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中桥专利
CHIDGE
PATENT
优质灌浆质量+专业设备=密实灌浆——中交武汉港湾工程设计研究院有限公司新材料研究所所长屠柳青
- 发布日期：2023-04-06 14:21:20
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- 来源：灌浆料网
桥梁预应力管道CG-100高性能灌浆材料现场工艺试验研究
1.概述 随着我国基础建设设施的蓬勃发展，预应力混凝土结构因其显著的技术经济优势而在大型桥梁结构中广泛应用。预应力混凝土结构的所有优势，都必须建立在预应力筋与结构混凝土粘结完好的基础上。预应力混凝土结构体系中，管道灌浆的作用主要有三点：一是保护预应力钢筋不外露而遭锈蚀，保证预应力混凝土结构的安全；二是使预应力钢筋与混凝土有良好的粘结，保证它们之间预应力的有效传递，使预应力钢筋与混凝土共同作用；三是消除预应力混凝土结构在反复荷载作用下应力变化对锚具造成的疲劳破坏，延长锚具的使用寿命，提高结构的可靠性。因此，管道灌浆质量的好坏，将直接影响整个预应力混凝土结构的安全性和可靠性，管道灌浆已是预应力混凝土结构施工过程中的一道关键工序。 实际工程中，因预应力管道灌浆质量造成桥梁坍塌事故的报道屡见不鲜。1985年l2月位于英国南威尔士的Ynys-y-Gwas桥在清晨突然倒塌。桥梁倒塌时，中间的9根I梁全部损坏，纵向接缝和横向缝处的预应力钢索严重锈蚀。事后英国运输与道路研究实验室(TRRI)对倒塌原因做了深入调查。检查的I梁中24根纵向管道，其中的18根管道灌浆密实或只有小孔隙，4根管道存在使钢丝束暴露在空气中的大孔隙，还有两根管道在一定长度内中空，**大的孔隙通常出现在曲线管道的锚固端；检查的14根横向预应力管道中，8根管道灌浆密实或只有小孔隙，3根管道存在使钢丝束暴露在空气中的大孔隙，另外三根管道几乎全部是空的。调查还发现，虽然在每根梁段内仅含有微量的氯化物，但在纵向接缝和横向接缝处氯化物的含量要高得多，使得纵向和横向接缝处的预应力钢丝束锈蚀严重。由于管道压浆质量差，特别是对于横向管道存在着大量的孔隙，导致接缝处的锈蚀在灌浆不饱满的管道内沿梁宽方向延伸开，钢丝束大面积锈蚀，承载截面损失，当钢丝束截面面积减小到无法承受外荷载时桥梁突然倒塌。类似倒塌的桥梁还有英国汉普郡的Bickton Meadows人行桥和比利时Schelde河上的一座桥梁。
国内，在对钱江三桥随机抽检的35根管道检查中发现，管道内无浆高达72%，不饱满占11.42%，开孔流水达40%。这基本代表了我国管道灌浆的质量现状——管道灌浆质量普遍很差，管道灌浆不实。这给我国预应力混凝土结构的质量和耐久性埋下了巨大隐患。
为了保证我国预应力混凝土工程的质量和耐久性，必须对管道灌浆技术进行认真深入的研究。本项目分别选取四种典型灌浆料，通过30m矩形梁和300m超长索试验，开展现场灌浆工艺研究，验证中桥CG-100高性能灌浆料及灌浆设备的技术先进性。
2.管道灌浆问题分析及现状
据有关文献资料研究结果，导致我国预应力混凝土结构管道灌浆质量普遍较差的主要原因有以下几点：
（1）灌浆材料：灌浆用的水泥浆质量好坏将直接关系到管道灌浆质量的好坏，目前国内市场上充斥着良莠不齐的灌浆料产品，由于没有专门的质量要求及检测方法，很难考证其质量的优劣，更无法判定其对预应力筋耐久性的影响。
（2）灌浆工艺：由于缺乏系统试验资料，目前灌浆工艺较为简单，设备要求及工艺等很不规范，灌浆中存在的隐患较多。
（3）管道灌浆技术规范：我国现行的管道灌浆技术规范对灌浆材料、灌浆设备和灌浆工艺要求都十分低，同时对一些关键技术指标缺乏相应规定，如灌浆材料的耐久性指标，这也间接导致了我国所用的灌浆材料品质差，灌浆工艺落后。
