预应力孔道灌浆材料在山东LNG项目的应用研究

周红梅,钟卿瑜,陈竞

(1.广西科技大学土木建筑工程学院，广西柳州545006;2.柳州欧维姆机械股份有限公司，广西柳州545005)

预应力孔道灌浆材料在山东LNG项目的应用研究

周红梅1,钟卿瑜1,陈竞2

(1.广西科技大学土木建筑工程学院，广西柳州545006;2.柳州欧维姆机械股份有限公司，广西柳州545005)

预应力孔道灌浆材料主要用于后张法预应力混凝土构件中的孔道灌浆，灌浆的质量与材料、施工质量有关.通过试验，研究了孔道灌浆材料的流动性、维持流动性和泌水性等物理性能和力学性能，在工厂自动化条件下生产出满足EN447-2007要求的灌浆材料，通过在山东青岛LNG项目中的应用表明:预应力孔道灌浆料能很好的满足施工要求.

预应力;预拌干粉;灌浆材料;工程应用

0 引言

后张法预应力混凝土结构在桥梁中有着广泛的应用［1-2］，而它所有的优势，都必须建立在预应力筋与混凝土粘结完好的基础上.孔道灌浆材料在该结构中具有保护预应力钢筋不受侵蚀、使预应力钢筋与混凝土协同工作的作用.

目前，国内外因灌浆缺陷导致预应力筋锈蚀而引发的事故很多.英国的南威尔士预应力混凝土桥［3］，美国的康涅狄格州Bissell大桥［4］，2008年我国首例因预应力筋腐蚀而损坏的京广线石家庄百孔大桥［5-6］等;因此，孔道灌浆材料的性能直接关系到后张法预应力混凝土结构的使用寿命.

关于预应力孔道灌浆材料的技术规范，国内主要是2008年颁布实施的TB/T3192-2008《铁路后张法预应力混凝土梁管压浆技术条件》［7］，国际上有关预应力孔道灌浆材料试验方法的规定主要是NF EN445-2007标准［8］，它对预应力孔道灌浆料的流动性、维持流动性、泌水性、强度、凝固时间、体积变化和温度的测量方法都有严格的规定.

本文按照EN445-2007标准相关试验要求，对孔道灌浆材料的流动性、流动维持性、泌水性和体积变化率等物理性能及力学性能进行了试验研究，并在工厂自动化条件下生产出了满足欧州标准EN447-2007技术要求的预应力孔道灌浆预拌干粉料［9］，并在山东青岛某LNG项目中进行了应用.

本材料的应用是国内生产的成品预应力孔道灌浆料首次在LNG工程上进行应用，原来的LNG预应力产品均为进口，此次首次进行国内产品试用，施工中灌浆料技术要求不能按照国内的技术标准进行生产，需要按照EN445-2007标准相关试验要求进行验收;因此，成功研制及应用具有很大的意义.其次，预应力孔道灌浆料无须在现场进行原材料配合比调试，每次搅拌所有的原材料都要进行称量配料，实现了在工厂将所有的原材料用现代化技术进行预拌加工，现场只需要加水搅拌，直接灌注，保证了材料的品质优良，减少环境污染，减少了工人劳动强度，使施工操作简单、方便.施工质量(灌浆质量)也由此得到很好地保证.

1 孔道灌浆材料性能试验

1.1 国内外技术要求

随着现代工程对于耐久性及使用年限的要求不断提高，按照原规范JTJ041-2000《公路桥涵施工技术规范》的传统孔道灌浆的部分指标［10］，如抗压强度不低于30 MPa，泌水率不超过3％，自由膨胀率小于10％等，已不能满足实际工程对孔道灌浆料的性能要求［11-12］.基于我国铁路与公路发展水平的不断提高，相关标准的要求也随之提高，交通部于2011年发布JTG/T F50-2011《公路桥涵施工技术规范》替代JTJ041-2000［13］.

国外孔道压浆现场所使用的灌浆料通常为预拌商品灌浆料，预拌商品灌浆料是工厂化的产品，事先通过试验设计，然后在工厂配成均匀的粉体包装成袋，在施工现场只需按说明加水搅拌成浆体即可，采用预拌商品灌浆材料可以有效解决水泥与减水剂及各种外加剂的兼容性问题.

欧洲标准NF EN445-2007规定:1)流动性:用流锥仪测量规定温度范围内流动度在9 s～25 s之间; 2)维持流动性:搅拌后3 h内流动度应保持在25 s内.在规定30 min时间间隔2次相邻测量结果流动度相差不超过20％;3)泌水性:灌浆后3 h内直到凝固，根据EN445-2007标准测试条件测量的泌水率不超过0.3％;24 h内，所有泌水必须完全吸收;4)强度:28 d龄期抗压强度大于等于50 MPa.试件尺寸根据EN 445-2007标准或EN 196-1标准确定;5)凝固时间:在产商规定的温度范围内初凝时间大于3 h.无论在何温度下，终凝时间小于24 h;6)体积变化:根据EN 445-2007标准测量，体积变化率在0～5％;7)温度:灌浆温度不超过35℃;8)灌浆料禁止采用含有氯化物或氯离子的材料.

