【摘要】通過實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)及施工現(xiàn)場模擬試驗(yàn)．研究不同水泥漿配合比的綜合性能，確定預(yù)應(yīng)為孔道灌漿材料水泥漿體的最優(yōu)配合比，并提出現(xiàn)場灌漿施工工藝以及注意事項(xiàng)。
【關(guān)鍵詞】預(yù)應(yīng)力混凝土孔道 水泥漿體 灌漿 試驗(yàn)研究

一、概述
1.南京長江二橋簡介
南京長江第二大橋位于現(xiàn)南京長江大橋下游llkm處．其南汊大橋?yàn)殇撓淞盒崩瓨?，索塔呈倒Y型，包括下、中、上塔柱和橫梁。塔柱采用非對(duì)稱六邊形空心薄壁斷面，上塔柱為斜拉索錨固區(qū)，采用環(huán)向預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)；橫梁采用箱形斷面，上、中、下橫梁皆為預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。北汊橋?qū)俸髲堄姓辰Y(jié)預(yù)應(yīng)力大跨度連續(xù)梁橋。主橋跨布置為：90＋ 3 x 165十叨
（m），5跨一聯(lián)預(yù)應(yīng)力混凝土箱形截面連續(xù)梁，箱梁采用三向預(yù)應(yīng)力體系；南、北引橋上部結(jié)構(gòu)各為兩聯(lián)預(yù)應(yīng)力混凝土等截面箱梁橋，箱梁采用雙向預(yù)應(yīng)力體系。
整個(gè)二析預(yù)應(yīng)力混凝土工程量大，預(yù)應(yīng)力孔道布置復(fù)雜（超長、環(huán)形、彎曲等），施工質(zhì)量要求高，施工難度大。
2.灌漿的重要性
在后張有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，預(yù)應(yīng)力筋的防腐蝕問題及與結(jié)構(gòu)混凝土的共同工作問題是通過壓力灌漿充滿預(yù)應(yīng)力筋預(yù)埋孔道和預(yù)應(yīng)力筋之間的空隙予以解決的，當(dāng)后張預(yù)應(yīng)力筋處于非水平的傾斜狀態(tài)、多跨度彎曲狀態(tài)和垂直狀態(tài)時(shí)，水泥漿的泌水蒸發(fā)后形成無水泥漿存在的空間，使該處的預(yù)應(yīng)力筋失去保護(hù)。而預(yù)應(yīng)力箭在高應(yīng)力（現(xiàn)代預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中，預(yù)應(yīng)力筋的應(yīng)力通常在1000MPa以上）狀態(tài)下對(duì)腐蝕損壞相當(dāng)敏感（即應(yīng)力腐蝕），造成預(yù)應(yīng)力筋的腐蝕部位斷面缺損，影響預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的安全和耐久性。因此，灌裝質(zhì)量的好壞直接影響到預(yù)應(yīng)力筋的防腐蝕性能、預(yù)應(yīng)力構(gòu)筑物的安全性能和耐久性能。
目前，預(yù)應(yīng)力孔道灌漿施工中，常出現(xiàn)質(zhì)量問題：孔道中水泥漿未充滿，有空隙；水泥漿體硬化后收縮與孔道壁分離；水泥漿硬化后強(qiáng)度不滿足規(guī)范要求。
3.二橋預(yù)應(yīng)力混凝土孔道灌漿指定用外加劑JM-Ⅲ簡介
JM-Ⅲ型（抗裂、防滲）混凝土高效增強(qiáng)劑，是江蘇省建筑科學(xué)研究院建筑材料研究所研制開發(fā)的多功能產(chǎn)品。它不僅具有高效抗裂防滲性能，而且具有減水增強(qiáng)、凝結(jié)時(shí)間適中、保塑性好、施工和易性好、抗凍、防腐蝕等特點(diǎn)，是一種多功能抗裂防滲材料。

