EPS-P型水泥灌漿劑

一、用途：由膨脹、減水組分配制而成，適用于-10℃至40℃氣溫下施工。用于后張法預應力管道壓力灌注水泥凈漿。
二、執行標準：JC476－2001、GB8076－1997
三、用量與用法

試驗： 審核： 報告單位：鐵道部科學研究院鐵建所

電話：（010）63249535 郵編：100081 地 址：北京市西外大柳樹路2號

2 、性能指標
　　美國 Post Tensioning Institute (PTI) 規范和 Florida Depar-met of Transportation (FlaDOT) 規范是目前國際上對灌漿料技術性能指標規定相對系統、全面的規范，具體技術指標規定見表 1 。

表 1 性能指標

3 、試驗結果與分析
　　根據外加劑的性能，本文選定水泥摻量為 97% ，外加劑摻量為 3% ，每次攪拌兩者總量為 3000g ，其中水泥為 2910g ，外加劑為 90g ，并以流變性能和泌水率為基礎進行水灰比初選，滿足指標要求的再進行其它性能的測試。
　　 3.1 灌漿料的流變性能和泌水率
　　 流變性能測試結果見表 2 ，泌水測試結果見表 3.

表 2 流動性能

表 3 泌水率

　　外加劑中的高效減水組分及流動性能改性組分通過分散、引氣等作用，有效地降低了水灰比，提高了漿體的流動度。從試驗結果可以看出，水灰比在 0.27 時，已滿足流動度的要求，隨著水灰比的增大，流動性能逐漸提高，但是變化相同的水灰比差值時，改善的幅度卻明顯降低。
　　 加入高效減水劑會導致漿體的流動度損失增大，為解決這個問題，外加劑中的流變性能穩定組分通過在水泥水化初期的熟料相 ( 主要是 C 3 S) 表面形成一層不溶性的物質，阻止水泥水化，從而延長灌漿料保持良好的流動性能的時間。從試驗結果可知，灌漿料在靜置 30min 、重新攪拌 30s 后流動度和初始流動度基本一致，即具有良好的保持流動性的能力。
　　 水泥漿體泌水是灌漿料失去對預應力鋼筋保護作用的重要原因之一。水化水泥漿體的泌水實質上是膠結材表現。根據 Stokes 沉降理論，顆粒的沉降速度與懸濁液的固相含量、分散液的比重和粘度成反比。外加劑中的高效減水組分可以顯著地降低水灰比、提高漿體比重，以此降低顆粒的沉降速度，達到抗泌水的目的；抗泌水組分通過引氣和增稠作用來減少泌水，引入少量均勻的微小氣泡可阻斷泌水通道，增加漿體的保水性能，增稠作用使漿體粘度增加，顆粒下沉的阻力增大，也可以增加漿體的保水性，從而達到抗泌水的目的。試驗結果可知，水灰比在 0.27 ～ 0.30 時，灌漿料均為零泌水，而當水灰比增大至 0.31 時，開始出現泌水。故水灰比初選范圍為： 0.27 ～ 0.30 。
3.2 灌漿料的物理力學性能
　　3.2.1 力學性能
　　灌漿料 l 、 3 、 7 、 28d 強度的測試結果見表 4 。

表 4 抗壓強度

　　強度與孔隙率成反比。一般減小水灰比或增加水化程度會降低孔隙率、減小大的毛細管孔隙尺寸和體積，因此對強度有利。但當水灰比過低時，會影響水化程度。此外加劑中相關組分提高強度的途徑主要有： (1) 高效減水組分大幅度降低水灰比、增加各種顆粒的分散均勻性，提高水化程度； (2) 中后期膨脹組分與水泥水化產物進行二次水化，水化產物可填充、切斷水泥石中的毛細管孔隙，改善漿體的密實性。由試驗結果可知，灌漿料具有很高的抗壓強度， 28d 均在 70MPa 以上。水灰比在 0.29 時強度最高， 28d 可達 8lMPa 。
　　3.2.2 抗氯離子滲透性能

