水泥基灌漿料概述

1、水泥基灌漿料與灌漿劑概述一、水泥基灌漿料與灌漿劑概念水泥基灌漿材料是由水泥、集料（或不含集料）、外加劑和礦物摻合料等原材料，經(jīng)混合生產(chǎn)而成的具有合理級配的干混料。水泥基灌漿材料加水拌和均勻后具有可灌注的流動性、不離析、不泌水、早強、高強、無收縮、微膨脹等性能。因其具有自流性好、無毒、無害、不老化、對水質(zhì)及周圍環(huán)境無污染、綠色環(huán)保且在施工方面具有質(zhì)量可靠、降低成本、縮短工期和使用方便等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用于灌漿工程、設(shè)備安裝以及混凝土加固修補等工程。而在后張預(yù)應(yīng)力孔道中，為防止預(yù)應(yīng)力筋銹蝕，并通過凝結(jié)后的漿體將預(yù)應(yīng)力傳遞至混凝土結(jié)構(gòu)中。為保證預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的強度、密實性、耐久性等性能，一般采用專用壓漿料

2、與壓漿劑用于后張法預(yù)應(yīng)力孔道的注漿。而專用壓漿料是指由水泥、高效減水劑、膨脹劑和礦物摻合料等多種材料干拌而成的混合料，在施工現(xiàn)場按一定比例加水并攪拌均勻后，用于充填后張預(yù)應(yīng)力孔道的壓漿材料；而專用壓漿劑是指由高效減水劑、膨脹劑和礦物摻合料等多種材料干拌而成的混合劑，在施工現(xiàn)場按一定比例與水泥、水混合并攪拌均勻后，用于充填后張預(yù)應(yīng)力孔道的壓漿材料。所謂專用，是指專門用于后張預(yù)應(yīng)力孔道的壓漿，且均應(yīng)由工廠化制造生產(chǎn)。水泥基灌漿材料在公路工程上的應(yīng)用有：地腳螺栓錨固、設(shè)備基礎(chǔ)或鋼結(jié)構(gòu)柱腳底板的灌漿、混凝土結(jié)構(gòu)加固改造及后張預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)孔道灌漿。但后張預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)孔道灌漿涉及最多，要求最嚴格，

3、因此，應(yīng)重點研究。二、水泥基灌漿料現(xiàn)行相關(guān)規(guī)范水泥基灌漿材料（JC/T 986-2005）水泥基灌漿材料應(yīng)用技術(shù)規(guī)范（GB/T 50448-2008）水工建筑物水泥灌漿施工技術(shù)規(guī)范（DL/T 5148-2012）水泥基灌漿材料施工技術(shù)規(guī)程（YB/T9261-98）預(yù)應(yīng)力孔道灌漿劑（GB/T 25182-2010）鐵路后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁管道壓漿技術(shù)條件TB/T 3192-2008公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范JTG/T F50-2011混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范GB 50204-2002（2011修訂版）三、水泥基灌漿料的應(yīng)用領(lǐng)域1地腳螺栓錨固灌漿材料多用于設(shè)備基礎(chǔ)、鋼結(jié)構(gòu)柱腳地板的地腳螺栓錨固。為

4、了保證灌漿材料凝結(jié)硬化之后與地腳螺栓之間緊密錨固,在灌漿之前應(yīng)適當(dāng)處理地腳螺栓表面的鐵銹和油污,然后調(diào)整位置的同時將己經(jīng)拌和好的灌漿材料注入到螺栓孔中。灌漿過程中嚴禁振搗,但可適當(dāng)插搗。具體施工工藝見圖1。圖1.地腳螺栓錨固工藝圖2二次灌漿二次灌漿是灌漿材料的一種傳統(tǒng)應(yīng)用方法。與地腳螺栓錨固類似,灌漿之前應(yīng)將設(shè)備的地板、混凝土基礎(chǔ)表面進行細致的清理,不允許有碎石、浮漿、浮灰、油污等雜物殘留。灌漿過程應(yīng)盡可能縮短灌漿的時間,且必須連續(xù)灌漿,二次灌漿是從一側(cè)開始進行,直到另一側(cè)溢出漿液為止。對于較長設(shè)備或軌道基礎(chǔ)的灌漿,視實際工程情況可分段施工。在灌漿過程中嚴禁振搗,必要時可采用灌漿助推器。為減少

