预应力管道高性能灌浆材料

研究项目简介

一、前言

随着经济的快速发展，我国公路和铁路建设进入一个迅猛发展的时期，其中桥梁所占的比例越来越大。保证桥梁的使用寿命，使桥梁预应力管道灌浆密实，减少预应力损失，并防止钢筋锈蚀，是大型桥梁建设的关键性技术问题。在预应力结构中，灌浆材料质量的好坏将直接影响结构的安全性和可靠性。

在预应力管道灌浆领域，国内外进行了大量的研究。在早期，预应力管道灌浆所使用的灌浆料一般为现场配制，施工时，采用水泥、水、减水剂、膨胀剂等进行现场配制，此做法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，造成管道灌浆时浆体质量稳定性差、流动性差、流动性损失快、体积稳定性不良、硬化后浆体不密实、与预应力筋粘结不实等问题。国外已经严令禁止现场配制罐浆料。近年来，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。国外已经开发了工厂预制灌浆料并大规模应用于工程实际，而国内应用较少。

低水灰比、高流动度、0泌水是灌浆材料的关键技术指标。不同类型水泥生产工艺和水泥矿物组分不尽相同，水泥理论水灰比在0.23-0.25之间。在灌浆料的制浆过程中，为了获得必要的流动性，现有施工中常用的水灰比在0.33-0.45之间，比水泥水化的理论用水量超出很多，多余的水必然泌出，同时在体系中形成泌水通道和水泡，泌水通道和水泡中的水蒸发后形成孔隙，导致结构缺陷，这将大大减少混凝土抵抗荷载的实际有效断面，影响灌浆料硬化后的后期强度和耐久性，造成安全隐患。目前关于灌浆材料的低水灰比研究，国内外研究人员进行了大量理论和试验研究，结果表明：水灰比大于0.28时必然产生泌水。

二、成果的创新性

湖北中桥科技有限公司研究团队经过3年的刻苦攻关，通过大量试验室研究工作和工业化试验，采用高效聚羧酸减水剂、新型高分子聚合物稳定剂、国产水泥和超细矿物改性组分进行复合，解决了浆体流动性、泌水和收缩等难题，开发出了具有自主知识产权的大型桥梁用预应力管道高性能灌浆材料的产品配方和生产工艺（国家发明专利申请号：2010101124516）。CG-100预应力管道高性能灌浆材料采用特殊复合矿物改性组分提高灌浆材料的流动性能，在水灰比0.27时，浆体初始流动度**低10秒、60分钟后流动度25秒以内，浆料不离析、不分层、不泌水。

该研究在国内属于开创性的研究课题，材料的研制成功将有望结束传统的灌浆施工工艺，对于解决预应力桥梁的工程质量问题，延长预应力桥梁的使用寿命都具有重要意义。目前，已经制定了该产品的企业标准，在交通运输部公路科学研究院监制下顺利投产，产品经交通运输部质量监督检测中心检验合格。

2009 年12 月1 日，由交通运输部科技司主持的“预应力管道高性能灌浆材料研究项目技术鉴定会”在北京召开。由交通运输部总工程师周海涛教授、凤懋润教授等9 名专家组成鉴定委员会，通过了交通运输部科技司组织的成果鉴定（交科鉴字[2009]第23 号），鉴定专家组一致认定该项成果总体达到国际领先水平。

专家委员会一致认为：湖北中桥科技有限公司的预应力管道高性能灌浆材料技术研究成果具有创新性和自主知识产权，解决了灌浆材料浆体流动性、稳定性和耐久性等关键技术难题，中桥-CG100 的研制成功将彻底改变我国传统的灌浆施工工艺，对于解决预应力桥梁的工程质量问题，延长预应力桥梁的使用寿命都具有重要意义。推广应用意义深远，经济效益和社会效益显著。

主要创新点有：

（1）研发了具有自主知识产权的特殊超细矿物改性组分。

（2）研发了水泥基管道灌浆材料配方。

（3）研发了预应力管道高性能灌浆材料的制备工艺，研制了相关的工艺设备和检测设备，制定了企业标准。

湖北中桥科技有限公司开发的预应力管道高性能灌浆材料与国内外灌浆材料相比具有以下明显优势：

（1）工厂预制产品，产品质量稳定，现场施工只需加水搅拌即可，有利于控制现场灌浆质量；

（2）水灰比低至0.27时流动性、流动性保持等施工性能优良（流动度达10-17秒），无泌水、微膨胀，能更有效填充管道，对于超长管道灌浆有明显优势；并且，湖北中桥科技有限公司制定的企业标准中流动度、30min 流动度、泌水率等主要技术指标规定高于欧洲、美国标准；

（3）经检测，硬化浆体抗渗性能和抗冻性能高于国外产品指标；

（4）该灌浆材料不含氯盐或其它类对预应力索有腐蚀性的组分，对预应力钢筋和钢绞线等提供额外防腐保护。

三、成果的推广应用

目前，湖北省“十一五”规划建设的交通重点建设项目——湖北荆岳长江公路大桥全线使用CG-100预应力管道高性能灌浆材料，中交武汉港湾工程设计研究院全程跟踪，进行了多角度的应用研究。使用CG-100预应力管道高性能灌浆材料的制浆时加料速度快、制浆顺利，初始流动度**低为10s，施工效率和质量都有保障。根据破损检验结果，CG-100预应力管道高性能灌浆材料用于超长预应力管道灌浆（320米长索构件）均能保证灌浆充实度，可灌性能优于国外产品。目前，江苏泰州大桥、长湘高速、九江二桥、杭瑞高速、麻武高速、大随高速、十白高速、广甘高速、南京四桥、宜巴高速等正在使用CG-100预应力管道高性能灌浆材料，应用效果良好。

专家预测，未来几年我国桥梁新增2000km，需求灌浆材料约200万吨；而国内目前没有相应的工厂预制管道灌浆材料产品，主要依赖进口；本研究产品经中华人民共和国交通运输部公路科学研究院监制和检验。本项目的研究成果将解决采用水泥浆现场拌制的传统灌浆施工工艺中存在的灌浆不饱满、浆体不密实的质量通病，对于解决预应力桥梁的工程质量、延长预应力桥梁的安全使用寿命具有重要意义。

表1为湖北中桥科技有限公司企业标准中CG-100预应力管道高性能灌浆材料的技术指标。

表1　预应力管道高性能灌浆材料及其浆体的技术指标

靳洪允