　　6h 電流測試曲線見圖 3 ，電通量測試值見表 5 。 

表 5 電通量

　　大毛細孔及一些氣孔的數量、尺寸及連續決定性滲透性能。外加劑改善漿體密實性的機理如前所述。由試驗結果可知，灌漿料漿體具有良好的抗滲透性，電通量值均小于 l 000C ，遠低于控制指標。水灰比對電通量的影響較大，電通量值隨著水灰比的降低而下降，灌漿料的抗滲能力提高。
　　3.2.3 初凝時間和總氯離子濃度
　　灌漿料的初凝時間和總氯離子含量測試結果見表 6 。

表 6 初凝時間和總氯離子含量

　　由試驗結果可知，外加劑中的緩凝組分使灌漿料的凝結時間延長到 10 ～ 12h ，很好的滿足了施工的需要；總氯離子含量均小于 0.01 ％，即外加劑在保證灌漿料綜合性能的同時，沒有引入有害雜質氯離子。
3.3 灌漿料的體積穩定性
　　3.3.1 早期膨脹率
　　灌漿料的早期膨脹率測試結果見圖 4 。

　　灌注后的灌漿料處在混凝土中心預應力孔道的一定空間下，由于凝結前的水化收縮，必將在預應力筋灌漿料孔道璧體系中產生空隙，產生的空隙則會成為氯離子等有害雜質滲入的快速通道，大幅度降低灌漿料的保護作用，導致預應力筋的過早銹蝕。另外，硅酸鹽水泥漿體完全水化后體積減縮量非常大，導致硬化后的灌漿料內部產生較大的收縮應力，一旦應力大于抗拉強度，則會產生收縮裂縫，加速預應力筋的銹蝕，如果此化學減縮只依靠硬化后的膨脹組分的膨脹作用來補償，勢必導致中后期膨脹組分的使用量加大，一方面增大了成本，另外還可能由于膨脹應力過大而造成結構損傷，對系統結構的安全性不利。綜上所述，后張預應力結構要求灌漿料具有良好的塑性階段體積膨脹性能。
　　本外加劑中加入了早期膨脹組分，它與水泥水化生成的氫氧化鈣發生二次水化反應，在體系內產生了均勻的微細氣泡，構成了灌漿料早期的膨脹源。由于膨脹量大于水化收縮量，故灌漿料在水化初期出現體積膨脹。一方面提高了預應力孔道漿體的飽滿度，另外也在結構的作用下形成了一定的預壓應力，抵消漿體硬化后的一部分收縮應力，保證了結構整體安全性。
　　由試驗結果可知，在多個水灰比下，灌漿料均具有良好的早期膨脹性能。隨著時間的延長直至 3h ，膨脹率緩慢逐漸增大， 3h 末各組膨脹率在 0.7 ％～ 1.1 ％之間， lh 膨脹率均在 0.5 ％以下，低于 3h 體積膨脹率的一半，保證了灌漿料灌注后的有效膨脹率，增加了施工操作的靈活性，是對用鋁粉作早期膨脹劑的一項重大改進，為產品從試驗室研究到應用作了良好的鋪墊。
　　水灰比對灌漿料的早期水化過程、水化程度、及水化水泥漿體的微觀結構等均有一定的影響，進而影響灌漿料的早期體積變形。由試驗結果可知，隨著水灰比從 0.27 增大到 0.29 ，灌漿料體積膨脹率也逐漸增大，水灰比為 0.29 時，漿體膨脹率最大， 3h 可達 1.08 ％，。繼續增大水灰比到 0-30 ，漿體膨脹率開始減小。主要原因是：在水灰比很小的情況下，水泥水化反應較慢，生成的氫氧化鈣較少，且由于各組分顆粒分散的均勻性稍差，不利于早期膨脹組分與氫氧化鈣反應，限制了其膨脹作用發揮，隨著水灰比的增大，水泥水化速度加快，生成的氫氧化鈣數量增加，而又由于各種顆粒分散得更加均勻，膨脹組分與氫氧化鈣發生充分、快速地反應，改善了早期膨脹組分的作用效果，膨脹率增大，而當水灰比增加到一定程度，、多余的水分反而阻礙了膨脹組分顆粒與水化產物氫氧化鈣顆粒之間的接觸反應，導致膨脹率減小。
　　3.3.2 中后期體積穩定性
　　硬化漿體體積變化率測試結果見圖 5 。