1.2 孔道灌浆料流动性试验

1.2.1 试验原理

通过测量规定量(1L)的浆体在规定条件下通过锥体出口所需时间以测定浆体流动性，单位为s.

1.2.2 试验仪器

1)锥体尺寸见图1，锥体应由光滑的非吸收性材料制成.锥体容量(不包括顶部和底部的圆柱部分)应为(1.7±0.17)L;2)精确到0.1 s的秒表;3)容量最少为1 L的量筒，直径约为60 mm;4)温度计.

1.2.3 试验概述

立起锥体，使其轴线与地面垂直，开口大的一端向上，并用三脚架支撑稳固.试验期间防止锥体倾斜.将1 L量筒置于锥体出口处.锥体表面应保持干净潮湿，关闭下部锥体漏孔.

灌注浆体填充锥体的锥形面，缓慢灌注浆体以防止产生气泡.打开下部锥体漏孔的同时开始计时，测量1 L浆体流入量筒的时间，精确到0.5 s.测量维持流动度应不时搅拌浆体.

1.3 孔道灌浆料的灯芯致流试验

1.3.1 试验原理

图1 EN445流锥仪/mmFig.1 Flow cone instrument of EN445/mm

该试验能进行体积变化和泌水性的测量.通过不同的时间间隔，从新拌浆体开始到24 h，按规范要求时间测定浆体表面的泌水量来计算浆体的泌水率.体积变化率则是通过同时测量24 h的体积百分比差额确定，体积变化率主要测量泌水和膨胀产生的体积变化.

1.3.2 试验仪器

1)1根内径约60 mm～80 mm，长约1m的透明管，两端封闭;2)1根长约900 mm，由7股钢丝组成的钢绞线，完全放置于透明管内;3)温度计.

1.3.3 试验概述

将透明管垂直放置，固定以避免倾斜和移动.将钢绞线竖直放置于透明管底部，对中.缓慢将浆体注入透明管(可用小导管导入以防止起泡产生).浆体填充至透明管高度h(约高于钢绞线顶部10 mm)，将透明管顶部密封以防止蒸发.记录浆体温度、环境温度、起始时间t和浆体高度hg.

第1 h内每隔15 min记录一次浆体高度hg，随后在第2 h，3 h和24 h内记录浆体高度，测量应忽略浆体的弯液面.记录泌水高度hw，其时间间隔与浆体高度测量的时间间隔相同，见图2.

图2 EN445测泌水示意图/mmFig.2 Measured bleeding by EN445/mm

记录观测到的透明管中浆体外观形态和泌水表现情况，观察是否离析.

1.4 孔道灌浆料力学性能试验

1.4.1 试验原理

将试块进行抗折强度试验折断后再进行抗压强度试验(根据EN196-1标准中规定的浆体机械性能试验修改).

1.4.2 试验仪器

1)符合EN447-2007标准要求的浆体搅拌机;2)符合EN196-1的养护设备，精度为±2℃;3)符合EN 196-1标准的试验机器和装置;4)符合EN196-1的金属模具(40 mm×40 mm×160 mm);5)金属直尺.

1.4.3 试验概述

用制备好的新拌浆体将模具灌满，然后静止放置.保持试件表面平整，然后用玻璃板覆盖试件.脱模后将试件浸入20℃±2℃水中养护.根据EN196-1进行力学性能试验，测量仪器见图3所示，力学性能试块见图4所示.

图3 测量仪器Fig.3 Measuring instrument

图4 力学性能试块Fig.4 The mechanical properties of specimens

1.5 试验结果

根据欧洲标准NF EN445-2007标准规定，对不同配合比条件下孔道灌浆材料的流动性、流动维持性、泌水性和体积变化率等物理性能和力学性能进行了试验研究，其中水泥等级采用P·O42.5级水泥、P·O52.5级水泥，试验结果见表1.

表1 试验结果Tab.1 Test result

根据试验结果可知，孔道灌浆材料的流动性、流动维持性、泌水性和体积变化率等物理性能和力学性能与水、减水剂及其它掺合料的含量多少有很大关系.

按照EN445-2007标准的试验方法要求测量凝固时间和温度，确定不同配合比条件下的样品均能满足要求.最终本文选择既能满足EN445-2007技术要求优良的结果(见表1)，同时通过计算原材料的生产成本，取价格相对较低的配合比进行生产试制，经多次复检，检验结果均符合EN447-2007技术标准要求，见表2.