（4）缺乏对灌浆质量的优劣进行评价的有效检测手段：缺少有效的检测手段致使预应力管道灌浆质量得不到有效的监督。由于灌浆质量从表面看来只影响预应力筋的使用效率及寿命，一般不会导致构件短时间内被破坏。因此，该问题一直没有引起足够的重视，但到了一定时间，隐疾突发，后果将不堪设想。
（5）思想上重视不够：在具体施工质量控制中，业主、监理、施工单位往往将预应力工程的质量重点放在预应力钢筋的张拉上，很少人关注灌浆的质量。
2.1.管道灌浆料现状
在国内，预应力管道灌浆所使用的传统灌浆料一般为纯水泥浆，施工时，采用水泥、水、减水剂、膨胀剂、增稠剂等进行现场配制。现场配制的灌浆料必须满足：水灰比为0.40-0.45，掺入适量的减水剂，可以减小到0.35；灌浆料**大泌水率不得超过3%，泌水应在24小时内重新被灰浆吸收；灌浆料的粘稠度应控制在14-18s；灌浆料在凝固前具备一定的膨胀作用；灌浆料试块的抗压强度不低于30MPa。现场采用水泥、各种外加剂和水配制灌浆料，通常存在各种外加剂兼容性不良、水泥与减水剂适应性差等问题，造成管道灌浆存在以下严重问题：（1）浆体质量稳定性差、流动性差、流动性损失快，体积稳定性不良；（2）新拌浆体泌水大，易离析分层，浆体中微沫多，流动性不好，凝结时间不适中，浆体压浆时往往不顺畅，易堵管，施工速度慢，管道也很难成饱满状态等；（3）硬化后浆体不密实，气泡、针隙类空隙多，与预应力筋粘结不实，浆体中甚至有断纹，管道不饱满，高点处浆体起粉等。上述问题不仅影响施工，而且直接关乎桥梁结构的耐久性及安全使用。
近年来，国内对现场配制的传统灌浆料进行了一定的改善，采用水泥、水和外加剂包进行配制，有效解决现场各种外加剂兼容性不良的问题，但由于我国地缘辽阔，各个地方用于生产水泥的原料性不同，生产出来的水泥差异很大，因而水泥与外加剂包适应性差的问题仍然存在。
在国外，管道灌浆现场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。采用预拌商品灌浆料可以有效解决各种外加剂兼容性不良、水泥与减水剂适应性差等问题。
目前，对预拌商品灌浆料的研究主要集中在灌浆料的改性，而采用超细水泥对水泥灌浆料进行改性是目前研究的热点。
美国的工程实践表明超细水泥灌浆是一种极好的方法，可以灌入细砂和细裂缝的岩石与混凝土中，其可灌性能与化学浆材相当。德国的P.Noske指出超细水泥可以制成悬浮液应用于岩土灌浆工程，成为化学灌浆材料的替代物，并且有不污染环境的优点。加拿大K.Salen和T.Mirzx在论文中指出200年以来灌浆浆液的特性己发生很大变化，由简单泥浆悬浮液到水泥浆悬浮液、化学浆液(聚氨脂、环氧树脂等)和超细水泥新品种。对于浮动裂隙或低温下进行灌浆还要保持结构完整性，则推荐使用超细水泥。瑞典P.Borchardt指出超细水泥及其添加剂的生产，使灌浆工艺获得了新的可行方法，很多化学浆材耐久性差，并对环境有污染。T.A.Melbye指出超细水泥有许多优点，可以用普通水泥的灌浆技术和设备，比普通水泥具有更好的可灌性，可以代替化学浆材，具有良好的工作环境、耐久性好、强度高、比化学浆材更经济。