二、灌漿用水泥漿的室內(nèi)配合比試驗(yàn)
1.水泥漿主要性能的測試方法
（l）水泥漿流動(dòng)度測試方法
水泥漿流動(dòng)度測試方法采用流錐法，流錐時(shí)間測試按美國標(biāo)準(zhǔn)CRD-C79-58進(jìn)行，是通過量測一定體積（1725mL）的水泥漿從一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)尺寸的流錐中流出的時(shí)間來確定的。對(duì)任何水泥漿至少應(yīng)做兩次試驗(yàn)。
（2）水泥漿泌水率的測試方法
采用1000mL的量筒，將調(diào)制好的水泥漿約800mL注入量筒內(nèi)，記下體積數(shù)值，將量筒
上口加蓋封好，從水泥漿體注入量筒時(shí)算起，每小時(shí)將上口蓋打開，傾斜量筒，用吸管吸出沁
水，加以記錄，泌水體積除以試樣漿體的含水量即為沁水率，計(jì)算公式如下：
泌水率（%）=泌水體積/（試樣漿體重量（g）*漿體含水率（%））*100%
（3）水泥漿膨脹率的測試方法
測試水泥漿的膨脹率分兩部分測試：一為測水泥漿體凝結(jié)前膨脹率，一為測水泥漿中后期膨脹率。測凝結(jié)前膨脹率是結(jié)合泌水率的測試進(jìn)行的，即將測試好泌水的水泥漿繼續(xù)靜置21h（實(shí)際上距制漿時(shí)間為24h）后量測水泥漿膨脹后的漿面高度。膨脹的體積除以水泥漿原體積即為膨脹率。計(jì)算公式如下：
膨脹率=（膨脹后的水泥漿面高度-最初填灌的水泥漿面高度）/最初填灌的水泥漿面高度*100%
測中后期膨脹率的方法為：用4cm * 4cm* 16cm水泥軟練砂漿三聯(lián)模，在其兩端鑲銅測
頭，水泥漿入模后24h拆模，并量測試件長度作為試件初始長度。試驗(yàn)在20℃標(biāo)準(zhǔn)條件下進(jìn)
行，前14d為水中養(yǎng)護(hù)，14～18d在濕空氣中養(yǎng)護(hù)。分別測量試件2d，3d，7d， 14d，28d的長
度。膨脹的長度除以試件基長即為膨脹率，計(jì)算公式如下：
膨脹率=（膨脹后的長度-初始長度）/試塊基長*100%
（4）水泥漿強(qiáng)度的測試方法
用砂漿試塊模對(duì)每種配比的水泥漿都制作一組（6塊）試塊，標(biāo)養(yǎng)至28d，測其抗壓強(qiáng)度。
2.固定JM-Ⅲ摻量8％，調(diào)整水膠比測試水泥漿的性能
（1） 水泥漿的流動(dòng)度測試結(jié)果見表1。

結(jié)果分析：
①水膠比為 0.34～0.35之間的水泥漿的流動(dòng)性符合規(guī)范要求；
②靜置20min后，水泥漿的流動(dòng)度損失較大，故要求漿液制好后應(yīng)盡快灌漿；且每根孔道灌漿的時(shí)間不宜過長；
③在灌漿過程中不允許出現(xiàn)中斷的情況，必須一次性不間斷罐完某根孔道。
（2）水泥漿的泌水率測試結(jié)果見表2。

結(jié)果分析：
①隨著水膠比（W／A）的增大，泌水率增大；
②各種配比的水泥漿在調(diào)制好灌入量筒并靜置出后，均出現(xiàn)水泥漿體離析現(xiàn)象（上層為泡沫，中層為沁水，下層為實(shí)漿，只有 W／A＝0.33的漿體無沁水層），且隨著 W／A的增大，沁水層逐步增大，而泡沫層能基本保持不變；
③從量筒中吸出泌水及泡沫（實(shí)際操作中只能如此進(jìn)行）并重新注入量筒中，靜置24h，這種泡沫及沁水的混合物分層更加明顯，但下層沉淀的漿體在24h后仍能用水沖洗，說明其沒有強(qiáng)度；
④水膠比0.33～0.35的泌水率均小于2％。
（3）水泥漿的膨脹率測試結(jié)果見表3。