　　灌注后的灌漿料處于硬化混凝土孔道中心，根據現有的資料顯示，即使在自干燥現象比較嚴重的混凝土中，硬化以后的混凝土核心，相對濕度也在 75 ％～ 80 ％以上，且孔道中的灌漿料水泥水化后的多余水分不宜排出，故盡管水分無法從外部得以補充，硬化后的灌漿料中后期變形主要原因仍然為自收縮。
　　 外加劑中引入的中后期膨脹組分，它與水泥水化產物發生反應，產生一定的體積膨脹，在結構的限制空間下，于內部產生一定的壓應力，抵消收縮引起的拉應力，改善灌漿料的應力狀態，使灌漿料具有良好的中后期體積穩定性。另外，中后期膨脹組分的水化產物可以填充、切斷系統內的毛細孔隙，減少大孔的數量和尺寸提高硬化水泥漿體的抗滲、力學等性能。但如果膨脹過大則會產生膨脹應力，同樣不利于灌漿料的體積穩定性。
　　由試驗結果可知：
　　 (1) 灌漿料具有良好的中后期體積穩定性。在不同水灰比下，灌漿料的 3 ～ 28d 的體積膨脹率均在 0.05 ％～ 0.72 ％之間，體積具有一定的膨脹作用且不至于過大。
　　 (2) 水灰比對灌漿料硬化后的體積膨脹率有一定的影響，其關系類似于跟早期膨脹率的關系。即隨著水灰比從 0.27 增大到 0.29 ， 1d 至 28d 各齡期灌漿料的膨脹率均隨著增大，而繼續增大水灰比到 0.30 ，膨脹率則開始減小。
　　 (3) 灌漿料中后期體積膨脹率與齡期呈一定的變化關系， 1d 時體積膨脹率較大， 1 ～ 3d 體積膨脹率減小幅度較大， 3d 后基本達到穩定。由于早期膨脹組分的殘余膨脹，硬化漿體 ld 時膨脹率最大；而隨著早期膨脹組分作用的逐漸消失，水泥漿體 3d 內的體積收縮率義較大，故 1 ～ 3d 齡期內，膨脹增長率小于漿體自收縮的增長率，漿體總體體積逐漸減??；而隨著齡期的延長，中后期膨脹組分開始并發揮作用，并在 3d 后膨脹增長率與自收縮增長率基本達到平衡，灌漿料體積相對穩定。圖 6 為典型的灌漿料體積變化率隨齡期的變化關系網。

真空灌漿在后張法預應力混凝土孔道灌漿中的應用

1、工程概況
天汕高速公路第四合同段箱形梁全部采用后張法預制，結構形式為單箱單室，跨度為30m，梁高150mm。預應力筋配置Φ15.24(7Φ5)高強低松弛鋼絞線，強度為1860MPa，布置如圖1所示。

鋼束 起彎半徑 起彎角 長度/㎝ 1 6000 7.5 3103.4 2 4500 7.5 3103.6 3 4000 5.5 3103.8 4 4000 1.8 3135.6