在国内，高校、科研机构同样对灌浆材料的改性做了大量研究工作。同济大学混凝土材料国家重点试验室对掺矿物微粉的水泥浆体进行了一系列的研究。他们主要考察了矿物微粉颗粒特征及掺量与水泥浆体流变性能之间的关系。并且在几个颗粒群特征参量中，分别确定其一，变化其它参量进行对比试验，以确定水泥浆体流变性能的变化规律。张雄等人在这一方面也进行了一些研究。他们在研究中发现，特殊混合材的掺量对水泥浆的屈服应力与粘度有着很大的影响。并且不同的混合材对浆体流变性能的影响也有着很大的差异。长江水利委员会的陈明祥针对目前国内外出现大坝基础灌浆帷幕衰减和失效的事例，认为对于水泥灌浆存在的问题应从材料本身来解决，并对灌浆水泥的原材料选择提出了建议。国家建材研究院在研究灌浆材料过程中，探索了不同矿物掺和料对材料可灌性的影响，得出了很多工程上的实际数据。他们认为，矿物掺和料的细度是对水泥浆体流变性能影响的主要因素，不同掺量时对浆体的流变性能影响有很大的差异。重庆大学材料学院的张驰等人利用磨细粉煤灰、磨细矿渣和硅灰作为矿物掺和料，分别研究了矿物掺合料、高效减水剂以及它们的复合作用对水泥浆体流变性能的影响情况。他们在研究中发现：矿物掺合料和高效减水剂双掺时，大大提高了水泥浆体的流动性。
对比国内外管道灌浆料应用和研究现状可知，国内管道灌浆料应用水平较国外差，这直接导致国内管道灌浆质量差。因此，尽快与国际接轨，发展预拌商品灌浆料是我国管道灌浆料的发展方向。
2.2.管道灌浆设备及工艺现状
预应力混凝土结构管道灌浆由浆体的拌制和灌浆工艺两部分组成，灌浆工艺包括传统的常规灌浆工艺和近年来兴起的真空灌浆工艺。
（1）浆体的拌制
国内拌制灌浆料浆体时，通常采用慢速搅浆机，其搅拌原理为慢速剪切，转速一般低于100转分钟。慢速搅搅浆机适用于水灰比大、易分散的灌浆料。对于新型高性能灌浆料，由于水灰比小、粘度大，已不再适用。有研究资料表明，采用高速搅拌机拌制的低水灰比(水灰比为0.35)灌浆料浆体流锥时间、泌水率、强度、膨胀率指标，均好于慢速搅浆机。因此，开发与新型高性能灌浆料相配套的搅浆设备十分必要，它不仅能够提高现场工作效率，而且非常有利于提高灌浆质量。
（2）常规灌浆工艺
常规灌浆工艺是压力灌浆，使用柱塞泵，压力在0.5-1.0MPa，将浆体压入管道，并沿管道设置的高点和低点排气孔排气。常规灌浆工艺有一定的局限性，主要表现为：灌入的浆体中常会含有气泡，当混合料硬化后，存积气泡处会变为孔隙，成为渗透雨水的聚积地，这些水可能含有有害成分，易造成对构件的腐蚀；同时，在北方严寒地区，由于温度低，这些水会结成冰，可能胀裂构件，造成严重的后果；另外水泥浆容易泌水离析，干硬后收缩，泌水处可能产生空洞，致使强度不够，粘结不好，为工程留下隐患。为了防止预应力筋被腐蚀，提高结构的安全度和耐久性，确保工程质量，目前国外已开始普遍采用真空灌浆工艺。
（3）真空灌浆工艺
真空灌浆工艺不同于常规灌浆工艺，它是采用真空泵抽吸预应力管道中的空气，使管道达到负压0.1MPa左右的真空度，然后在管道的另一端用压浆机以不小于0.7MPa的正压力将水泥浆压入预应力管道，以此提高管道灌浆的密实度。
真空灌浆工艺和传统的常规灌浆工艺相比，灌浆过程连续迅速，减小了曲线管道中将体自身引起的压力差，特别对于一些异形管道的关键部位，提高了管道灌浆的密实性，在钢束曲率半径较小及钢束过长的情况下、常规灌浆工艺不好施工的结构中取得了良好的效果。
必须引起重视的是，真空灌浆工艺并不是万能的。润扬长江大桥研究表明：在两端高差较大的情况下，真空灌浆工艺的效果比常规灌浆工艺的效果差，钢管顶部出现空管现象，需要采用二次补浆的措施。因此在实际桥梁具体施工环境下如何把握真空灌浆工艺还有待进一步研究。
综合常规灌浆工艺和真空灌浆工艺的研究现状，两种灌浆工艺法都存在一定的不足。尤其值得关注的是：无论采用常规灌浆工艺还是真空灌浆工艺，现场灌浆料搅拌时，各种配料几乎采用人工计量，掺量得不到严格控制，搅拌出的浆体与设计的配比不符。因此，开展改进灌浆工艺的研究，开发全机械化、全自动化控制的计量控制系统，对于提高工作效率、保证管道灌浆施工质量有着重大意义。
2.3管道灌浆相关技术规范现状 2.3.1国外管道灌浆技术规范