5、灌漿材料水分的過快蒸發(fā),當(dāng)環(huán)境溫度高于30攝氏度時,施工人員應(yīng)當(dāng)盡量避免灌漿部位受到陽光的直射。具體工藝步驟如圖2所示。圖2.二次灌漿工藝圖3混凝土結(jié)構(gòu)加固和改造混凝土結(jié)構(gòu)加固和改造,是水泥基灌漿材料在設(shè)備加固、二次灌漿之外的又一重要應(yīng)用。其主要發(fā)揮了水泥基灌漿材料耐高溫、耐老化,無毒性,成本低廉等優(yōu)良性能。大量工程應(yīng)用表明,利用灌漿材料對混凝土結(jié)構(gòu)進行加固和改造,易于施工、工期短、效果好。4預(yù)應(yīng)力孔道灌漿預(yù)應(yīng)力孔道灌漿是將灌漿材料注入到預(yù)留的預(yù)應(yīng)力混凝土孔道中,灌漿材料本身必須具備良好的流動性,它能夠?qū)㈩A(yù)應(yīng)力鋼筋與套管之間的空隙填滿,能夠盡快達到一定的抗壓強度和粘結(jié)強度,而且能夠保護預(yù)應(yīng)力鋼

6、筋不外露而遭銹蝕,保證預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的安全壽命灌漿材料具有一定的微膨脹性能,能夠減少和補償水泥漿在凝結(jié)過程中的收縮變形,防止裂紋的產(chǎn)生,它能夠使預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土良好結(jié)合,保證預(yù)應(yīng)力的有效傳遞。四、原材料組成水泥基灌漿料主要由水泥、細集料、膨脹劑、礦物摻合料、高效減水劑、調(diào)凝劑、保水劑、消泡劑等組成。1 水泥水泥作為壓漿材料中主要的組分之一，水泥的品種、活性、強度等級和用量等對壓漿材料的性能有著重要的影響。常用的水泥品種有:普通硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥等，或它們之間的復(fù)合使用。為保證灌漿料硬化后的強度，水泥等級一般不能低于42.5級的低堿硅酸鹽水泥或低堿普通硅酸鹽水泥。為保

7、證壓漿料的早期強度，一般采用普通硅酸鹽水泥與早強水泥（硫鋁酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥）互摻使用。2集料集料的級配和細度模數(shù)會影響灌漿材料的塑性、以及凝結(jié)硬化后的力學(xué)性能。集料顆粒的形貌對灌漿材料性能也有一定的影響。常用集料包括級配優(yōu)良的天然砂和石英砂。骨料級配均勻，灌漿料可以更容易流動，不易出現(xiàn)離析泌水等現(xiàn)象，工作性能會更好。3外加劑 在混凝土和易性與水泥用量不變的條件下，減水劑能減少用水量，增加混凝土的強度;或和易性與混凝土強度不變的時候，能夠節(jié)約水泥用量。在水泥漿中增加減水劑甚至緩凝劑，主要目的是改善水泥漿流動性。在微觀方面來說，減水劑在水泥漿中主要通過以下方式產(chǎn)生作用:（1）分散作用:加水拌合

8、后，受到水泥顆粒分子間引力，水泥漿會形成絮凝結(jié)構(gòu)，使一部分水包裹在水泥顆粒之中，不參與漿體的自由流動。包裹著的水無法與外界接觸，在漿體中獨立存在，不參與任何形式的運動。如果包含減水劑，受到影響，其分子可附著于漿體中的水泥粒表面，從而形成某種帶電體，同種電荷容易排斥，使水泥顆粒分散開來，絮凝結(jié)構(gòu)被破壞，釋放出的水隨之參與流動，這就增加了漿體流動性。（2）潤滑作用:減水劑可附著于水泥粒表面，與水分子作用，形成一種膜。這種膜具有一定的特性，即其具有的潤滑特性，能夠大大的降低滑動阻力，這種阻力存在于水泥顆粒間，降低的阻力使水泥漿流動性提高。外加劑種類主要有聚羧酸系高性能減水劑、萘系高效減水劑、氨基磺酸

9、系減水劑等。但從灌漿料的砂漿流動度損失、強度和干燥收縮率方面可以看出聚羧酸系減水劑的效果最好。聚羧酸相比于萘系和氨基有良好的保坍性能，并且相對而言灌漿料的干燥收縮也是減小的，灌漿料的強度有一定的增強作用。4、膨脹劑在注漿后，特別是預(yù)應(yīng)力孔道注漿，孔道被水泥漿注滿之后，隨著時間的推移，水泥顆粒發(fā)生沉降，加上水泥水化等因素的影響，漿體體積發(fā)生收縮。膨脹劑是一種外加劑，在水泥漿硬化時，其體積卻膨脹，補償漿體的收縮，填充水泥間隙?？椎雷{料收縮變化較大，當(dāng)體積收縮產(chǎn)生裂縫時，會失去部分應(yīng)有的保護作用。有試驗研究認為，孔道注漿料拌和成型后，1d內(nèi)產(chǎn)生快速膨脹，1d后體積變化相對穩(wěn)定，28d時體積只有約0

