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沈陽(yáng)盛鑫源建材有限公司管道壓漿劑初始流動(dòng)性研究
發(fā)布時(shí)間：
2023-01-04 16:15
沈陽(yáng)盛鑫源建材有限公司管道壓漿劑初始流動(dòng)性研究
后張法預(yù)應(yīng)力管道壓漿劑初始流動(dòng)性是水泥壓漿工作性能的一個(gè)極為重要的指標(biāo)，水泥壓漿液流動(dòng)性的好壞在一定意義上決定著壓漿質(zhì)量的好壞，而管道壓漿質(zhì)量的好壞直接決定著預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的安全性、可靠性與耐久性。因此，管道壓漿作為后張法預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)施工工藝中極為重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者和橋梁工程界人員的關(guān)注，本文依托《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》中的管道壓漿工序，對(duì)水泥壓漿液的初始流動(dòng)性進(jìn)行了研究。
預(yù)應(yīng)力管道壓漿料是由水泥、壓漿劑（由高性能減水劑、微膨脹劑、礦物摻合料、功能助劑等組成）和水按一定摻配比例組成的一種具有超流動(dòng)、微膨脹性、高穩(wěn)定性、高耐久性、早強(qiáng)高強(qiáng)的無(wú)骨料膠凝材料，由于從水泥漿液拌制完成到壓入預(yù)應(yīng)力管道都需要一定的時(shí)間，且在壓漿的過(guò)程中壓漿機(jī)要保持壓力在一定的范圍（通常為0.3~1.0MPa）之內(nèi)，如果漿液的流動(dòng)性不好，勢(shì)必會(huì)增加施工的難度，壓入管道的漿液也極易因?yàn)闈{液的阻塞而出現(xiàn)孔隙，給結(jié)構(gòu)留下隱患。目前，我國(guó)的公路正處于大建設(shè)的時(shí)期，各地的氣候條件和施工條件差別較大，對(duì)于《JTG/T F50-2011》中規(guī)定的5~40℃的施工溫度從下限到上限漿液的流動(dòng)性也是有較大差別的，且再加上在施工過(guò)程中各地材料的選取各不相同和施工方法復(fù)雜多變及其它一些外因素的影響，往往很難保證水泥漿液的流動(dòng)性，直接導(dǎo)致了壓漿施工的壓漿不密實(shí)、空隙多和施工困難等一系列問(wèn)題。下面就從對(duì)水泥漿液流動(dòng)性影響大的主要3個(gè)方面來(lái)進(jìn)行討論。
1、沈陽(yáng)混凝土原材料及配合比對(duì)漿液初始流動(dòng)性的影響
原材料及不同配合比對(duì)漿液性能的影響是決定性的，優(yōu)質(zhì)的水泥、專用壓漿劑、合格的施工用水及正確的配合比是壓漿質(zhì)量保證的先決條件。本試驗(yàn)根據(jù)本公司混凝土試驗(yàn)室現(xiàn)有的材料中選取冀東P.O42.5級(jí)、竣凱P.O42.5級(jí)、工源P.O42.5級(jí)3種水泥；選取本公司自主研發(fā)的預(yù)應(yīng)力管道壓漿劑；選取JTG/T F50-2011規(guī)定的0.26、0.27、0.28的3種不同水膠比來(lái)進(jìn)行正交試驗(yàn)。
依據(jù)上面的正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)，在試驗(yàn)室條件下（試驗(yàn)室溫度20±2℃，相對(duì)濕度≥50%）進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)漿液流動(dòng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)中所用儀器均為規(guī)范規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)儀器，其中流動(dòng)度測(cè)試儀用1725mL的試驗(yàn)室用水標(biāo)定時(shí)流動(dòng)度為8.15s，在JTG/T F50-2011規(guī)定的8.0±0.2s的范圍之內(nèi)。試驗(yàn)中每次測(cè)試流動(dòng)度時(shí)所加漿液均在用水標(biāo)定的刻度線上，試驗(yàn)結(jié)果如下表1-3。
從試驗(yàn)的結(jié)果可以看出，9種不同的配合比在試驗(yàn)室條件下其初始流動(dòng)度都滿足規(guī)范的要求，最大的初始流動(dòng)度為16s，最小的為17.8s。用運(yùn)方差分析的方法對(duì)以上正交試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析可知：
（1）水泥品種對(duì)水泥壓漿液初始流動(dòng)度有著較為顯著的影響，其中冀東水泥的壓漿液初始流動(dòng)度相對(duì)其他兩種品牌水泥壓漿液較大，相對(duì)壓漿劑的適應(yīng)性較好。