国外管道灌浆技术规范以欧盟规范BS EN 445446447:2007——Grout for prestressing tendons和美国后张预应力协会(PTI) 规范"Specification for Grouting of Post-Tensioned Structures"**具有代表性，其他还包括美国佛罗里达交通局(FlaDOT)制定的管道灌浆技术规范。
（一）欧盟规范
欧盟规范BS EN 445446447:2007——Grout for prestressing tendons详细规定了管道灌浆料的技术指标要求、灌浆料各种性能指标测试方法以及管道灌浆施工工艺，是目前国际上**为先进的预应力管道灌浆技术规范，本节将重点介绍。
欧盟标准BS EN 445446447:2007——Grout for prestressing tendons中规定用于预应力管道灌浆的灌浆料技术指标包括有害离子含量、细度、流动性、泌水性、体积稳定性、强度、凝结时间和密度八大指标，具体技术要求及测试方法如下：
（1）有害离子含量
预应力管道灌浆料中的有害离子包括Cl-、SO32-和S2-，规范规定Cl-、SO32-和S2-含量分别不超过水泥重量的0.1%、4.5%和0.01%。
（2）细度
采用筛孔通过率来表征灌浆料细度，规定2mm筛孔通过率为100%。
（3）流动性
采用流出时间或扩展度来表征灌浆料流动性。规定初始流出时间不大于25s，30min后流出时间在0.8-1.2倍初始流出时间之间，同时不大于25s；规定初始扩展度不小于140mm，30min后扩展度在0.8-1.2倍初始扩展度之间，同时不小于140mm。
（4）泌水性
采用泌水率来表征灌浆料泌水性。规定灌浆料3h后泌水率不大于0.3%。泌水率测试方法分斜管法和直管法。
（5）体积稳定性
采用体积变化率表征灌浆料体积稳定性，规定体积变化率在-1%~+5%之间。体积变化率采用直管法测定，体积变化率表示为(hg-h0)h0×100%。
（6）强度
成型40×40×160mm棱柱体用于测定灌浆料抗压强度，规定3d抗压强度不小于27MPa，28d抗压强度不小于30MPa。
（7）凝结时间
规定初凝时间不小于3h，终凝时间不大于24h。
（8）密度
要求测试灌浆料密度，但对密度具体指标无要求。
（二)美国后张预应力协会(PTI) 规范
美国后张预应力协会(PTI) 规范"Specification for Grouting of Post-Tensioned Structures"中对预应力管道灌浆料技术指标规定包括流动性、泌水性、体积稳定性、凝结时间、强度和抗渗性，具体指标要求见表2-1。相比欧盟标准BS EN 445446447:2007，后张预应力协会(PTI) 规范增加了对灌浆料的抗渗性要求，但缺少对有害离子含量和细度的规定。
表2-1 后张预应力协会(PTI) 规范规定的管道灌浆料技术指标要求
技术指标
指标要求
初始流动度t0s
11s~30s
30min后流动度t30s
≤30s
抗压强度MPa
7d
≥21
28d
≥35
泌水率%
0~3h
0
体积变化率%
0%~0.1%
凝结时间h
初凝
3~12h
终凝
——
抗渗性C
≤2500
(三)美国佛罗里达交通局规范
美国佛罗里达交通局(FlaDOT)制定的管道灌浆技术规范，对管道灌浆料的技术指标要求包括凝结时间、强度、抗渗性、体积变化率(早期、后中期)、流动性、泌水性、氯离子含量，具体技术要求见表2-2。美国标准和欧盟标准相比，由于测试方法的不一样，导致指标要求相差较大。
表2-2 美国佛罗里达交通局(FlaDOT)规范规定的管道灌浆料技术指标要求
技术指标
指标要求
测试方法
初凝时间h
3-12
ASTM C953-87
抗压强度MPa
7d
----
ASTM C942-99
28d