10、.04%的微膨脹量。這說明注漿料膨脹劑彌補了后期的收縮。注漿料不同時間的膨脹量要適當(dāng):早期膨脹量大，會降低孔道的密實性;反之則會導(dǎo)致孔道內(nèi)填充不密實。當(dāng)時間推移到漿體的中后期時，如果膨脹量大，會導(dǎo)致孔道內(nèi)部局部的應(yīng)力集中；膨脹量小，則不足以彌補孔道注漿料的硬化收縮。膨脹劑宜采用鈣礬石系或復(fù)合型膨脹劑，不得采用以鋁粉為膨脹源的膨脹劑或總堿量0.75%以上的高堿膨脹劑。國內(nèi)大多采用UEA型膨脹劑。5礦物摻合料礦物摻合料對提高灌漿材料強度、工作性、耐久性以及其他物理力學(xué)性能，降低灌漿料水化溫升，抑制堿一集料反應(yīng)都起到至關(guān)重要的作用。通常使用的礦物摻合料為磨細粉煤灰、磨細?；郀t礦渣、硅灰等。這類材料

11、中的活性組分(無定形Si02和Al203等)通過與水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2之間發(fā)生二次水化反應(yīng)，形成類似于水泥水化產(chǎn)物的物質(zhì)，起到密實混凝土和砂漿結(jié)構(gòu)、增加強度和改善耐久性的作用。礦物摻合料宜為優(yōu)質(zhì)摻合料，如級粉煤灰、S95或S105級礦粉、硅灰等。粉煤灰、礦粉的摻入使灌漿料的流動性變好，但是摻量不能太高，否則會使灌漿劑的1d強度達不到技術(shù)規(guī)范要求。粉煤灰二次水化時間很長，灌漿料強度增長緩慢，但是后期強度影響不會太大的。 硅灰能夠填充水泥顆粒間的孔隙，同時與水化產(chǎn)物生成凝膠體，與堿性材料氧化鎂反應(yīng)生成凝膠體。在灌漿材料中摻入適量的硅灰，可顯著提高抗壓、抗?jié)B、保水、防止離析和泌水等性能。6 消

12、泡劑聚羧酸高性能減水劑由于其分子結(jié)構(gòu)上的特性，使其在灌漿料使用中引入較多的不均與氣泡，影響灌漿料的耐久性及強度。通過添加消泡劑來改善灌漿料的和易性。消泡劑在灌漿料中主要有兩方面的作用：一方面能夠抑制灌漿料中氣泡的形成，另一方面能破壞灌漿料中已形成的氣泡。其主要破泡機理是:由于消泡劑的表面張力小，滲透性強，容易進入灌漿料漿體膜內(nèi)。使隔開空氣的漿體膜厚度越來越薄，直至破裂，里面的空氣逸出，消除形成氣泡的條件。常用的粉狀消泡劑有：多元醇和聚硅氧烷等。7 保水劑纖維素醚(CE)是天然纖維素的衍生物，是各類干混砂漿的重要改性外加劑，起著緩凝、保水、增稠、引氣、粘合等功能。常用的保水劑主要有：甲基纖維素、

13、羥丙基甲基纖維素、羥乙基纖維素等。CE在砂漿中的作用主要體現(xiàn)在改善砂漿的工作性和保證砂漿中水泥的水化兩個方面。經(jīng)查閱，纖維素醚系保水劑對灌漿料的流動性影響不大，但對半小時的損失影響較大，且對灌漿料的早期強度影響較大。但低溫條件下（5以下），纖維素醚的保水能力迅速降低。且CE通常會引入大量的氣泡，一方面，均勻穩(wěn)定的小氣泡對砂漿性能有幫助，如改善砂漿的施工性，增強砂漿的抗凍性和耐久性。但相反，尺度較大的氣泡將劣化砂漿的抗凍性和耐久性。這一缺點可通過摻加消泡劑來解決。8 調(diào)凝劑調(diào)凝劑分為緩凝劑和早強劑。早強劑主要有甲酸鹽、三乙醇胺、硅酸鹽、碳酸鹽等。緩凝劑主要有葡萄糖酸鈉、蔗糖等糖類緩凝劑，酒石酸、