表2 灌浆材料检验数据Tab.2 Test data of grouting material

2 孔道灌浆材料的应用研究

2.1 山东LNG项目简介

预应力孔道灌浆料(预拌干粉料)于2012年6月在柳州欧威姆机械股份有限公司通过检验，获准在山东某液化天然气(LNG)项目储罐区工程中投入使用.现场施工图示见图5～图8所示.

2.2 孔道灌浆料的工厂化生产

2.2.1 生产设备

在确定试验室检验合格后，进行小批量生产试制，微调配方，任意抽检产品达到EN445-2007的技术要求后，通过自动化生产线大批量生产出合格的预拌干粉料，经过第三方抽检，结果完全符合欧洲标准NFEN447-2007的技术要求.生产设备外观见图9.

孔道灌浆料预拌干粉的工业化生产计量准确，质量有保障，同时能确保环境污染少，便于文明施工.

2.2.2 生产工艺

预拌干粉料生产过程:1)备料称量;2)混合搅拌;3)包装运输.以上每道工序都包括了检验步骤，检验合格后才能继续下一步的生产.图10为生产工艺流程图.

图5 搅拌现场Fig.5 Stirring field

图6 现场灌浆密实度截面Fig.6 Field grouting density cross section

图7 灌浆施工中Fig.7 Grouting construction

图8 LNG项目储罐区Fig.8 Storage area of LNG project

图9 生产设备外观Fig.9 Production equipment

图10 生产工艺流程图Fig.10 Flow chart of production process

2.2.3 施工工艺

孔道灌浆的施工顺序大致为:1)产品抽检;2)预拌干粉料+水搅拌均匀;3)压浆;4)饱满封锚.图11为孔道灌浆的施工工艺流程图.

3 结论

预应力孔道灌浆料经过两年多的试验研究以及第三方抽检，其各项性能指标均能满足EN447-2007技术要求，并通过在山东青岛LNG的首次实践，能很好的满足施工要求.随着国内外预应力技术及规范的完善，将有越来越多的预拌干粉预应力孔道灌浆料得到推广应用.

预拌干粉料在工厂内自动化控制生产，保证了预应力孔道灌浆料的技术性能一致，质量稳定.

预拌干粉灌浆料的应用，保证了灌浆材料及施工质量，使现场施工操作简单，污染少，保护环境，顺应了发展的需要.

图11 施工工艺流程图Fig.11 Flow chartof construction process

［1］高明大，邓年春，陈颜，等.基于锚索计超长预应力束孔道摩阻研究［J］.广西工学院学报，2011，22(1):48-51，60.

［2］韦永乐，吴辉琴，邓宇.钢筋混凝土桥梁底板裂纹成因的有限元分析［J］.广西工学院学报，2006，17(4):72-75.

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［4］曾磊，何培勇，邓潼.真空灌浆工艺在预应力混凝土桥梁中的应用［J］.世界桥梁，2005(2):36-38.

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［6］刘椿，朱尔玉，朱晓伟.受腐蚀预应力混凝土桥梁病因分析［J］.铁道建筑，2006(1):33-35.

［7］TB/T3192-2008.铁路后张法预应力混凝土梁管道压浆技术条件［S］.北京:中国铁道出版社，2008.

［8］BS EN 445-2007.Grout for Prestressing Tendons-Test Methods［S］.London:British Standards Institution，2007.

［9］BS EN 447-2007.Grout for Prestressing Tendons-Basic Requirements［S］.London:British Standards Institution，2007.

［10］路桥集团第一公路工程局.JTJ041-2000公路桥涵施工技术规范［S］.北京:人民交通出版社，2000.

［11］董建伟.预应力孔道灌浆技术研究［D］.北京:中国建筑科学研究院，2006.

［12］徐向锋.孔道压浆性能试验及施工质量的研究［D］.南京:东南大学，2005.

［13］中交第一公路工程局有限公司.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.

Application research of prestressed duct grouting materials in Shandong LNG project

ZHOU Hong-mei1，ZHONG Qing-yu1，CHEN Jing2
(1.School of Civil Engineering and Architecture，Guangxi University of Science and Technology，Liuzhou 545006，China;2.OVM Machinery Company Limited，Liuzhou 545005，China)

Prestressed duct grouting materials are mainly used in duct grouts on post-prestressed concrete.And the quality of grouting is related to materials and construction quality.According to the study of the flow ability，maintenance of flow ability，the bleeding and mechanical property of prestressed duct grouting material，we produce grouting materials that meet the requirements of EN447:2007 under the conditions of factory automation.The application of the LNG project in Qingdao，Shandong indicates that the grouting materials meet the construction requirements well.

prestress;ready-mixed dry powder;grouting materials;engineering application

TU525.9

A

2095-7335(2016)02-0015-06

10.16375/j.cnki.cn45-1395/t.2016.02.003

(学科编辑:黎娅)

2016-01-12

广西科学研究与技术开发计划项目(桂科攻1598007-5)资助.

周红梅，高级工程师，研究方向:预应力技术研究，E-mail:zhm70@163.com.