粉煤灰及聚羧酸减水剂在压浆料中的应用

黄晓静

(中铁二十局集团第四工程有限公司，山东青岛266061)

0 引言

目前，公路、铁路桥梁多数采用预应力结构，尤其是后张法在施工现场应用较多。后张法预应力结构在张拉完成之后，必须对预留孔道进行灌浆处理，其作用主要是防止预应力筋锈蚀、传递钢筋应力、减轻锚具及锚下负荷等。因此，对孔道灌浆的质量必须重视。

《JTG/T F50—2011公路桥涵施工技术规范》(下称新桥规)自2011年8月1日起实施，其中对预应力孔道压浆提出了很高的要求。例如，新桥规在原桥规的基础上又提出了凝结时间、3 h钢丝间泌水率、压力泌水率、充盈度、抗折强度等技术要求，高性能混凝土中更是提出了含气量、氯离子含量、SO3含量、电通量等要求。尤其是水胶比，原桥规规定宜为0.40～0.45，掺入适量减水剂时可减小到0.35［1］;而新桥规规定为0.26～0.28［2］。在如此低的水胶比下为了满足浆体的可灌性，必须掺加减水率高的聚羧酸减水剂;同时，因为水胶比较低，浆体的强度指标也更容易保证。因此，还可以掺加一定量的粉煤灰、矿渣粉等矿物掺合料，对于改善浆体的稳定性、充盈性、耐久性也是有利的。现对粉煤灰和聚羧酸外加剂掺量对浆体性能的影响进行详细的研究。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料

根据JTG/T F50—2011，水泥宜采用强度等级不宜低于42.5的硅酸盐水泥或普通水泥，本课题研究采用P.O 52.5水泥，实测比表面积为325 m2/kg，游离氧化钙含量为0.8%，碱含量(Na2O+0.658K2O)为0.53%，氯离子含量为0.018%，其它指标符合GB175的要求。

为了改善浆体流动性，必须掺加减水剂。经试验，以往采用的萘系减水剂在0.28以下的水胶比下难以达到规定的流动度，因此选用了聚羧酸减水剂。考虑到施工方便，将来要与膨胀剂或水泥配制成压浆剂或压浆料，聚羧酸减水剂采用了弗克生产的粉剂，在推荐掺量(0.3%)下减水率为35%，含气量为3.4%，3 d、7 d、28 d抗压强度比分别为310%、220%、185%，碱含量(Na2O+0.658K2O)为3.6%，氯离子含量为0.005%。

为了弥补水泥水化中的体积收缩，掺加适量的UEA复合膨胀剂，其水中7 d限制膨胀率为0.070，空气中21 d限制膨胀率为0，3 d、7 d抗压强度分别为23.5 MPa、44.2 MPa，达到GB 23439规定的II型标准;碱含量(Na2O+0.658K2O)为0.51%，氯离子含量为0.03%。

粉煤灰采用I级灰(F类C50及以上混凝土用粉煤灰)，0.045 mm方孔筛筛余为8%，烧失量为2.7%，需水量比为94%。

1.2 试验方法

按照水泥∶膨胀剂∶水=900∶100∶280的比例配料，采用转速不低于1 000 r/min的高速搅拌机搅拌。经计算，上述配比中氯离子含量、碱含量、SO3含量均符合JTG/T F50—2011的要求。

新拌浆体的性能主要检测流动性、保水性、凝结时间、含气量、膨胀率和充盈度等，硬化体的性能主要检测抗压强度、抗折强度、电通量等。上述性能的检测方法参照JTG/T F50—2011附录C。

为研究粉煤灰掺量对浆体性能的影响，在减水剂、膨胀剂、用水量不变地的条件下，采用粉煤灰取代10%、20%、30%、40%的水泥，同样用JTG/T F50—2011的检测方法进行检测。

因为没有骨料的影响，电通量试件采用内径90 mm的PVC管制作，测定结果按GB/T50082规定的方法进行折算。

2 试验结果与分析

2.1 浆体流动性

为研究聚羧酸外加剂掺量对浆体性能的影响，采用纯水泥内掺10%膨胀剂做为胶凝材料，按0.28的水胶比加入水，聚羧酸粉剂按胶凝材料总量的0.2%、0.3%、0.4%加入，分别测定浆体的流动性。经反复试验，并调整聚羧酸中复配的缓凝剂、引气剂、稳定剂的掺量，当复合聚羧酸外加剂掺量在0.3%时初始流动度、30 min流动度、60 min流动度能够满足规范要求。