≥43.3
流动性s
初始
11-30
ASTM C939-97
30min
≤30
泌水率%
0~3h
0
ASTM C940-98a
膨胀率%
0~3h
0.0~2.0
体积变化率%
24h
0.0-0.2
ASTM C1090-96
28d
0.0-0.2
抗渗性C
28d
≤2500
ASTM C1202-97
总氯离子含量
28d
≤0.08
ASTM C1152C
2.3.2国内管道灌浆技术规范
2000年交通部对原有《公路桥涵施工技术规范》进行了修订，形成修订版《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000），规定了用于管道灌浆材料的技术指标要求、管道灌浆施工工艺和压浆质量检测办法。规范中规定管道灌浆宜采用水泥浆，水泥浆的强度应符合设计规定，设计无具体规定时，应不低于30MPa。对截面较大的管道，水泥浆中可掺入适量的细砂。水泥浆的技术条件应满足：①水灰比宜为0.40-0.45，掺入适量减水剂时，水灰比可减小到0.35；②水泥浆的泌水率**大不得超过3%，拌和后3h泌水率宜控制在2%，泌水应在24h内重新全部被浆吸回；③通过试验后，水泥浆中可掺入适量膨胀剂，但其自由膨胀率应小于10%；④水泥浆稠度宜控制在14~18s之间。同时，规范规定压浆后应从检查孔抽查压浆的密实情况，如有不实，应及时处理和纠正。压浆时，每一工作班应留取不少于3组的70.7mm×70.7mm×70.7mm立方体试件，标准养护28d，检查其抗压强度，作为评定水泥浆质量的依据。
纵观《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）对管道灌浆料的规定，其技术指标要求和施工工艺都比较笼统，对施工缺乏具体指导意义。
(二)国家标准（GBT504482-2008）
2008年3月31日，**住房和城乡建设部与国家质量监督检验检疫总局联合发布了国家标准《水泥基灌浆材料应用技术规范》（GBT504482-2008），全面规定了用于管道灌浆的水泥基灌浆材料性能指标(见表2-3)、不同环境条件下管道灌浆料的设计选型、管道灌浆施工工艺和管道灌浆质量验收标准。该标准对预应力管道灌浆施工具有较强的指导意义。
表2-3 水泥基灌浆材料技术指标要求(GBT504482-2008)
类别
Ⅰ类
Ⅱ类
Ⅲ类
Ⅳ类
**大集料粒径(mm)
≤4.75
＞4.75且≤16
流动度(mm)
初始值
≥380
≥340
≥290
≥270
≥650
30min保留值
≥340
≥310
≥260
≥240
≥550
竖向膨胀率(%)
3h
0.1-3.5
24h与3h膨胀值之差
0.02-0.5
抗压强度(MPa)
1d
≥20.0
3d
≥40.0
28d
≥60.0
对钢筋有无锈蚀作用
无
泌水率(%)
0
(四)铁道部技术规范
2008年7月1日，铁道部发布了铁道部行业标准《铁路后张法预应力混凝土梁管道压浆技术条件》（TBT 3192-2008），规定了铁路后张法预应力混凝土梁管道压浆料和压浆剂的原材料技术要求，管道压浆材料拌制的浆体性能指标、压浆施工工艺和压浆质量验收标准，管道压浆浆体的性能指标见表2-4。
表2-4 浆体性能技术指标要求（TBT 3192-2008）
技术指标
指标要求
凝结时间
h
初凝
≥4
终凝
≤24
流动度
s
初始流动度
18±4
30min流动度
≤30
泌水率
%
24h自由泌水率
0
3h毛细泌水率
≤0.1
压力泌水率
%
0.22MPa(当管道垂直高度小于等于1.8m时)
≤3.5
0.36MPa(当管道垂直高度大于1.8m时)
充盈度
合格
7d强度
MPa
抗折
≥6.5
抗压
≥35
28d强度
MPa
抗折
