养护温度对低温灌浆料强度发展的影响

李晓明，苏忠纯，陈韬

（中交天津港湾工程研究院有限公司，天津 300222）

目前，灌浆料已广泛应用于桥梁支座、机械设备安装、港口码头轨道安装的灌浆以及混凝土结构的加固补强等。东北地区冬季气温低，冬期施工时间可达5个月之久，而灌浆料浆体温度低于5℃时，水泥的水化反应缓慢，而应用在-15℃外界环境中采用水泥基灌浆料对港口工程混凝土结构进行修补加固时，如发生水泥硬化之前水已冻结成冰，将直接影响灌浆料中胶凝材料的水化进程，强度发展也不能正常进行。GB/T 50488—2008《水泥基灌浆材料应用技术规范》[1]中规定了冬期施工时应注意三点：①灌浆前采取措施预热基础表面，使其温度保持在10℃以上，并清除积水；②采用不超过65℃的温水拌合水泥基灌浆材料，浆体的入模温度在10℃以上；③受冻前，水泥基灌浆材料的抗压强度不得低于5 MPa。

混凝土结构修补和加固的基本步骤为：清理混凝土表面→支设模板→灌浆→养护→拆模。但是在实际工作中发现，严格按照GB/T 50488—2008《水泥基灌浆材料应用技术规范》[1]规定的三点进行施工，灌浆料的硬化速度和后期强度发展仍存在问题。规范中规定的前两点与常温型灌浆料使用条件相似，那么是否养护和拆模的时间没控制好，导致灌浆料的早期抗压强度不足，水化不完全，后期强度不能正常发展呢？以下对不同养护温度下低温灌浆料强度发展的影响因素进行了试验研究。

1 试验方案

1）在常温型灌浆料配方的基础上，适当提高快硬硫铝酸盐类胶凝材料的比例，同时调整减水剂、促凝剂、缓凝剂的用量，配制成低温灌浆料，经过筛选后，选择其中一种采用合理的水胶比搅拌后进行负温试验。

2）参考GB/T 50488—2008《水泥基灌浆材料应用技术规范》[1]规定，-15℃时应用于混凝土结构修补加固的灌浆料主要性能指标见表1。

表1 -15℃修补加固用灌浆料主要性能指标Table 1 The main performance index of the grouting material for repair and strengthen at-15℃

3）试验方法。

采用4种养护方式对低温灌浆料进行试验检测。具体试验方案见表2。试验方法按GB/T 50488—2008《水泥基灌浆材料应用技术规范》[1]规定方法进行。

表2 低温灌浆料养护方法Table 2 Curing method of grouting material at low temperature

2 试验检测结果及分析

2.1 试验结果

-15℃环境下低温灌浆料试验结果见表3。

表3 低温灌浆料-15℃物理性能试验结果Table 3 Physical property test resultsof the grouting material at-15℃

2.2 试验结果分析

1）泌水率。泌水会引起某些不良的后果，如会引起麻面、塑性开裂、表层强度降低等问题，选择合适配比使灌浆料不泌水。通过试验验证，本次试验无泌水现象。

2）流动度。流动度及30 min后灌浆料的流动度是保证灌浆料顺利施工的关键。经试验验证初始流动度及30 min后流动度均符合标准规定要求。

3）1 d抗压强度。灌浆料在标准养护条件下和负温环境下，1 d抗压强度均满足标准要求。

4）低温灌浆料强度发展规律：

①负温条件下低温灌浆料强度随龄期发展规律，强度发展状况见图1。在标准养护条件下，强度正常发展；在持续-15℃环境下2 h抗压强度可达到40 MPa以上，当其继续受冻，强度仍能持续增长，未发生强度倒缩现象，但增长趋势变缓，不能满足28 d抗压强度达到48 MPa的要求。

图1 负温下低温灌浆料强度发展规律Fig.1 Strength development law of the grouting material at minus temperature