保持减水剂、膨胀剂掺量不变，水胶比为0.28，采用粉煤灰取代10%、20%、30%、40%的水泥后，浆体的流动性变化见图1。从试验结果可见，由于粉煤灰的填充效应和滚珠效应，浆体的流动性随粉煤灰掺量的增多而增大;但因为粉煤灰细度要略细于水泥，当掺量超过30%后需水性增加。因此，用粉煤灰取代30%左右的水泥对改善浆体的流动性是十分有利的。

图1 浆体流动性与粉煤灰掺量的关系

2.2 浆体充盈度

在施工过程中，浆体不饱满是最容易出现的质量通病。出现上述问题的主要原因有:浆体流动性差，某些区域浆体不能到达;浆体保水性差，泌水后形成空洞;水泥浆收缩率太大，凝结后形成空洞;孔道不畅，空气阻滞，余留空洞;压浆量不足，填不满整个孔道等等［3］。从浆体的性能方面考虑，主要的控制指标是泌水率和膨胀率，新桥规中增加的充盈度指标其实是二者的综合表现。

为了改善浆体的保水性，通常采取增加细颗粒含量如掺入硅灰、膨润土等，但对流动性、收缩性会产生一定不良影响［3］。新桥规规定浆体的水胶比不超过0.28，本身已具备较好的保水性，掺加适量的粉煤灰、矿渣粉可进一步增加保水性。

为了防止水泥石收缩产生的裂纹和空洞，必须掺加一定量的膨胀剂补偿收缩。用粉煤灰取代一部分水泥后，因粉煤灰的微集料效应，膨胀剂的掺量可以适当降低，或者在相同掺量时膨胀率更大。

掺加粉煤灰后浆体的泌水率、膨胀率及充盈性见表1。由表1可以看出，掺加一定量的粉煤灰对浆体的保水性、膨胀率都有一定的有利影响。

2.3 浆体硬化后的强度

一般说来，因为粉煤灰的二次水化在常温常压下速度较慢，随着粉煤灰掺量的增加，浆体的早期抗压强度会降低，这对于移梁、架设是不利的。因此，粉煤灰的掺量应以早期强度能够达到规范规定或设计值为限。表2是掺加不同掺量的粉煤灰后的强度发展情况，根据规范的要求，粉煤灰掺量在30%以内对浆体的早期强度影响较小，当环境温度较低时还可以进一步减少粉煤灰的掺量。

表1 浆体的泌水率、膨胀率和充盈度

2.4 浆体硬化后的电通量

表2 粉煤灰掺量对水泥浆强度的影响

为了衡量浆体的密实性和护筋性，新桥规在高性能混凝土中提出了电通量不超过1 500 C的要求。掺加适量的粉煤灰后，由于物理填充和化学填充，以及保水性增加、收缩性减少，对提高浆体的密实性是有利的。图2是不同粉煤灰掺量下的电通量试验结果(28 d)，可见掺加0～40%的粉煤灰后电通量都能满足规范要求，其中掺量在30%左右电通量达到最小。

3 结论与建议

图2 28 d电通量与粉煤灰掺量的关系

作为试验研究和工程实践，芦竹湾昌水大桥全桥长247.0 m，上部结构为6×40 m预应力混凝土T梁，采用后张法进行张拉，孔道压浆强度为M50净浆，原材料为P.O 52.5水泥、I级粉煤灰(掺量30%)、聚羧酸高效减水剂、饮用水，施工中水泥浆体可灌性能良好，孔道压浆没有出现空洞现象，抗压强度和电通量全部达到设计要求。

综上所述，可以认为粉煤灰在一定掺量范围内可以改善浆体的流动性、稳定性和耐久性，掺量在30%以内早期强度可以满足规范要求。

［1］中华人民共和国交通部.JTJ/T 041—2000公路桥涵施工技术规范［S］.北京:人民交通出版社，2000.

［2］中华人民共和国交通部.JTG/T F50—2011公路桥涵施工技术规范［S］.北京:人民交通出版社，2011.

［3］罗永会，高振国，韩永亮.预应力混凝土孔道灌浆材料技术性能的改进研究［J］.铁道标准设计，2005(8):54-55.