≥10
抗压
≥50
24h自由膨胀率%
0-3
对钢筋锈蚀作用
对钢筋无锈蚀作用
含气量%
1-3
2.3.3国内外管道灌浆技术规范对比
（1）国外对管道灌浆十分重视，欧盟制定了3个标准，用于规范管道灌浆的技术指标、检测方法和灌浆工艺；美国后张预应力协会和州交通局也都制定了相关技术标准，用于规范管道灌浆。我国对管道灌浆重视程度不够，交通行业无专项管道灌浆技术规范，只是在《公路桥涵施工技术规范》一节内容中做了简单规定，且规定内容对指导工程缺乏实际作用；
（2）国外管道灌浆技术规范对灌浆料的技术指标控制更为全面，国内管道灌浆技术规范对灌浆料的质量控制主要体现在凝结时间、流动度、强度、泌水性、体积稳定性和对钢筋有无锈蚀6大技术指标，国外标准除上述6大指标外，还规定了灌浆料的抗渗性、有害离子含量和密度指标。
(3)国外管道灌浆料的性能测试方法更接近于灌注实际，试验条件更为严酷。而国内管道灌浆料的性能测试方法主要基于室内试验，且技术指标控制较为宽松，市场上大多数灌浆料(无论品质好坏)能满足要求，室内试验检测结果对实际工程缺乏指导意义。
因此借鉴国外先进管道灌浆技术规范，编写我国交通行业管道灌浆技术规范，制定更为全面的管道灌浆料技术控制指标、更为严格的技术指标要求以及更为接近现场实际的测试方法，对于提高我国管道灌浆技术水平，保障后张预应力结构质量具有重大的意义。
3.技术路线
SHAPE \* MERGEFORMAT
图3-1 技术路线图
4主要研究内容
在此基础上，在荆岳大桥工地开展了现场工艺试验研究，对比研究不同灌浆料的性能检测指标、现场灌浆时浆料的流动度、充盈度指标，以及不同压浆工艺、不预应力管道布设、不同索数和管长条件下的灌浆质量。
4.1试验方法
4.1.1流动度
（1）试验仪器：流锥、秒表
流动度测试仪—流动锥，尺寸如图4-1所示。
流动锥的校准：1725mL±5 mL水流出的时间应为8.0s±0.2s。
（2）试验方法
先将漏斗调整放平，关上底口活门，将搅拌均匀的浆体注入漏斗内，直至浆体液面触及点规下端（1725mL±5 mL浆体）。开启活门，使浆体自由流出，记录浆体全部流程时间（s），现场测试如图4-2所示；
出机流动度测试完毕，将所有浆体转入搅拌锅，静置30min。在1500rmin下搅拌1min，测试其30min流动度；
SHAPE \* MERGEFORMAT
SHAPE \* MERGEFORMAT
4.1.2泌水率和膨胀率
4.1.2.1量筒法
参照我国《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000），与美国ASTM C940-98a测试方法相同。
试验方法：往1000mL的量筒内慢慢注入(800±10) mL新拌浆体，记录浆料液面所到达的刻度( V0) ，把预应力索插入量筒，并用一个圆塑料薄片套在量筒口，用于对预应力索的取中固定，使预应力索的轴向与量筒的垂直轴线保持平行，并防止水分蒸发，同时再次记录灌浆料液面到达的刻度( V1)；开始的1h内每15min读取一次浆体和泌水液面分别到达的刻度(分别为Vg，V2) ，此后每小时记一次，整个过程共持续3h；3h结束时，倾斜量筒，把泌水用吸管吸出来，放到25mL的量筒中，读数为Vw。
用以下公式计算各阶段相应的体积膨胀率和泌水率:
Vp = ( Vg - V1 )PV1 ×100 %------------- (1)
Vc = ( V2 - V1 )PV1 ×100 % -------------(2)
B = ( V2 - Vg)PV1 ×100 % ---------------(3)
B3 = Vw×PV0 ×100 %------------------- (4)
