壓漿料在不同成型養(yǎng)護方式及干濕狀態(tài)下的強度特性研究

王志達

（健研檢測集團有限公司，福建 廈門 361000）

0 引言

隨著后張法預應力混凝土結構的廣泛應用，預應力孔道壓漿料使用越來越廣。后張預應力孔道壓漿的目的主要用于密實填充預應力筋，一方面可防止預應力筋與外界接觸引起銹蝕降低結構承載力，保證預應力混凝土結構安全；另一方面使預應力筋與混凝土良好聯(lián)結成一體共同承受荷載，確保預應力的有效傳遞,提高結構的可靠性和耐久性。壓漿料主要是以水泥為基料，減水劑、膨脹劑、消泡劑、穩(wěn)定劑和礦物摻合料等多種材料干拌而成的混合料，在施工現(xiàn)場按一定比例加水攪拌制備壓漿漿液。為保證后張預應力孔道壓漿的質量和耐久性，需具備主要性能包括：（1）良好的漿液流動性，不泌水不離析；（2）良好的體積穩(wěn)定性，具備微膨脹補償收縮性能；（3）適宜的凝結時間；（4）具備一定的強度要求?！豆窐蚝┕ぜ夹g規(guī)范》（JTG/T 3650-2020）規(guī)定壓漿料在現(xiàn)場施工過程中應制作相應的試件,標準養(yǎng)護28d,進行抗壓抗折強度試驗[1]。通過試驗室成型試件與工地現(xiàn)場成型送檢試件進行強度試驗對比發(fā)現(xiàn)，同一材料的壓漿料抗壓、抗折強度試驗結果差異較大，且工地現(xiàn)場成型送檢試件強度離散性大，試驗室成型試件強度較為均勻穩(wěn)定。為分析同一材料的壓漿料強度差異，本文將通過不同成型養(yǎng)護方式及干濕狀態(tài)進行壓漿料強度試驗研究。

1 試驗概況

1.1 試驗儀器

低速攪拌：水泥凈漿攪拌機，型號NJ-160A，廠家為無錫建儀儀器機械有限公司。

高速攪拌：水泥壓漿高速攪拌機，型號HSYJ-6，廠家為北京泰達。

1.2 原材料

壓漿料：廠家分別為廈門興納科技有限公司、福州晉隆盛建材有限公司、福建科勝加固材料有限公司。

1.3 試驗過程

1.3.1 攪拌方式

《公路工程水泥及水泥混凝土試驗規(guī)程》JTG 3420-2020標準規(guī)定壓漿料漿液攪拌分為低速和高速兩種攪拌制式[2]，根據(jù)不同水膠比采用低速攪拌或高速攪拌進行漿液制備?！惰F路后張法預應力混凝土梁管道壓漿技術條件》（TB/T 3192-2008）規(guī)定攪拌機的轉速不低于1000r/min，漿液的最高線速度限制在15m/s 以內[3]；《公路橋涵施工技術規(guī)范》（JTG 3650-2020）規(guī)定攪拌機的轉速應不低于1000r/min，攪拌葉的形狀應與轉速相匹配，其葉片的線速度宜不小于10m/s，最高線速度宜限制在20m/s 以內；《公路工程預應力孔道壓漿材料》（JT/T 946-2022）規(guī)定漿液制備宜采用預應力孔道壓漿材料專用攪拌設備，線速度可調整范圍為2.5～20.0m/s；低速攪拌時，攪拌葉片圓周線速度不應低于2.5m/s，高速攪拌時攪拌葉片圓周線速度不應低于10.0m/s[4]。

針對不同標準對制備壓漿漿液攪拌方式及攪拌線速度規(guī)定不同，分別采用低速攪拌和高速攪拌兩種攪拌制式進行試驗對比。低速攪拌采用水泥凈漿攪拌機，按照水泥凈漿拌制程序進行攪拌，高速攪拌采用水泥壓漿高速攪拌機，初始攪拌線速度均為3.1m/s，形成均勻的漿體后，再采用6.2m/s、12.4m/s、18.6m/s三種不同線速度，高速攪拌4min，分別制備晉隆盛、興納、科勝3 個廠家0.28水膠比壓漿漿液，成型后試件標養(yǎng)至28d，進行抗壓抗折強度試驗。

1.3.2 靜置沉淀

后張法預應力孔道壓漿料水膠比一般選用0.26～0.28，水膠比太小，漿液中水分太少，水化反應受阻，粉體顆粒易攪拌不均勻，流動性差，強度離散性大；水膠比過大，漿液黏度較低，粉體顆粒受重力作用影響易下沉產生泌水離析現(xiàn)象[5]，且過多的水分子在孔隙水壓力下發(fā)生遷移，增加試件的孔隙率。壓漿漿液停止攪拌后，隨著靜置時間延長，將產生不同程度分層沉淀。為分析漿液靜置沉淀對強度的影響，采用初始攪拌線速度為3.1m/s，形成均勻的漿體后，再采用線速度為12.4m/s 的高速攪拌制式制備晉隆盛、興納、科勝3個廠家0.28水膠比壓漿漿液。通過成型0min 靜置、10min 靜置上漿液、30min靜置上漿液和30min靜置下漿液4種不同靜置試件進行28d抗壓抗折強度試驗分析。試驗中上漿液試件為達到相應靜置時間未重新攪拌取上部漿液直接成型，下漿液試件為達到相應靜置時間取下部沉淀漿液重新攪拌后再成型。