結(jié)果分析：
①3h內(nèi)的水泥漿的膨脹（即水泥漿凝結(jié)前的早期膨脹），因漿體與其表面的泡沫在逐步離析分層而無法測得。且當(dāng)將裝作表面的沁水和泡沫汲取后，漿體的體積無變化，這只是說明本方法未能測出其變化，但這不能說明其早期無膨脹；
②發(fā)現(xiàn)隨水膠比的增大（在 0.33～0.37范圍內(nèi)），水泥漿體的膨脹率增大，說明隨拌合水的增加，JM-Ⅲ和水泥的反應(yīng)更加充分；
③隨著時(shí)間的增加（在28d內(nèi)），水泥漿體的膨脹率增大，說明JM-Ⅲ、水泥和水的反應(yīng)是逐步進(jìn)行的．且初始幾天內(nèi)膨脹率增長速度較快，以后逐漸變緩；
④28d的膨脹率普遍小于 14d的膨脹率，說明在28d左右時(shí)，JM-Ⅲ引起水泥漿體的膨脹增長率已小于水泥漿體的自身收縮增長率。
（4）水泥漿的強(qiáng)度測試結(jié)果見表4。

從表4的數(shù)據(jù)看：
①由于 JM-Ⅲ的減水增強(qiáng)作用，試塊的強(qiáng)度能穩(wěn)定在 70MPa左右波動(dòng)；
②水膠比在 0.33～0.37之間，試塊強(qiáng)度有隨水膠比增大而稍有增大的趨勢，說明隨用水量的增加水泥的水化反應(yīng)越充分；
③水膠比為0.36時(shí)，試塊強(qiáng)度最高。
3.固定水膠比，調(diào)整JM-Ⅲ摻量測水泥漿體性能
由"固定 JM-Ⅲ摻量，調(diào)整水膠比例水泥漿體性能"試驗(yàn)結(jié)果，可知水膠比為0.35時(shí)，水泥漿體的綜合性能指標(biāo)最優(yōu)。因此，選定水膠比為0.35，調(diào)整 JM-Ⅲ的摻量 6％，8％，10％，12％，15％測定水泥漿體的各項(xiàng)性能指標(biāo)。
通過系列試驗(yàn)（試驗(yàn)數(shù)據(jù)不再贅述列出，只對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行歸納），我們發(fā)現(xiàn)，隨JM-Ⅲ摻量的增加：
①水泥漿體的流錐時(shí)間逐漸減小。但摻量為15％時(shí)的流錐時(shí)間比摻量為12％時(shí)的流雄時(shí)間減小很少。且此時(shí)攪拌鍋底有水泥沉淀現(xiàn)象；
②水泥漿體的表面泡沫層厚度增大，分層離析現(xiàn)象逐步嚴(yán)重，沁水率增大；
③水泥漿體的膨脹率逐步增大，但當(dāng)摻量超過12％時(shí)，膨脹率的增大不再明顯；
④水泥漿體的28d試塊強(qiáng)度都在70MPa左右波動(dòng)。
4.優(yōu)化組合確定水泥漿體的外加劑摻量和水膠比
通過上述兩大系列試驗(yàn)，我們確定灌漿用水泥漿體的優(yōu)化組合配比為：JM-Ⅲ摻量8％、水膠比0.35，其綜合性能如表5。

三、模擬試驗(yàn)
1.在南汊湖南路橋公司施工現(xiàn)場不同壓漿方法、配比水泥漿的灌漿對(duì)比試驗(yàn)
（1）灌漿組織
進(jìn)行了真空輔助壓漿與普通壓漿的對(duì)比試驗(yàn)。
真空壓漿壓注不同水泥漿的對(duì)比試驗(yàn)，兩種不同水泥漿的配合比如表6所示。