式中：Vp为膨胀率，Vc为联合膨胀率， B为泌水率， B3为3h 泌水率。此试验方法更好地模拟了灌浆料的真实工作环境，测量得到的数据更具意义。
图4-3 灌浆料自由泌水率和自由膨胀率测试
4.1.2.2倾斜管法
按照BS EN445：2007标准试验方法测试泌水率，该标准规定灌浆料3h后泌水率不大于0.3%。
图4-4是斜管法测试装置示意图，斜管法测试采用直径约为80mm，长度为5m的透明管，与水平面呈30°倾角固定，透明管内部放置12根的钢绞线，直径为15-16mm，长度约为5m。斜管法测试时，由下往上平行灌注2根透明管，当上部排气孔排出的灌浆料稠度与下部灌入灌浆料稠度一致时，灌浆结束。**根透明管测试初始、30min、1h、3h和24h的泌水率；第二根透明管测试完初始、30min的泌水率后进行二次灌浆，之后测试1h、3h和24h的泌水率。
1——排气孔和停止阀门；2——空气；3——水；
4——透明管；5——12股钢绞线；6——灌浆口
图4-4 斜管法测试灌浆料泌水率装置示意图(尺寸单位 mm)
4.1.2.3直管法
图4-5是直管法测试装置示意图。直管法测试采用直径约为60-80mm，长度为1m的透明管，与水平面垂直固定，透明管内放置1根7索的钢绞线，长度约为900mm。斜管法测试时，由上往下灌注透明管，灌浆料灌注高度超过钢绞线10mm时，停止灌浆，将上部端口密封，观测初始、15min、30min、45min、1h、2h、3h、24h的泌水率。
1——密封口；2——空气；3——水；
4——灌浆料；5——透明管；6——钢绞线，钢丝或钢筋
图4-5 直管法测试灌浆料泌水率装置示意图(尺寸单位 mm)
4.1.3凝结时间
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图4-6 灌浆料凝结时间测试
4.1.4抗压强度与抗折强度
4.1.5氯离子扩散系数与抗冻性能
试验原理：利用外加电场的作用使试件外部的氯离子向试件内部迁移。经过一段时间后，将该试件沿轴向方向劈裂，在新劈开的断面上喷射硝酸银溶液，根据生成的白色氯化银沉淀测量氯离子渗透的深度，以此计算出氯离子扩散系数。
SHAPE \* MERGEFORMAT
图4-7 灌浆料氯离子扩散系数测试
4.1.6抗冻性能
4.2设备研制 4.2.1传统设备
储浆罐多为静置储浆，要求灌浆过程迅速连续不中断，若灌浆时间过长（超过30分钟）灌浆料极易出现分层、流动度损失等问题，严重影响灌浆质量。
4.2.2新设备开发
图4-8 ZJ-400W高速搅拌机
同时，为更好地保持灌浆料的稳定性和工作性，对传统储浆罐进行改良开发出新型储浆罐。该储浆罐可储浆1200L，罐内增设上、中、下三层搅拌叶片，储浆的同时进行低速搅拌。
为更好的控制灌浆质量，精确控制灌浆料的水灰比、减小人为误差，有必要对灌浆材料和水进行自动化电子计量。目前，中桥公司正在进行高速制浆机-储浆罐-压浆泵工作站的开发，该工作站应可进行物料的自动计量及对灌浆料的质量进行精细化控制。
4.3现场工艺试验
4.3.1灌浆料性能检测
（1）产品A
国外某品牌商品预拌灌浆料，水灰比0.27，主要用于预应力管道灌浆。
（2）产品B1
现场拌制灌浆料：水灰比0.32，水泥采用黄石P.O42.5低碱水泥，用量为1360kgm3；水用量为435 kgm3；外加剂为聚羧酸高效减水剂，用量为13.6 kgm3。
（3）产品B2
现场拌制灌浆料：水灰比0.37，水泥采用黄石P.O42.5低碱水泥，用量为 1314kgm3；水用量为486 kgm3；外加剂为聚羧酸高效减水剂，用量为13.14 kgm3。
（4）产品C
湖北中桥科技有限公司生产的商品预拌灌浆料（CHIDGECG-100），水灰比0.27，具有高流动性、低粘度、无泌水、微膨胀的特性。