（2）水膠比對(duì)水泥壓漿液初始流動(dòng)度的影響顯然是比較大的。從0.26到0.28其初始流動(dòng)性都在不斷增大，這可以從直觀上進(jìn)行理解，水膠比越大，漿液越‘稀’，流動(dòng)性越強(qiáng)。
根據(jù)方差分析及綜合各方面的考慮，確定在本研究中用水泥（冀東）：壓漿劑（盛鑫源）：水=2.7：0.3：0.84為最佳配合比來(lái)進(jìn)行試驗(yàn)研究。
2、沈陽(yáng)混凝土溫濕度對(duì)漿液初始流動(dòng)性的影響
管道壓漿液在拌合之后之所以能逐漸凝結(jié)和硬化，直到獲得最終的強(qiáng)度，是因?yàn)樗嗨饔玫慕Y(jié)果。水泥的水化作用的快慢除了與壓漿液自身的材料組成及配合比有關(guān)外，還與外界溫度的變化有相當(dāng)大的關(guān)系，當(dāng)溫度上升時(shí)，水化作用的速度加快；當(dāng)溫度下降時(shí)，水化作用的速度減緩，一旦溫度降到0℃時(shí)，漿液中的一部分水開(kāi)始結(jié)冰，參與水化作用的液態(tài)水減少，而一旦當(dāng)溫度降低到漿液里面的液態(tài)水完全變成固態(tài)時(shí)，水化作用基本上停止，相應(yīng)的強(qiáng)度就不再增長(zhǎng)。
不同溫度下的水泥水化作用過(guò)程在很大程度上影響著以水泥為基材的漿液的流動(dòng)性以及流動(dòng)保持性，所以溫度對(duì)水泥水化作用的影響可能會(huì)影響孔道壓漿液的初始流動(dòng)性。由于預(yù)應(yīng)力孔道壓漿液是由水泥和壓漿劑（粉煤灰、膨脹劑、減水劑、外摻料等）及水混合而成的漿液，其流動(dòng)性和流動(dòng)保持性是一個(gè)很重要的工作指標(biāo)，按照上一章確定的最佳配合比作漿液在0℃、10℃、20℃及40℃的流動(dòng)性保持試驗(yàn)，研究溫度對(duì)孔道壓漿液流動(dòng)性的具體影響。
試驗(yàn)時(shí)，按照前面試驗(yàn)確定的配比水泥（冀東）：壓漿劑（盛鑫源）：水=2.7：0.3：0.84將試驗(yàn)原材料和儀器放入溫度可調(diào)的試驗(yàn)箱里放置24h，然后將稱量好的材料連同儀器一同拿出在試驗(yàn)室條件（20±2℃，濕度＞50%）及轉(zhuǎn)速為1400r/min下進(jìn)行試驗(yàn)，從攪拌到測(cè)試的整個(gè)過(guò)程在4min鐘內(nèi)完成，且每次試驗(yàn)后的壓漿液不重復(fù)使用，結(jié)果如下表2-1。為了更直觀的觀察溫度對(duì)壓漿液流動(dòng)性以及流動(dòng)保持性的影響，將上表中的數(shù)據(jù)作成曲線圖來(lái)進(jìn)行分析研究，見(jiàn)下圖2.1：
由上圖可以看出，隨著溫度的升高壓漿液的初始流動(dòng)度呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，且在0℃~20℃之間流動(dòng)度的變化比20℃~40℃之間的變化要大。從流變力學(xué)角度出發(fā)，決定壓漿液流動(dòng)性的主要參數(shù)是漿體的屈服應(yīng)力，屈服應(yīng)力和體系黏性變形中顆粒間的摩擦阻力有關(guān)，溫度升高摩擦阻力減小流動(dòng)性增加；溫度降低摩擦阻力增大流動(dòng)性降低。
由于濕度對(duì)漿液性能的影響主要是在制成試件后收縮和強(qiáng)度形成過(guò)程中，在試驗(yàn)室條件下濕度對(duì)初始流動(dòng)度的影響微乎其微，故在此不做詳細(xì)討論。
3、沈陽(yáng)混凝土攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)水泥漿液初始流動(dòng)性的影響
用于預(yù)應(yīng)力管道壓漿劑攪拌的攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)漿液初始流動(dòng)度的影響是巨大的，正是由于在短時(shí)間內(nèi)攪拌機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)，才使得水泥漿液在短時(shí)間內(nèi)能混合均勻、發(fā)生各種材料間的化學(xué)反應(yīng)才使得該種混合液具有一定的彈性、韌性及流動(dòng)性。根據(jù)規(guī)范壓漿用攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速不得低于1000r/min且線速度控制在10~20m/s。那么攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)水泥漿液初始流動(dòng)性究竟是如何影響的？本試驗(yàn)就攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)妮^慢的膠砂攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速（70r/min）開(kāi)始逐漸提高，來(lái)研究轉(zhuǎn)速對(duì)漿液初始流動(dòng)性的具體影響