對(duì)比試驗(yàn)所用的孔道材料、孔道長度、孔道內(nèi)穿鋼絞線的量全部相等，在同一時(shí)間壓漿，灌漿3d后剖管檢查。
（2）試驗(yàn)結(jié)果分析
①采用普通壓裝工藝進(jìn)行灌漿的試樣，摻JM-Ⅲ的水泥漿，漿體能較好地充滿塑料波紋管道，由少量泌水引起的凹坑主要集中在塑料波紋管的高度5mm的凸出波形內(nèi)，在兩波形之間僅有少量凹陷小于2mm、形狀類似氣泡的指甲大凹坑。說明采用普遍壓漿工藝，只要能真正嚴(yán)格把關(guān)亦能較好地將塑料波紋管孔道灌密實(shí)。
②采用真空輔助壓漿工藝進(jìn)行灌漿的試樣，摻VSL公司提供配比的水泥漿，漿體亦能很好地將塑料波紋管灌滿。但是真實(shí)輔助壓漿的漿體早期強(qiáng)度高于普通壓漿的漿體強(qiáng)度。
③當(dāng)采用摻JM-Ⅲ的水泥漿，采用真空輔助壓漿和普通壓漿制作對(duì)比試樣，經(jīng)剖管作對(duì)比檢查，發(fā)現(xiàn)在塑料波紋管的上半部分，真空輔助壓漿的飽滿度略好于普通壓裝，這是由于采用真空輔助壓漿工藝時(shí)，出漿孔冒漿時(shí)間過短，管內(nèi)氣水混合體未排除所致。因此，判定真空輔助壓漿是否成功的條件應(yīng)該是：兩端均冒出與進(jìn)漿相同稠度的漿液，且無明顯的氣泡，在有壓（0.7MPa）情況下持壓 2min為標(biāo)準(zhǔn)。
2.在北汊山東交通工程公司施工現(xiàn)場的灌漿試驗(yàn)
（1）灌漿組織
四根波紋管道共分兩組，一圓一扁搭配成一組，簡稱甲組和乙組。
甲組的配比為：JM-Ⅲ按量8％，水膠比0.36（考慮施工現(xiàn)場中制漿的效果不如實(shí)驗(yàn)室制漿效果），1999年12月18日下午灌漿，12月29日上午剖管檢查灌漿情況。
乙組的配比為：JM-Ⅲ摻量8%，水膠比0.40，12月24日中午灌漿，12月29日上午剖管檢查灌漿效果。
（2）試驗(yàn)結(jié)果分析
①甲組圓波紋管中的水泥漿體基本充滿整個(gè)孔道，無預(yù)應(yīng)力筋外露現(xiàn)象；在拱形的頂部表面有0.5mm左右厚的暗紅色粉塊層，用手捏之即散，這是由水泥漿中的泡沫聚集失水而成，說明排漿孔冒漿時(shí)間過短，水泥漿中泡沫未排除所致；同時(shí)，水泥漿體有受凍現(xiàn)象，說明裝體在灌注后的48h內(nèi)不能受凍，否則，會(huì)喪失強(qiáng)度或造成強(qiáng)度損失。
②甲組的扁波紋管中的漿體完全充滿整個(gè)孔道，無預(yù)應(yīng)力筋外露情況。
③乙組圓波紋管由于灌漿中的人為原因，拱形頂部有很大范圍內(nèi)無水泥漿壓至，致使這一范圍內(nèi)無水泥漿包裹鋼絞線。這說明灌漿過程中．任何責(zé)任心不強(qiáng)，操作時(shí)不按工藝執(zhí)行，都會(huì)造成灌漿不密實(shí)現(xiàn)象，形成事故隱患。
④乙組扁波紋管的局部起拱處有長約510mm的凹陷，其中400mmn范圍內(nèi)最明顯，其寬達(dá)60mm，深約20mm，說明水泥漿水膠比過大，泌水后形成的空隙。
3.在東南大學(xué)預(yù)應(yīng)力試驗(yàn)中心的灌漿試驗(yàn)
（1）灌漿組織
水泥漿配合比為：JM－Ⅲ8％，水膠比0.35。
2000年元月25日下午灌漿，2000年2月19日開管檢查。
（2）試驗(yàn)結(jié)果分析
①圓波紋管中，水泥漿體飽滿密實(shí)，剝開時(shí)未見任何裂紋和孔隙；因灌漿時(shí)水泥漿體有限未能充分排漿，故硬化后的漿體頂部有由薄層水泥漿體封住的氣泡狀指甲大小的凹坑，但數(shù)量不多；剝開波紋管后的硬化漿體在空氣中放置15d后，產(chǎn)生了肉眼可見的符合力學(xué)原理的橫向裂縫，說明裸露在空氣中的硬化漿體會(huì)因干縮而形成裂縫。
②扁波紋管中的漿體飽滿密實(shí)，剝開時(shí)未見任何裂縫和孔隙；剝開波紋管后的硬化漿體在空氣中放置15d后，產(chǎn)生了肉眼可見的符合力學(xué)原理的橫向裂縫。