（1）輸送量為3m3Ph的UBL3螺桿式灌漿泵，配套高壓橡膠管1根（抗壓能力≥2MPa）。
（2）排量為120m3Ph的SZ02型水環式真空泵，真空壓力表1個，QSL020型空氣過濾器1個，15kg左右秤1臺。
（3）灰漿攪拌機1臺。
（4）預應力箱梁中采用了彎曲的布筋方式，原設計的<50金屬波紋管雖能滿足小半徑的布筋要求，但是金屬管沒有永久的防腐能力，壓口接縫不很緊密，不足以抵抗水的滲漏和到達漿體以及預應力筋，故采用更能體現真空灌漿優越性的HVMSBG050的塑料波紋管，在強度和耐腐蝕方面，有更好的保護作用。同時塑料波紋管為擠出成型，接頭處用內墊密封圈的卡套連接，全管能達到不漏氣。
4、水泥漿配合比試驗研究
水泥漿的配合比直接影響到灰漿強度和灌注密度，尤其對于真空灌漿來說，是施工工藝的一個關鍵環節。配合比主要遵循低水灰比和多成分的原則，以達到減少空隙、泌水和水泥漿在凝結硬化過程中的收縮變形的目的。
（1）水泥漿體的性能要求
1）有較好的流動性能，流動度>140mm。初凝時間為3～4h，在1.725L漏斗中，水泥漿的稠度15～45s，最多不得大于50s。
2）灌注后泌水率低，小于水泥漿初始體積的2％，4次連續測試的結果平均值<1％，拌和后24h水泥漿能自吸收。
3）水泥漿體在凝固前應具備一定膨脹作用，使漿體灌入后脹滿整個孔道。以克服預應力縱向、斜向、上彎曲部位壓漿不飽滿不密實的缺點。漿體應具備硬化中期（14d左右）微膨脹性，以補償中后期水泥漿體的自然收縮。
4）漿體應具有足夠的抗壓強度和粘結強度，不低于30MPa，最好和梁混凝土相匹配，滿足預應力鋼筋和混凝土構件間的有效應力傳遞。
（2）水泥漿原材料選擇
金剛牌42.5級普硅水泥，符合技術標準的地下水?？紤]到夏季溫度高的因素，采用了EPS－P劑。
（3）試驗方法
灌漿材料泌水率、膨脹率和的試驗方法分別參照JTJ04102000《公路橋涵施工技術規范》附錄G010、G011；膨脹試驗參照JG476092《混凝土膨脹劑標準》；抗壓強度試驗參照GB50203098《磚石工程施工及驗收規范》。
（4）試驗結果分析
1）流動度試驗
　　固定水灰比為0.38試驗測定在不同摻量下對水泥靜漿流動度的影響和在0.4％摻量下20℃與40℃下流動度隨時間的變化，結果如圖3、圖4所示。泥漿的流動度，水灰比愈大，流動度愈大，同時泌水率也愈大，初凝時間越長；減水劑摻量增加，流動度明顯地增大，同時泌水率也增大。緩凝高效減水劑摻量大于0.55％會引入過量空氣而使初凝緩慢，降低混凝土強度。因此本試驗采用緩凝高效減水劑摻量為0.4％。
相同環境溫度下，水泥漿的出機溫度不同，對漿體的流動度影響較小，但在儲存一定時間（大約為40min）后，流動度明顯減小，同時出機溫度越高流動度下降越快，因此要嚴格出機溫度在22℃左右，并在40min內水泥漿全部用完。緩凝高效減水劑同時具有的緩凝作用，可以使在高溫條件下的水泥漿體具有良好的保塑性。
2）膨脹試驗
本試驗根據采用了鋁粉和UEAOH兩種混凝土膨脹劑，分別作用于漿體的凝結前膨脹和中期膨脹，使漿體凝結前的膨脹率和中期膨脹率大有提高。
a）凝結前試驗：凝結前膨脹是在水泥凝結前加入鋁粉，利用水泥水化過程中不斷析出氫氧化碳，水泥水化初期漿液中Ca(OH)2處于飽和狀態，亦即處于高堿狀態，此時鋁粉與堿溶液的OHO反應生成氫氣，形成許多分散均勻的氣泡，使漿體發生膨脹，從而使灌漿孔道的彎處和鋼絞線的空隙處脹滿。試驗采用摻不同量的鋁粉，測3h體積膨脹率，要求凝結前膨脹率為1％左右，因為1％的含氣量對水泥漿的強度損失不大。試驗分析得出鋁粉摻量以0.005％為宜，鋁粉反應在3h內基本完成，第2、3h膨脹很小，因此摻鋁粉的水泥漿必須在加水拌和后立即灌注，否則對凝結前膨脹率影響較大。
b）中期膨脹試驗：中期膨脹是利用UEA加入水泥漿中生成大量的膨脹性結晶物水化硫鋁酸鈣（即鈣釩石），使漿體產生適當膨脹，在鋼筋和混凝土預留孔道的約束下，在漿體結構中建立0.2～0.7MPa預壓應力，這一膨脹應力可大致抵消漿體在硬化過程中產生的收縮應力，從而防止或減少漿體收縮開裂，并使漿體致密，提高結構的強度，并增加漿體與預應力筋的握裹力。但如果膨脹率過高，則有可能使漿體產生較大的膨脹應力，反而不利于整體結構，因此要嚴格控制自由膨脹率小于10％。試驗分析得出UEA的摻量為5％時，其28d限制膨脹率為0.04％～0.06％，適合水泥漿體補償收縮功能。UEA的摻量是按等量取代膠凝材料的內摻法，這一點必須在配合比時引起注意。
（5）漿體配合比的選擇
經過室內試驗，最后確定的配合比和有關性能見下表。
漿體配合比和有關性能

