装配式桥梁波纹管连接用灌浆料制备及力学性能研究

王苓力

(1.辽宁省交通规划设计院有限责任公司 沈阳市 110166； 2.辽宁大通公路工程有限公司 沈阳市 110111)

0 引言

桥梁作为公路工程中实现跨越山谷、道路、江河等障碍物的重要构筑物，因其建造工期长、消耗模板支架量大、结构耐久性差等缺点造成了交通拥堵、环境污染、噪音扰民等不利因素。装配式桥梁使用工业化生产预制方式，相比于传统施工有缩短工期现场快速拼装、节约建筑材料、减少环境污染等优势。

预制构件之间的连接在装配式桥梁结构中关系到整体结构的抗震性能和抗倒塌能力，而灌浆套筒连接方式是一种由工程实践需要和技术发展而产生的新型钢筋连接方式，其关键在于高性能灌浆料性能优劣。要求灌浆料必须具有高流动性要求和较高的力学强度，保证套筒的灌浆饱满效果，消除安全隐患和力的有效传递[1]。本文通过掺入矿物掺合料，研究了掺合料对灌浆料强度以及流动度的影响。

1 试验

1.1 原材料

(1)水泥，采用硅酸盐P·Ⅱ 52.5R级水泥。

(2)砂，采用40～70目中砂和70～140目细砂。

(3)减水剂，粉末状聚羧酸高性能减水剂。

(4)消泡剂，采用有机硅消泡剂，活性成分为聚硅氧烷、聚醚共聚物，PH值为6～8。

(5)JM-2微米级超细矿渣粉，产品的最大粒径在10μm以内，具有高活性、高细度、粒度分布集中等特点，微米级的矿渣粉颗粒在水泥浆体中能够快速水化，提供更高的后期强度，同时微米级的矿渣粉颗粒能够填充粗颗粒间的空隙，形成良好颗粒级配[2]。

(6)超细粉煤灰精细沉珠，一种全球状、连续粒径分布、超细、实心、硅铝酸盐精细沉珠。其因连续粒径分布、球状可改善流变性，降低粘度，增加密实度，提高防腐能力。

1.2 试验配合比

具体试验配合比见表1。A组为标准组的基础上等量替代水泥掺入JM-2；B组为标准组的基础上等量替代水泥掺入精细沉珠；C组为按不同比例双掺两种掺合料等量替代水泥。所有试验组减水剂掺量为0.6%，消泡剂掺量为0.2%，胶砂比为1∶1，水胶比为0.25。

表1 试验配合比

1.3 试验方法

灌浆料抗折抗压强度按《水泥胶砂强度检验方法》(GB/T 17671-1999)执行，测定1d、3d、28d的抗折强度和抗压强度。强度及流动度指标要求参照《节段预制拼装混凝土桥梁技术标准(送审稿)》。

灌浆料的流动度按《水泥基灌浆材料应用技术规范》(GB/T 50448-2008)进行测定，测定初始流动度和30min流动度。

2 试验结果与分析

2.1 技术要求及基准组试验结果

由表2可见，标准组的抗压强度随龄期的增长而增长，1d、3d龄期的抗压强度满足了要求，但28d的抗压强度无法满足技术要求。标准组的初始流动度和30min流动度均满足了技术要求。

表2 技术要求及基准组试验结果

2.2 单掺JM-2微米级超细矿渣粉对灌浆料性能的影响

由图1可见，掺入超细矿粉的1d抗压强度虽低于标准组但仍满足技术要求。3d、28d抗压强度有所提升，且掺入量越大提升效果越明显，28d龄期的活性指数分别为A1组101、A2组114、A3组123。这是由于超细矿粉具有高活性、高细度、粒度分布集中等特点，提供更高的后期强度，同时微米级的矿渣粉颗粒能够填充粗颗粒间的空隙，形成良好颗粒级配。1d抗压强度要低于标准组，可能原因是水泥先进行水化，1d的强度主要由水泥的水化产物提供导致。试验结果表明，虽然A1组较基准组强度有小幅度提高，但仍低于技术指标要求，即单掺超细矿粉时掺量应在15%以上[3]。