1.3.3 養(yǎng)護方式

養(yǎng)護方式對壓漿料強度性能影響尤為重要，壓漿料在水化反應階段需充足的水分，保證水化反應順利進行。考慮到不同養(yǎng)護方式對壓漿料強度將產生不同的影響，采用初始攪拌線速度為3.1m/s，形成均勻的漿體后，再采用線速度為12.4m/s 的高速攪拌制式制備晉隆盛、興納、科勝3個廠家0.28水膠比壓漿料漿液，拆模后成型試件分別放置于標準養(yǎng)護、室溫養(yǎng)護和室外養(yǎng)護3種不同養(yǎng)護環(huán)境，養(yǎng)護至28d進行抗壓抗折強度對比試驗。標準養(yǎng)護為按照標準要求在恒溫水中養(yǎng)護，室溫養(yǎng)護為放置于（20±1）℃、相對濕度60%RH～80%RH的空氣中進行養(yǎng)護，室外養(yǎng)護為直接暴露在室外自然環(huán)境中養(yǎng)護。

1.3.4 干濕狀態(tài)

干濕狀態(tài)是指試件內部結構的不同含水量的狀態(tài)，不同含水狀態(tài)對材料強度特性有著顯著影響。楊慶國等[6]通過試驗表明水泥混凝土在干濕狀態(tài)下抗壓強度沒有明顯的差別，抗折強度在飽水狀態(tài)下與干燥狀態(tài)下相比，有顯著提高。同理，為研究不同干濕狀態(tài)對壓漿料抗壓、抗折強度影響，本文采用初始攪拌線速度為3.1m/s，形成均勻的漿體后，再采用線速度為12.4m/s的高速攪拌制式分別制備晉隆盛、興納、科勝3個廠家0.26、0.27、0.28三種不同水膠比壓漿料試件，在5組不同干濕狀態(tài)下進行壓漿料抗壓、抗折強度對比試驗。其中1組室外養(yǎng)護為試件成型24h拆模后直接暴露在室外自然環(huán)境中養(yǎng)護至28d進行破型，其余4組在標準養(yǎng)護狀態(tài)下養(yǎng)護至28d，將壓漿料試件分別放置在（20±1）℃，相對濕度60%RH～80%RH室溫環(huán)境中0h、2h、4h、8h后進行強度試驗。

2 結果及分析

2.1 不同攪拌方式對壓漿料試件強度的影響

如表1所示，由試驗結果可看出，3個廠家壓漿料試件在低速攪拌與線速度6.2m/s和12.4m/s高速攪拌作用下強度相差不大，隨著線速度提高至18.6m/s，抗壓抗折強度均呈較為明顯的增長趨勢。通過破型試件斷面觀察發(fā)現(xiàn)，在低速攪拌及高速攪拌較低線速度攪拌作用下，內部結構常存在小部分白色或灰色的粉狀物質，這是因為部分粉體顆粒未能在攪拌剪切作用下充分攪散而形成小團聚，未能充分進行水化反應，且易出現(xiàn)攪拌不均勻，使得各組份粉體顆粒未能充分發(fā)揮作用，造成抗壓、抗折強度低，數(shù)據(jù)離散性大；隨著線速度提高，在較大機械剪切作用下，懸浮于漿液體系中的絮凝體粉體顆粒相互分離并充分分散[7]，漿液攪拌較均勻，壓漿料各組分充分進行水化反應從而促進強度提升。

表1 不同攪拌方式抗壓、抗折強度（單位：MPa）

2.2 靜置沉淀時間對壓漿料試件強度的影響

對表2試驗結果進行分析可知，3個廠家的10min和30min 靜置的上漿液成型試件抗壓、抗折強度均低于0min靜置成型試件的抗壓、抗折強度，且隨著靜置時間延長，30min靜置上漿液成型試件抗壓、抗折強度降低更為明顯。10min靜置上漿液抗壓、抗折強度約為0min靜置試件的90%～95%；30min 靜置上漿液抗壓、抗折強度約為0min靜置試件的70%～85%。而30min靜置下漿液的抗壓、抗折強度高于0min靜置試件，約為0min靜置試件抗壓、抗折強度的110%～120%。由此表明，壓漿漿液隨著靜置時間延長，懸浮于漿液中的粉體顆粒受重力作用會出現(xiàn)不同程度分層沉淀現(xiàn)象，水化反應生成強度產物的有效成分下沉聚集在底部，從而提高其強度性能。而上漿液由于粉體顆粒下沉產生泌水離析，且水化反應生成強度產物的有效成分減少而表現(xiàn)出強度下降趨勢。為防止分層沉淀造成抗壓、抗折強度離散，壓漿料組分中應摻入超細礦物摻合料，以提高粉體顆?？钩两档哪芰8]，并加入纖維素醚穩(wěn)定劑使其具有保水、增稠、緩凝和引氣等作用[9]。