②-15℃转标准养护，强度发展规律如图2。持续-15℃2 h、1 d、7 d转标准养护后，强度正常持续增长，28 d抗压强度达60 MPa以上，负温7 d以内龄期对后期强度影响不大。说明灌浆料胶凝材料未水化完全前受冻一定时间再解冻，水化过程仍可继续进行，不影响强度的正常发展。

图2 -15℃负温转标养强度发展趋势Fig.2 Development trend of the strength from-15℃to the standard curing temperature

③标准养护后转-15℃负温环境，强度发展规律如图3。标准养护期强度增长很快，当标准养护时间为2 h时，强度已达43.5 MPa，然后将其采用低温养护，至1 d时强度几乎未有增长，后期强度增长也相当缓慢，不能满足规范要求；但当标准养护时间达1 d后转负温，28 d龄期时抗压强度可大于48 MPa，56 d龄期时抗压强度可大于54 MPa。标准养护转负温养护，后期强度持续增长，未出现强度倒缩现象。

图3 标养转负温强度发展趋势Fig.3 Development trend of thestrength from thestandard curing temperature to minustemperature

5）钢筋锈蚀。由于负温施工所用灌浆料的配方是在常温施工灌浆料的基础上适当提高快硬硫铝酸盐类胶凝材料的比例，同时调整减水剂、促凝剂、缓凝剂的用量。不同种类的外加剂可能会引入一定量的氯离子。正常情况下，即没有氯离子或其他腐蚀性介质情况下，钢筋在混凝土的潮湿、碱性环境中处于钝化状态，在CL-未达到一定浓度时，钢筋能够保持钝化状态，但当CL-达到一定浓度时，即会引发氧化铁层的分解，然后使铁分离，导致锈蚀破坏[2]，最终导致整体实体构件的寿命降低。由此可见氯离子的影响不容忽视，一定要保证灌浆料对钢筋无锈蚀后才可使用。采用GB 8076—1997《混凝土外加剂》[3]中钢筋锈蚀测定方法进行钢筋锈蚀试验。试验结果如图4。

图4 钢筋锈蚀试验Fig.4 Corrosion test of steel bar

由钢筋锈蚀图看出钢筋阳极化电位随着时间的延长而增长，为钝化曲线，表明阳极钢筋表面钝化膜完好无损，灌浆料对钢筋无害。

3 结语

1）低温灌浆料各项性能均满足《水泥基灌浆材料应用技术规范》标准规范规定要求。

2）低温灌浆料进入负温环境7 d以内转入标准养护环境，强度增长仍可满足规范要求。

3）低温灌浆料需至少标准养护1 d后转入负温养护环境，后期强度才可满足规范要求。

4）正温养护龄期对灌浆材料的强度有着决定性的影响。当环境温度在-15℃时，应采取有效的保温防寒措施使低温灌浆料在正温下养护1 d，才能保证灌浆材料中胶凝材料的水化完全，实现强度的正常发展。

5）不能仅仅凭借“受冻前强度不低于5 MPa”的要求决定灌浆料的养护时间和拆模时间。养护时间过长，浪费资源，成本增加；养护时间不够，又会直接影响修补加固工程的质量。因此建议在使用各种低温灌浆料之前，应根据所使用负温条件进行正温转负温养护试验，以确定合理的正温养护龄期，保证灌浆料的正确使用，施工程序的合理顺畅，为工程质量提供保障。

[1]GB/T 50488—2008，水泥基灌浆材料应用技术规范[S].GB/T 50488—2008，Code for application technique of cementationsgrout[S].

[2]赵筠.钢筋混凝土结构的工作寿命设计——针对氯盐污染环境[J].混凝土，2004（1）：3-15.ZHAO Jun.Service life design of reinforced concrete structures exposed tochlorideenvironment[J].Concrete，2004（1）：3-15.

[3]GB 8076—1997，混凝土外加剂[S].GB 8076—1997，Concreteadmixture[S].