粉煤灰基灌浆材料在装配式桥墩连接部位中的应用

李志杰，姜瑞双，李 利，邵 玉

（1.山东高速集团有限公司，山东 济南 250098；2.山东省交通科学研究院，山东 济南 250031；3.山东省桥隧结构性能评估与耐久性提升工程实验室，山东 济南 250102；4.山东高速集团有限公司创新研究院，山东 济南 250098）

引言

随着建筑施工技术的不断完善与发展，桥梁行业从传统的现浇逐渐向工业化装配式施工发展，加快了工程建设的进度，降低了建设单位的成本［1-2］。与现浇桥梁结构相比，预制拼装桥梁结构具有施工便捷、质量稳定、对环境和交通影响小等优点，具有良好的节能与环保特点，已成为世界桥梁结构的主要发展趋势［3-5］。但装配式建筑在我国应用时间较短，装配式桥墩、盖梁的结合部位是装配式结构的薄弱环节，因此，连接材料的性能决定着结构服役的整体性和安全性［6-8］。

随着装配式下部结构在高速公路的推广应用，连接部位的灌浆材料用量也越来越大。装配式桥梁的墩柱自重大，安装连接过程需使用大型吊装机械定位安装，且填充混凝土硬化强度满足要求前，吊装机械不得停止使用。因此，使用力学性能发展快的充填材料可以提升施工速度、加快吊装机械的周转，节约安装成本。预制墩柱与填充材料浇筑时间不一致，新旧混凝土收缩不协调，容易产生裂缝［6］，要求填充材料体积稳定性好，自身收缩小或能补偿收缩。因此，力学性能发展快、流动性以及体积稳定性良好的节点填充材料成为解决装配式下部结构不稳定问题的关键。

1 节点连接材料比选

所选材料关键性能依据现行国家标准《水泥基灌浆材料应用技术规范》（GB/T 50448—2015）的有关规定执行，指标见表1。

表1 节点连接材料的关键指标要求

1.1 早强型粉煤灰基灌浆料

早强型粉煤灰基灌浆料的流动度和强度测试结果见图1。

图1 早强型粉煤灰基灌浆料性能发展规律

随着静置时间的增长，材料的流动性逐渐减小，静置30 min 后，由初始的345 mm 下降至295 mm。在静置60 min 后，流动度为0，此时材料已凝结，并开始硬化。早强型粉煤灰基灌浆料凝结硬化快，施工时间短，需注意使用条件及适合的施工环境。

随着养护龄期的延长，材料的抗折、抗压强度逐渐增大。早强型粉煤灰基灌浆料3 h 抗压强度即可达到35.8 MPa，材料的早强抗压强度非常高，1 d 强度可达到48.8 MPa，后期强度逐渐发展，28 d 抗压强度可达83.0 MPa，早期和后期强度均满足施工设计要求［10］。抗折强度的发展规律同抗压强度一样，3 h 抗折强度基本与普通型材料1 d 抗折强度相当，28 d 抗折强度达到8.0 MPa。

1.2 普通型粉煤灰基灌浆料

普通型粉煤灰基灌浆料的流动度和强度测试结果见图2。

图2 普通型粉煤灰基灌浆料性能发展规律

随着静置时间的增长，材料的流动性逐渐减小，但前30 min 损失不明显，由初始的340 mm 下降至315 mm。在静置60 min 后，流动度损失较大，降低至265 mm，仍然能施工，但流动较慢。随着养护龄期的延长，材料的抗折、抗压强度逐渐增大。普通型粉煤灰基灌浆料1 d 抗压强度即可达到40.5 MPa，材料的早强抗压强度较高，3 d 抗压强度可达到50 MPa 以上，28 d 抗压强度可达73.7 MPa，满足《水泥基灌浆材料应用技术规范》（GB/T 50448—2015）要求［10］。抗折强度的发展规律同抗压强度一样，1 d 抗折强度4.1 MPa，28 d 抗折强度7.8 MPa。

1.3 超高性能混凝土

UHPC 的流动度测试和强度测试结果见图3。

图3 UHPC 节点连接材料性能发展规律

由图3 可知，随着静置时间的增长，材料的流动性逐渐减小，但流动度损失不明显，由初始值的720 mm 下降至30 min 的690 mm 再下降至60 min 的650 mm。在静置60 min 后，仍具有很好的流动性，能够保证正常施工。随着养护龄期的延长，UHPC 材料的抗压强度不断增长，养护前期抗压强度发展很快，3 d 抗压强度就可以达到88.4 MPa。随着养护龄期的延长，抗压强度增长速度有所减缓，7 d 抗压强度96.5 MPa，28 d 抗压强度122.8 MPa，抗压强度能够满足施工设计要求［10］。

2 粉煤灰基灌浆料的工程应用

现场施工季节为夏季，环境温度25 ～35 ℃，太阳直射温度可达40 ℃以上。早强型材料在高温下凝结硬化过快，出现未浇筑完成就已硬化的问题，其更适合于冬季低温环境下施工。因此，施工选择普通型粉煤灰基灌浆料作为节点连接材料。

2.1 搅拌和浇筑

按设计配合比，分别量重干料及水。拌浆设备采用自制搅拌机，搅拌时间为3 min。预先润湿搅拌桶及搅拌头，在搅拌桶中依次放入干料和水。同时开启搅拌机和底座转盘，并开始秒表计时。3 min 拌和结束，关闭搅拌机和底座转盘。搅拌好的浆料静置1 ～2 min，排除浆体内因高速搅拌引入的气泡，如静置后有沉淀现象，可略微搅动数下使之均匀。现场制作简易溜槽作为灌浆通道，然后打开搅拌机下料口，使浆体缓慢流入结合处空隙，并用搅拌棒沿墩柱四周插到，保证空隙密实，浆液灌满后等待2 min 进行补灌，防止浆体沉降导致灌注不饱满。灌注完成后，表面撒布适量10 ～20 mm 的干净碎石，以进一步提高连接材料的体积稳定性。节点连接材料灌注过程中，现场成型同条件养护试件，跟踪材料强度发展。

2.2 应用效果评价

对墩柱结合部位灌注的节点连接材料进行跟踪观察，结果见图4。浇筑完成第2 天以及第14 天，并未发现结合部位的灌注材料出现裂缝，与墩柱的黏结良好，表明节点连接材料体积稳定性良好。

图4 节点连接材料应用跟踪

现场灌注过程中，同时成型了同条件养护试件，跟踪测试了同条件养护试件的抗压强度，结果见图5。节点连接材料1 d 抗压强度即可达到41.3 MPa，且随着龄期的延长，强度逐渐增大，28 d 的抗压强度可达到78.9 MPa，能够满足预制拼装结构设计对连接部位的性能要求，保证结构的整体性和服役的安全性。

图5 同条件养护试件强度发展

3 结语

（1）早强型、普通型粉煤灰基灌浆料和UHPC均具有很好的流动度，无泌水、泌浆出现，具有良好的匀质性和黏聚性。三种材料作为装配式结构的节点连接材料均能满足施工性能要求，但早强型材料流动度损失快，更适合于低温季节施工［10］。（2）随着养护龄期的延长，三种节点连接材料的抗折、抗压强度逐渐增大。三种材料的力学性能均满足设计要求［10］，UHPC 在三种节点连接材料中力学性能最优。（3）根据环境温度，选用普通型灌浆料作为节点连接材料开展工程应用。应用效果良好，后续跟踪观察未发现连接材料开裂，黏结性能良好。同条件养护试件1 d 和28 d 的抗压强度分别达到41.3 MPa 和78.9 MPa，能够满足设计要求［10］。