表2 不同靜置試件抗壓、抗折強度（單位：MPa）

2.3 養(yǎng)護方式對壓漿料試件強度的影響

如表3 所示，3 個廠家壓漿料試件在不同養(yǎng)護方式下抗壓、抗折強度均符合標準養(yǎng)護＞室溫養(yǎng)護＞室外養(yǎng)護強度特性，室溫養(yǎng)護與室外養(yǎng)護抗壓強度約為標準養(yǎng)護強度的80%～90%；而抗折強度卻有著明顯的差異，室溫養(yǎng)護抗折強度約為標準養(yǎng)護的60%～80%，室外養(yǎng)護抗折強度僅約為標準養(yǎng)護的20%～30%。通過觀察不同養(yǎng)護方式試件外觀發(fā)現(xiàn)，室溫養(yǎng)護試件表面大部分出現(xiàn)微裂紋，而室外養(yǎng)護試件表面明顯有肉眼可見的龜裂現(xiàn)象，甚至出現(xiàn)表面粉化砂化。這是因為室溫養(yǎng)護試件散失水分相對緩慢，未在水化反應階段過早散失水分，水化反應較為充分；室外養(yǎng)護環(huán)境條件較為惡劣，隨著風吹日曬，加劇水分的蒸發(fā)散失，使試件內部過早散失水分產生裂紋，破壞內部結構，從而降低抗壓、抗折強度。

表3 不同養(yǎng)護方式抗壓、抗折強度（單位：MPa）

2.4 干濕狀態(tài)對養(yǎng)護28d后的壓漿料試件強度的影響

通過分析表4數(shù)據(jù)可知，3個廠家成型的0.26～0.28三種水膠比壓漿料試件，在標準養(yǎng)護與不同干濕狀態(tài)下，水膠比越小，其抗壓、抗折強度總體越高。3個廠家不同水膠比壓漿料試件，標準養(yǎng)護28d后，隨著放置于室溫環(huán)境時間推移，2h、4h、8h不同干濕狀態(tài)抗折強度均逐漸降低，2h、4h、8h 抗折強度約為標準養(yǎng)護0h 的25%～50%，抗壓強度無明顯變化。室外養(yǎng)護抗壓強度總體略低于標準養(yǎng)護0h，而抗折強度明顯低于標準養(yǎng)護0h。

表4 不同干濕狀態(tài)抗壓、抗折強度

對比3 個廠家成型的0.26～0.28 水膠比壓漿料試件養(yǎng)護28d后在不同干濕狀態(tài)下的抗折強度，可看出試件抗折強度基本符合標準養(yǎng)護0h＞2h＞4h＞8h＞室外養(yǎng)護的強度特性，其原因可能是壓漿料試件在抗折試驗中受拉時，內部結構存在孔隙水壓力作用。根據(jù)有效應力原理，孔隙水共同參與受荷，由于不同干濕狀態(tài)試件所含含水量不同，從而對其抗折強度有著不同程度的影響；或因壓漿料試件在飽和與非飽和狀態(tài)內部結構和孔隙孔徑發(fā)生明顯變化[10]，導致內部結構力學性能破壞方式發(fā)生改變，從而出現(xiàn)相同材料、相同成型工藝在干濕兩種不同狀態(tài)下強度性能相差甚大的特性。

3 結束語

（1）在低速攪拌與高速攪拌較低線速度作用下，兩者抗壓、抗折強度相差不大；隨著高速攪拌線速度提高，抗壓、抗折強度均有明顯增長趨勢。制備漿液時，為確保漿液攪拌均勻并獲得較高強度性能且趨于穩(wěn)定，高速攪拌線速度宜控制在15.0～20.0m/s。攪拌線速度太高，漿液易產生大量氣泡，增加試件內部孔隙，反而降低強度。

（2）懸浮于漿液中的粉體顆粒受重力作用會出現(xiàn)不同程度分層沉淀現(xiàn)象，上漿液成型試件抗壓、抗折強度隨靜置時間延長呈下降趨勢，而下漿液成型試件抗壓、抗折強度高于同水灰比漿液強度。

（3）在不同養(yǎng)護方式下，壓漿料試件抗壓、抗折強度符合標準養(yǎng)護＞室溫養(yǎng)護＞室外養(yǎng)護的強度特性，成型試件在早期失水過程中，表面易出現(xiàn)微裂紋及粉化砂化現(xiàn)象，甚至破壞內部結構，降低抗壓、抗折強度。

（4）養(yǎng)護28d后的壓漿料試件在不同干濕狀態(tài)下，抗壓強度無明顯變化，而抗折強度隨著試件失水急劇降低，其抗折強度基本符合標準養(yǎng)護0h＞2h＞4h＞8h＞室外養(yǎng)護的強度特性。