14、檸檬酸、酒石酸鉀鈉等羥基羧酸類緩凝劑。五 灌漿料的質(zhì)量技術(shù)指標水泥漿灌漿料的性能有流動性、凝結(jié)時間、泌水率、體積收縮率、濃度及化學(xué)成分等方面的要求。真空灌漿工藝使孔道和灌漿機之間存在著負壓力差，水泥漿通過孔道的阻力較小，使低水灰比、低流動性的水泥漿可以較快、順暢地通過孔道并充滿孔道的所有孔隙，最大可能地減少泥漿收縮變形和孔隙，提高孔道灌漿的飽滿度和密實性。對水泥漿灌漿料的質(zhì)量技術(shù)指標要求如下：序號檢測項目 檢測項目指標要求1凝結(jié)時間/h初凝大于6終凝小于242水泥漿稠度/s初始18±430min283常壓泌水率/%3 h224 h04壓力泌水率/%3.5524h自由膨脹率/%0167

15、d限制膨脹率/%00.17抗壓強度/MPa7d2828d408抗折強度/MPa7d6.028d8.09充盈度合格注：、水灰比：為滿足可灌性要求，一般選用水泥漿，水灰比應(yīng)在0.30.4之間；、漿體流動度1418S；、漿體泌水性：a、小于水泥漿初始體積2%。b、四次連續(xù)測試的結(jié)果的差值1%。c、拌和后24h水泥漿的泌水應(yīng) 能有吸收； 、漿體初凝時間：6小時；、漿體強度：7天齡期強度28MPa，28天齡期強度40MPa（根據(jù)昭麻高速經(jīng)驗，通常使用P.O52.5水泥，要求漿體強度要達到50MPa以上）；、漿體對鋼鉸線無腐蝕作用；六 常用注漿工藝1常規(guī)注漿工藝作為最常用的注漿方法，大體分為兩大階段，一是

16、準備工作階段，另一個是孔道注漿階段。準備階段主要包括:注入清水，清潔孔道安裝出漿口與注漿口的穩(wěn)定閥；在第二階段中：從注漿口開始注漿出漿口出漿，并且冒出濃漿關(guān)掉出漿口閥門穩(wěn)壓2 min注漿端關(guān)閉閥門4h后拆除閥門。到此注漿工序操作完成。 在注漿時，應(yīng)該遵循一定的注漿要求。比方說最常見的曲線孔道，要從低點的注漿孔壓入，從最高點的排氣孔進行排氣與泌水。而在孔道注漿順序方面，應(yīng)先壓下層孔道，后壓上層孔道。注漿應(yīng)循序進行，中間不得停止。較集中的孔道，應(yīng)盡量連續(xù)注漿直至完成。當(dāng)受到條件限制，不能連續(xù)注漿時，后注漿的孔道在注漿前要用水沖洗。注漿時壓力也有一定要求，最大壓力為0.5-0.7MPa；當(dāng)孔道較長時

17、，最大壓力保持在1.0 MPa左右。常規(guī)注漿工藝注漿段、出漿段如圖3.1、圖3.2所示。圖3.1常規(guī)工藝注漿段 圖3.2 常規(guī)工藝出漿段 傳統(tǒng)的注漿工藝明顯的具有局限性，主要表現(xiàn)在：大量的氣泡存在于漿體中，當(dāng)漿體固結(jié)硬化后，氣泡會形成為孔隙，這也是造成漿體內(nèi)部存在條狀或孔狀小孔洞的主要原因；此外，水泥漿會發(fā)生離析、析水、干硬后產(chǎn)生收縮，析出的水造成漿體的減少，致使混凝土強度不足，為工程留下了隱患。但該方法在國內(nèi)橋梁工程中相當(dāng)長時間內(nèi)還將被廣泛應(yīng)用。2真空注漿工藝 受到多種原因的影響，注漿時水泥漿進入會受阻，從而難以達到良好的漿體密實度。這些原因主要包括:使用的預(yù)應(yīng)力孔道內(nèi)壁摩阻力、在梁體混凝土