材料用量/g		水/ml	水灰比	性 能
水 泥	EPS-P			稠度/s	泌水率/%(3h)	凝結前膨脹率/%(3h)	中期膨脹率		抗壓強度/MPa(28d)
							1d	28d
42.5級1500	120	600	0.38	16	1.2	1.03	0.047	0.055	53.8

5、施工工藝
（1）灌漿前準備工作：①張拉完成后，切斷外露的鋼絞線（鋼絞線外漏30～50mm），清水沖洗，高壓風吹干，然后進行封錨。②清理錨墊板上的灌漿孔，保證灌漿通道通暢。③定出抽吸真空端及灌漿端，抽吸真空端位于高處錨座上的灌漿孔，灌漿端置于低處錨座上的灌漿孔。
（2）按真空灌漿施工設備連接圖連接裝好各部件，并檢查其功能，進行試抽真空。
（3）試抽真空：將灌漿閥、排氣閥都關閉，抽真空閥、出漿端閥門打開，啟動真空泵抽真空，觀察真空壓力表讀數，真空度達到-0.08～-0.1MPa并保持穩定，停泵1min，壓力要能保持不變。
（4）攪拌水泥漿：攪拌水泥漿之前加水空轉數分鐘，將積水倒凈，使攪拌機內壁充分潤濕。裝料時首先將稱量好的EPS－P倒入攪拌機，之后邊攪拌邊倒入水泥，再攪拌3～5min直至均勻。攪拌水泥漿應注意：①水泥漿出料后應馬上進行泵送，否則要不停地進行攪拌；②必須嚴格控制用水量，否則多加的水全部泌出，容易造成管道頂端出現空隙；③對未及時使用而降低了流動性的水泥漿嚴禁采用增加水的辦法來增加灰漿的流動性；④拌和水泥漿的水溫不能超過7℃，必要時采用冰塊投入水中。
（5）灌漿：將灰漿加到灌漿泵中，在灌漿泵的高壓橡膠管出口打出漿體，待這些漿體濃度與灌漿泵中的濃度一樣時，關掉灌漿泵，將高壓橡膠管接到孔道的灌漿管上，扎牢。關掉灌漿閥，打開真空閥、出漿端閥門，啟動真空泵抽真空，使真空度達-0.08～-0.1MPa并保持穩定，啟動灌漿泵，打開灌漿閥，開始灌漿，當漿體經過空氣過濾器時，關掉真空泵及真空閥，打開排氣閥。觀察排氣管的出漿情況，檢查所壓出水泥漿稠度，直至稠度與灌入的漿體相當時及流動順暢后，關閉排氣閥和出漿端閥門，灌漿泵繼續工作，在≥0.7MPa下，持壓2～3min。關閉灌漿泵及灌漿端閥們，完成灌漿。拆卸外接管路、附件，清洗空氣濾清器及沾有灰漿的設備。按3N4→2N3→2N2→2N1的順序依次灌漿。
（6）注意事項：①嚴格掌握材料配合比，誤差不能超過l％。②灰漿進入灌漿泵之前應通過1.2mm的篩子。③真空泵應低于整條管道，啟動時先將連接的真空泵的水閥打開，然后開泵；關泵時先開水閥，后停泵。④灌漿工作宜在灰漿流動性下降前的30～45min內進行，孔道一次灌漿要連續。