由图2可见，随着超细矿粉掺量的增加，试验组的流动度呈降低趋势，超细矿粉掺量对30min流动度的影响要大于初始流动度的影响。A1组的初始流动度为310mm，较基准组的流动度降低了10mm，A1组的30min流动度为260mm，较基准组降低了20mm。A3组的初始流动度为285mm，较基准组的流动度降低了35mm，A3组的30min流动度为220mm，较基准组降低了60mm。原因可能是超细矿粉的粒径小，比表面积大，导致需水量增加，即在用水量不变的情况下会导致胶凝材料颗粒间的层间水减少，从而流动度变小。

掺入矿粉可提高灌浆料的3d和28d强度，满足了技术要求，但是流动无法满足技术要求，即还需要掺入其他掺合料或外加剂来弥补损失的流动度。

2.3 单掺超细粉煤灰精细沉珠对灌浆料性能的影响

由图3可见，B组的28d抗压强度均高于基准组，10%掺量时抗压强度提升幅度最大，抗压强度达到102.1MPa，活性指数为107。B2、B3的1d和3d的抗压强度要低于基准组，掺量越大早期抗压强度越小。由此看出，超细粉煤灰可提高28d的抗压强度，最佳掺量在10%左右，同时掺量越高早期强度越低。可能原因是在最佳掺量下，灌浆料的胶凝材料粉体获得了密实的填充，孔隙率降低，从而提高灌浆料的强度。

图4反映了超细粉煤灰对灌浆料流动度的影响。试验表明，掺入超细粉煤灰之后，灌浆料的初始流动的30min流动度都得到了很好的改善。B1组的初始流动度为360mm，较基准组的流动度增加了40mm，B1组的30min流动度为330mm，较基准组增加了50mm。B3组的初始流动度为368mm，较基准组的流动度增加了48mm，B3组的30min流动度为340mm，较基准组增加了60mm。这是由于超细粉煤灰精细沉珠是一种连续粒径分布、超细、实心的硅铝酸盐精细沉珠，其粒径小，表面光滑，颗粒在水泥颗粒间可起到“滚珠”的作用，减少颗粒间的摩擦阻力，增加浆体的流动性，对改善灌浆料的工作性能十分有利[4]。

试验表明，随着超细粉煤灰精细沉珠的逐渐加入，浆体的流动性增强，但其后期抗折抗压强度提高不明显。为同时满足对流动度和强度的要求，本文将复合掺入JM-2微米级超细矿渣粉和超细粉煤灰精细沉珠，研究其对强度和流动度的影响。

2.4 复掺超细矿粉和超细粉煤灰对灌浆料性能的影响

由图5、图6可见，将JM-2微米级超细矿渣粉和超细粉煤灰精细沉珠复合使用，试验组的流动性和强度都得到了提升，1d强度相比于单掺时也得到了改善。对比C1和C2可得出，在JM-2微米级超细矿渣粉掺量相同的情况下，提高超细粉煤灰精细沉珠的掺量，试块的整体强度下降，浆体流动度增强。对比C1和C3可得出，在超细粉煤灰精细沉珠掺量相同的情况下，提高JM-2微米级超细矿渣粉的掺量，灌浆料的28d强度提高非常明显，流动度有所下降，但流动度要明显优于标准组。对比C1和C3可见，掺合料的总掺量为20%的情况下，C3组的整体表现优于C1组。由此得出，将JM-2微米级超细矿渣粉和超细粉煤灰精细沉珠结合使用，二者相辅相成，C组的初始流动度高于350mm，30min流动度高于320mm。在强度和流动性均满足要求的条件下，后期强度增长趋势突出会对后续竖向膨胀剂等外加剂对强度的负面影响提供保证[5]。

3 结论

(1)JM-2微米级超细矿渣粉能够有效提高灌浆料后期强度，且掺入量越大强度提高越大，但是提高强度的同时会降低浆体的流动度，使其不易搅拌均匀且粘稠。

(2)超细粉煤灰精细沉珠能够有效改善灌浆料浆体流动度，掺入量越大浆体流动性能越好，但浆体流动性大会给强度带来负面影响，使得后期强度无法得到保证。

(3)复合掺入JM-2微米级超细矿渣粉和超细粉煤灰精细沉珠，二者以适当比例结合使用使得强度和流动度均满足要求。既能使试块前中后期强度稳定增长满足技术要求，又能改善浆体流动度。二者结合相辅相成，提高灌浆材料的和易性，降低离析、泌水等，使灌浆料有更加优越的力学和流动性能。