18、澆筑過程中造成管的損壞、孔道內(nèi)鋼束造成的漿體流動受阻、壓漿泵的壓力不足等。為了排除或減少這些因素的影響，可以采用真空輔助技術(shù)注漿。 真空注漿時，首先需要將孔道抽空，再后壓注水泥。它同時采用了孔道真空吸漿和壓漿進行。具體注漿操作為:清水沖洗，清潔孔道將孔道兩端的錨具封錨清理注漿孔孔道兩端安裝引出管，攪拌水泥漿開啟真空泵將孔道抽真空啟動注漿泵，抽真空端的漿體進入儲漿罐關(guān)掉真空泵，打開排氣閥注漿泵繼續(xù)工作，持壓完成注漿拆卸外接管道。如圖4所示。圖4孔道真空輔助壓漿工藝流程圖 與常規(guī)注漿方法相比較，真空注漿技術(shù)具有如下優(yōu)勢: a、孔道內(nèi)的空氣基本被消除掉，同時也清除了水泥漿中的氣泡，注漿的密實度大大提

19、高。消除了氣泡，提高了注漿的質(zhì)量； b、孔道在整個注漿過程中始終保持了良好的密封性，在真空負壓下，漿體中的稀漿，率先進入負壓容器，使得孔道中漿體的稠度一致； c、在真空狀態(tài)下，減少了彎曲孔道高低而使?jié){體自己形成的壓頭差； d、該技術(shù)有利于復(fù)雜、彎曲孔道的注漿，提高了注漿效率； e、注漿時采用塑料波紋管，耐腐蝕性好，能阻止有害物質(zhì)穿透管道，保證了預(yù)應(yīng)力構(gòu)件具有良好的耐久性。七 灌漿料的常規(guī)試驗檢測方法灌漿料漿體的常規(guī)試驗檢測方法主要涉及抗壓強度、抗折強度、凝結(jié)時間、流錐時間、自由泌水率、壓力泌水率、充盈度、24h自有膨脹率等。所涉及技術(shù)指標具體檢測方法按照JC/T 2093-2011后張法預(yù)應(yīng)力

20、混凝土孔道灌漿外加劑、八 灌漿料的工程質(zhì)量檢測方法1 鉆芯取樣法鉆芯檢測法通常是在發(fā)現(xiàn)存在灌漿質(zhì)量時使用。該方法是最早被用來檢測灌漿缺陷的方法，屬于一種局部破損的檢測手段。其優(yōu)點在于直觀有效，缺點則是工作量大、效率低、費用高，而且容易造成預(yù)應(yīng)力鋼絞線的損傷。2 探底雷達法探地雷達法（，它GPR），利用高頻電磁波，以寬頻帶短脈沖的形式由結(jié)構(gòu)表面?zhèn)魅牖炷羶?nèi)部，遇到異質(zhì)或邊界時被反射回來。而鋼絞線對電磁波有一定的屏蔽作用。它主要的缺點是:不適合于密集鋼筋狀況；由于高頻電磁波受金屬屏蔽的影響，因此不適合于鐵皮波紋管；適用范圍窄，在一定情況下對缺陷不敏感、測試精度低。3 超聲波成像法（UT）超聲波成像

21、法是利用超聲波透射法可以檢測壓漿缺陷，但需要從板的兩側(cè)面對測，而且需要耦合，作業(yè)性差，效率低，難以實用。4沖擊彈性波法檢測技術(shù)沖擊彈性波法檢測技術(shù)原理是在預(yù)應(yīng)力孔道錨具端頭施加一個瞬時機械沖擊激發(fā)的低頻應(yīng)力波，由另一頭的接收端接收激發(fā)信號，由于壓漿缺陷通常發(fā)生在管道的上方，一般只需測試最上方的鋼絞線即可。通過測試彈性波經(jīng)過鋼絞線的傳播時間，并結(jié)合鋼絞線的長度計算出彈性波經(jīng)過鋼絞線的波速。通過波速的變化判斷預(yù)應(yīng)力孔道灌漿密實度的情況。一般地，波速與壓漿密實度有相關(guān)性，隨著密實度增加，波速逐漸減小，隨著密實度降低，波速逐漸增加。當(dāng)灌漿密實度達到100%時，測試的錨索的P波波速接近混凝土中的P波波速。此檢測方法檢測時可分為兩類:1)基于孔道兩端穿透的方法； 2)基于反射的沖擊回波法。該兩種方法從定性和缺陷定位兩方面檢測縱向預(yù)應(yīng)力梁管道的壓漿質(zhì)量狀況，并對測試數(shù)據(jù)進行處理，對典型缺陷進行分析，評價注漿質(zhì)量狀況。該方法在測試過程中針對一個測試面或兩個測試面均可操作，其可操作性較高，是一種較為簡便、有效的測試方法。5 其它檢測方法其它檢測方法主要有表面波頻譜成像