表4-2 四种预应力灌浆料性能对比
项目
灌浆料品种
检验方法
A
B1
B2
C
凝结时间h
初凝h
5
--
--
7.5
GBT 1346
终凝h
11
--
--
9
流动度S
初始流动度s
22
28
20
14
ASTM C939-97
30min流动度s
25
30
23
15
抗折强度MPa
7d
-
--
--
6.5
GBT 17671-1999
28d
>12
4.8
3.9
>12
抗压强度MPa
3d
65.5
--
--
36.3--
7d
(一)交通部技术规范
对照国外先进管道灌浆技术规范可知，我国管道灌浆技术规范相对落后，具体体现在以下三个方面：
研究的技术路线如图3-1所示：
本项目在调研和试验论证的基础上，研究制定了接近工程实际、较为严格的高性能管道灌浆材料的性能检验指标和试验方法；同时，针对传统灌浆设备存在的问题，研究开发了集高速制浆机-储浆罐-压浆泵为一体的管道灌浆设备工作站；
本项目参考国内外相关标准，研究制定了管道灌浆料的性能检验指标和试验方法，包括流动度、泌水率和膨胀率、凝结时间、强度、抗氯离子渗透性能。
参照我国《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000），与美国 ASTM C939-97试验方法相同。用1725ml 新拌浆体从流锥中流下的时间即流动度来表示浆体的流动性能。
泌水会在硬化后的水泥石中留下空隙或孔洞，灌浆料灌入管道后若收缩也会在管道中产生孔隙或孔洞，不但会影响水泥石与预应力筋的粘结性能，也会使腐蚀物质深入并接触到预应力筋，因此，灌浆料配制关键的是不泌水、微膨胀。
凝结时间试验参照GBT 1346 水泥标准稠度、安定性、凝结时间检验方法，测试见图4-6。
抗压强度和抗折强度试验方法参照GBT 17671-1999水泥胶砂强度试验方法。
预应力管道灌浆料耐久性主要体现在抗侵蚀和抗冻性两个方面，本项目中硬化灌浆料的氯离子扩散系数测试方法参考依据DuraCrete非稳态电迁移试验原理 ( Rapid Chloride Migration Method of Concrete, Compliance Testing for Probabilistic Design Purposes, The European Union-Brite EuRam III, March 1999 ) 制定的“快速氯离子迁移法（RCM）”进行试验，试验仪器见图4-7。
抗冻性试验方法参照GBT 50082-2009抗冻试验慢冻法进行。
传统制浆灌浆设备包括高速制浆机、储浆罐、压浆机。目前国内高速制浆机制浆浓度许用水灰比为0.5：1，在制备小于0.5：1的低水灰比浓浆时，水泥在制浆机桶内容易成团，影响浆液质量。此外，制浆过程中水和灌浆料的计量均为人工计量，计量管理粗放，水灰比控制不够严格，使灌浆料质量稳定性波动较大。
新型灌浆材料一般水灰比极低，浆液浓。传统高速制浆机无法满足高性能管道灌浆料的制浆要求，为此特开发出可制备水灰比0.27：1水泥浓浆的高速搅拌机，见下图4-8所示。该搅拌机一次可制浆400L，其工作原理是电动机驱动高速剪切泵开式叶轮旋转剪切，产生高速液流，在桶内形成强烈涡流，使物料充分均匀搅拌，桶内斜置搅拌桨架，对桶内浆液进行机械搅拌，从而达到高速制备浓浆的目的。
选取四种典型管道灌浆料材料开展矩形梁模型试验和超长预应力索模型试验。分别采用9股、16股、25股及精轧螺纹钢预应力钢绞线，先取直束、弯曲和U形束、圆形束等布筋方式，采用真空辅助灌浆工艺和传统灌浆工艺，对比研究不同产品的流动性能和填充预应力管道的能力。
本试验选用以下四种灌浆料进行同条件产品性能对比试验，产品检测结果见表4-2。