四、結(jié)論
1.由上過試驗(yàn)可知，JM-Ⅲ外加劑減水率較高，達(dá)到20％左右；摻入水泥重量的8％時(shí)，水泥漿體的后期膨脹率在0.2%以上；其摻量8％～10％較合適，大于10％減水效果增加不明顯且表面出現(xiàn)大量泡沫，小于8％減水效果不夠；在氣溫低于-2℃時(shí)，摻8％的JM-Ⅲ的水泥漿凝結(jié)時(shí)間約30～40h，所以冬季施工可結(jié)合早強(qiáng)劑使用。
2.灌漿施工時(shí)，JM-Ⅲ摻量要準(zhǔn)確，攪拌時(shí)間不少于3min。由實(shí)驗(yàn)知，水泥漿體靜置時(shí)間超過20min后，流動(dòng)度損失較大，所以現(xiàn)場儲(chǔ)漿罐應(yīng)人工不停攪拌，以防水泥漿流動(dòng)度降低。
3.施工注意事項(xiàng)
①JM-Ⅲ存貯時(shí)間不宜超過三個(gè)月，當(dāng)其中的粉末形成塊狀或顆粒時(shí)，其活性會(huì)大大降低。因此，凡含有塊體或顆粒的JM-Ⅲ應(yīng)視為失效，在工程中不應(yīng)使用。
②灌漿的所用水泥夏季宜選用非早強(qiáng)型的普通硅酸鹽水泥，這有利于保持水泥漿體的流動(dòng)性。
③摻JM-Ⅲ后的水泥漿在制成后，表面有一定厚度的泡沫層，在灌漿時(shí)必須充分地排出這部分泡沫，且待出漿口排出無泡沫的漿體后封堵排漿口。
④在現(xiàn)場實(shí)際施工時(shí)，還應(yīng)注意根據(jù)預(yù)應(yīng)力混凝土孔道的長度、施工時(shí)的溫度、濕度、施工設(shè)備、拌和用水等實(shí)際情況，適當(dāng)調(diào)整水泥漿的配比。
⑤每次施工前，都應(yīng)對(duì)水泥漿的原材料進(jìn)行檢查，對(duì)水泥漿的流動(dòng)度進(jìn)行測定。

參考文獻(xiàn)
[1]趙述智主編.建筑材料試驗(yàn)手冊(cè).北京：中國建筑工業(yè)出版社
[2]陶學(xué)康主編.后張拉預(yù)應(yīng)力混凝土設(shè)計(jì)手冊(cè).北京：中國建筑工業(yè)出版社