6、結論與體會
真空灌漿的關鍵在于合理確定水泥漿的配合比，嚴格按照加料順序進行攪拌。在灌漿過程中，保證出漿溫度在25℃以下，水泥漿在真空輔助下，快速灌漿口流向出漿口時，關掉真空裝置時，必須讓排氣孔冒漿一段時間，測定濃度達到進漿口水泥漿濃度后才能關閉出漿口閥門。判定真空灌漿是否成功的條件是：兩端均冒出與進漿相同稠度的漿液，且無明顯氣泡，在≥017MPa情況下持壓2～3min為標準。值得注意的是灌漿前孔道用壓力水沖洗的問題，必須采取有效措施排（高壓風）除孔道中的積水，否則在灌漿初期增大了水灰比，這一步切不可忽視。
后張法預應力混凝土結構普遍采用壓力灌漿，由于漿體中含有氣泡，滲水后易腐蝕鋼筋，對于通過灌漿握裹鋼材來傳遞預加應力給結構混凝土的作用將有所削弱。在嚴寒地區，這些水會結成冰，脹裂構件，造成嚴重的后果；另外水泥漿容易離析、析水，干硬后收縮，析水會產生孔隙，致使強度不夠，粘結不好，為工程留下隱患。

嶺澳核電站預應力灌漿用EPS-P型灌漿劑配制水泥漿

1、緩凝水泥漿用原材料
（1）水泥
要求用硅酸鹽水泥，氯離子含量≤0.02％，不含硫化物中的硫離子，并無假凝現象，而且要進行硝酸鹽含量的分析。通過試驗選用廣州水泥廠產P?Ⅱ型525號水泥。
（2）外加劑
外加劑中不得含有氯化物的氯離子和不含有硫化物的硫離子，還要進行硝酸鹽含量的分析。
（3）拌合水(包括冰)
拌合水(包括冰)除氯離子的含量≤250mg/L和其他有害物質含量應符合混凝土用拌合水的規定外，對硝酸鹽的含量也要進行分析。
2、緩凝水泥漿的性能試驗及分析
（1）試驗方法
本試驗的流動度及其隨時間的變化、泌水、膨脹率、孔隙率、毛細吸水的測定均按法國試驗方法進行；凝結時間和機械強度試驗按中國水泥的有關試驗方法進行，收縮亦按中國砂漿的收縮試驗方法進行。
（2）緩凝水泥漿配合比的初步試驗
考慮本工程在環境溫度5～35℃、漿體出機溫度15～35℃下的可施工性，采用將水與外加劑先拌合再加入水泥拌合5min的相同工藝，對外加劑的同一個摻量與多個水灰比及一個水灰比與外加劑多個摻量進行了出機溫度為15℃、20℃、25℃、30℃、35℃五種漿體分別存放在5℃、10℃、20℃、25℃、30℃和35℃六種環境溫度中的流動度隨時間的變化和泌水率的交叉對比試驗。試驗數據見表1，分析于下。
表1 緩凝水泥漿配合比試驗數據