選取水泥（冀東）：壓漿劑（盛鑫源）：水=2.7：0.3：0.84的配合比在試驗(yàn)室條件下（試驗(yàn)室溫度20±2℃，相對(duì)濕度≥50%）來(lái)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)，具體的試驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表3-1。
為了直觀起見(jiàn)，將以上數(shù)據(jù)做成柱狀來(lái)進(jìn)行分析研究，如下圖3.1。從柱狀圖中可以直觀的看出，預(yù)應(yīng)力管道壓漿劑用攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速對(duì)新拌漿液的初始流動(dòng)度的影響是巨大的，當(dāng)轉(zhuǎn)速?gòu)?0~2000r/min增加的過(guò)程中，水泥漿液初始流動(dòng)度反映在柱狀圖上的變化是迅速的；當(dāng)轉(zhuǎn)速由2000r/min繼續(xù)增加時(shí)，其初始流動(dòng)度基本沒(méi)有大的變化。究其原因主要表現(xiàn)在：
（1）從宏觀上講，在攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速在70~2000r/min的范圍內(nèi)增加時(shí)，攪拌機(jī)的高速旋轉(zhuǎn)使得混合料各組分之間的的結(jié)合越充分，其化學(xué)反應(yīng)程度也相應(yīng)的增加，有利于原材料性能的充分發(fā)揮表現(xiàn)在其流動(dòng)性逐漸增加。
（2）從微觀上講，隨著轉(zhuǎn)速在微觀上在70~2000r/min范圍內(nèi)增加時(shí)，攪拌機(jī)葉輪對(duì)凝膠性質(zhì)的漿液的機(jī)械剪切越來(lái)越大，破壞了原來(lái)凝膠材料的黏結(jié)形式，減小了漿液內(nèi)部粒子間的相互吸引力。轉(zhuǎn)速越高，表現(xiàn)越明顯，流動(dòng)性也就越來(lái)越明顯。
（3）當(dāng)攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸增加時(shí)，對(duì)容器內(nèi)漿液的攪拌增強(qiáng)，漿液整體的移動(dòng)增強(qiáng)，根據(jù)流體力學(xué)的知識(shí)可知漿體必然發(fā)熱，當(dāng)轉(zhuǎn)速越來(lái)越高時(shí)其產(chǎn)生的熱量越來(lái)越多，根據(jù)前面得出的結(jié)論，其流動(dòng)性也必然增加。
（4）在攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到2000r/min以后，上面所有的作用在該條件下基本上已經(jīng)達(dá)到了極限狀況，再增加攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速其初始流動(dòng)性也不會(huì)再有大的變化。
管道壓漿劑的初始流動(dòng)度是水泥漿液性能的一個(gè)重要指標(biāo)，保證其在各種環(huán)境及條件下的流動(dòng)性對(duì)于預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)意義重大。
4、沈陽(yáng)混凝土結(jié)論
（1）用于管道壓漿的壓漿液（主要指水泥與壓漿劑）的配合比對(duì)水泥漿液的初始流動(dòng)性的影響是決定性的。要保證水泥漿液的初始流動(dòng)性就首先要保證水泥的質(zhì)量（須42.5級(jí)以上）和專用壓漿劑的質(zhì)量，這是影響工程施工中漿液流動(dòng)性能的最主要因素。在配合比的調(diào)整過(guò)程中要保證水膠比在0.28以下，以免為了保證流動(dòng)性而給水泥漿液別的性能造成影響。
（2）溫度對(duì)漿液性能的影響表現(xiàn)在在一定的溫度（0~40℃）范圍內(nèi)，隨溫度的增加其流動(dòng)性增強(qiáng)。在0℃由于漿液中的部分水結(jié)冰，水泥的水化作用及化學(xué)反應(yīng)明顯下降，流動(dòng)性大受影響。在溫度逐漸上升的過(guò)程中，流動(dòng)性在0~20℃間的變化比20~40℃間的變化要大，在管道壓漿施工中要確保環(huán)境及漿液的溫度，保證水泥漿液的流動(dòng)性。
（3）轉(zhuǎn)速對(duì)水泥漿液初始流動(dòng)度的影響具體表現(xiàn)在在一定的環(huán)境條件下當(dāng)攪拌機(jī)轉(zhuǎn)速?gòu)?0~2000r/min增加時(shí)，水泥漿液的初始流動(dòng)性逐漸增強(qiáng)；當(dāng)轉(zhuǎn)速達(dá)到2000r/min后，水泥漿液的初始流動(dòng)性基本趨于穩(wěn)定，不會(huì)再有較大的變化。
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