摻用氧化鈣類膨脹劑時，使用前必須按產(chǎn)品要求的摻量做水泥凈漿安定性檢驗，檢驗不合格的產(chǎn)品不準(zhǔn)用于混凝土工程”。所以本試驗在選擇膨脹劑方面采取了慎重的態(tài)度，初步選擇了UEA-HS型硫鋁酸鈣類膨脹劑與兩種水泥漿進(jìn)行試驗。平原水泥與NF-2-6、UEA-H5的試驗結(jié)果見表5。

  從表5的試驗結(jié)果來看，UEA -H5摻量為12%時，在平原水泥漿中沒有產(chǎn)生膨脹效果，而且泌水較大。調(diào)整UEA-H5摻量至最大摻量15%，平原水泥漿泌水率和膨脹率沒有變化。根據(jù)試驗過程中的觀察發(fā)現(xiàn)，摻UEA-H5拌合的平原水泥漿，拌合后很快出現(xiàn)泌水，同時水泥漿面下沉，到3h基本穩(wěn)定。水泥漿的泌水量剛好等于水泥漿的收縮下沉量，而且水泥漿體有分層現(xiàn)象。改用建筑水泥與UEA-H5和NF-2-6試驗，結(jié)果見表6。

  考慮到兩種外加劑可能不相容，因此拌合水泥漿時先將水泥與UEA-H5混合均勻，加水拌合后摻入NF-2-6再拌合均勻，防止兩種外加劑不相容使水泥漿產(chǎn)生絮凝和沉淀。建筑水泥配合NF-2-6、UEA-H5拌合的水泥漿，拌合后同樣很快出現(xiàn)泌水，同時水泥漿面下沉，泌水量等于下沉量，水泥漿體也有分層現(xiàn)象。改用同一廠家生產(chǎn)的兩種外加劑即UNF-lA高效減水劑、HE-U型硫鋁酸鈣類膨脹劑與建筑水泥進(jìn)行試驗，結(jié)果見表7。

  試驗結(jié)果顯示B-2水泥漿同樣存在以上三種水泥漿發(fā)生的現(xiàn)象。單就建筑水泥漿來講，自收縮值為2.2%，摻加兩種膨脹劑后，不但不能補償水泥漿的自收縮，反而加重了水泥漿下沉現(xiàn)象，而且水泥漿體發(fā)生了分層。分析原因，很有可能是由于水泥漿的泌水造成了膨脹劑的膨脹效果差，它們所產(chǎn)生的膨脹，不足以彌補大流動性水泥漿的自收縮。高流動性下多相、多組分的水泥漿體易發(fā)生沉降分離，這是因為漿體的流動性增加，同時增加了不同密度分子的分層運動趨勢，導(dǎo)致漿體發(fā)生沉降分離及泌水。解決這個問題必須考慮水泥漿的保水增塑組分，單純地依靠緩凝高效減水劑加膨脹劑的方法往往很難滿足孔道壓漿所用水泥漿的高技術(shù)要求。

  鑒于以上兩種膨脹劑和緩凝高效減水劑復(fù)摻不能滿足使用要求，又選擇了一種UGM高強無收縮灌漿料。UGM是一種專門用于后張法預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)孔道壓漿的材料，這種材料只需加水拌合成灌漿料即可使用。試驗結(jié)果見表8。

  由試驗結(jié)果可以看出，UGM是一種比較理想的孔道壓漿材料，但價格非常昂貴，因此最后選擇了江蘇博特新材料有限公司生產(chǎn)的JM-HF高性能灌漿外加劑進(jìn)行試驗比較。TM-HF是以β一萘磺酸鹽亞甲基高級縮合物和新型有機高分子材料為主體的復(fù)合外加劑，兼具減水、緩凝、保水、保塑、增強等功能，還能使高流動狀態(tài)下水泥漿體保持各相、各組分之間協(xié)調(diào)流變，有效降低泌水，并且使水泥漿體產(chǎn)生適當(dāng)膨脹。它的膨脹組分是由硫鋁酸鹽類膨脹劑和特殊高效膨脹組分復(fù)配而成。JM-HF與建筑水泥試驗結(jié)果見表9。試驗結(jié)果表明，JM-HF配合建筑牌水泥拌制的水泥漿，各項性能指標(biāo)均滿足要求。

  4 結(jié)論

  水泥的堿含量、細(xì)度、C3A含量等因素影響著摻萘系(緩凝)高效減水劑水泥漿體的流變性能；膨脹劑的膨脹效果在很大程度上取決于水泥漿體的和易性；對于后張法預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)孔道壓漿這樣有特殊要求的工程，隨著外加劑的發(fā)展，應(yīng)當(dāng)選擇作用更明確的、更專用的外加劑。

  【參考文獻(xiàn)】

  [1] 張冠倫, 王玉吉, 孫振平編著. 混凝上外加劑原理及應(yīng)用[M]. 北京:中國建筑工業(yè)出版社，1996.6.

  [2] 沈旦申, 吳正嚴(yán). 現(xiàn)代混凝上設(shè)計[Ml.上海:科技文獻(xiàn)出版社, 1987.4.