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长沙理工大学 湖南长沙 410000
摘要：预应力孔道压浆工艺和压浆材料是影响预应力孔道压浆质量的关键因素。基于传统压浆和智能循环压浆的特点，以压浆料为变量，进行了传统压浆和智能循环压浆对比试验研究。2种压浆工艺结果表明：压浆工艺和压浆料之间具有一定的适应性，采用智能循环压浆工艺和符合规范指标要求的压浆料进行压浆效果最好，否则压浆质量均存在一定的缺陷。建议压浆过程中应避免采用不符合规范要求的压浆料，同时建议采用智能循环压浆工艺进行压浆。
关键词：压浆料；智能循环压浆；传统压浆；适应性
1、引言
预应力压浆质量是保证桥梁结构耐久性的关键因素之一[1]。而预应力压浆质量受压浆材料和压浆工艺的好坏共同决定[2]。大量的传统压浆工艺现场压浆质量表明，尽管采用了符合规范要求的压浆剂进行压浆，也很难保证预应力孔道有较好的压浆密实度[3]。目前的孔道压浆剂是由专门的生产厂家按照各种材料的配合比配成的满足压浆规范要求的专用压浆剂。压浆过程中运用的压浆料则是通过一定配比的压浆剂和水泥共同混合而成，由于在施工过程中人为因素及各种外加剂兼容性不良、水泥与减水剂等适应性差等问题存在，往往使得混合而成的压浆料某些特性指标难以满足规范要求，因此直接导致了压浆质量的不密实性。当前对压浆材料的研究上主要集中于新型压浆剂的超高性能研究上，即研究性能稳定、适应性强、价格低廉的材料。张金亮等进行了压浆剂各组分的正交试验[4]，确定了压浆剂各组分掺量与压浆浆液性能的变化关系。冯小伟等进行了压浆原材料的各项性能分析，并提出了一种最佳孔道压浆材料的配合比设计[5]。本文针对传统压浆工艺和智能循环压浆工艺，进行了不同压浆材料的适应性研究，进而为后续预应力压浆提供科学的指导作用。
2.压浆材料和压浆工艺
2.1压浆材料
（1）水泥
考虑到现场压浆剂与水泥适应性问题，选用广西华宏水泥股份有限公司和华润水泥公司生产的P.O42.5级水泥进行配比试验。比面积分别为：379、372，标准稠度分别为27、26.4。
（2）压浆剂
选用深圳陆基建材公司提供的专用压浆剂。具体的压浆剂指标有：初凝8.6h，终凝10.3h，初始流动度为17s，30min流动度为20s，60min流动度为23s，泌水率均为0，3h和24h自由膨胀率分别为0.5和1.
（3）水
采用饮用水。
2.2确定最佳原材料及配合比试验
试验选择以上水泥和压浆剂进行不同水胶比的配合比试验，测定其流动度、泌水率、膨胀率、凝结时间、抗折抗压强度。不同配比的压浆料基本性能指标如表1所示：
表1不同配比试验的压浆料基本性能指标
配比组号 水泥 压浆剂 水胶比 流动度（s） 泌水率 膨胀率 抗折/抗压强度
厂家 重量
（kg） 重量
（kg） 初始 30min 60min （%） 3h
（%） 28天
（MPa）
1 厂家1 5.4 0.6 0.26 16.2 21 23.5 0 0.41 13.8/89.8
2 厂家1 5.4 0.6 0.27 16.0 19 22.5 0 0.1 14.0/90.2
3 厂家2 5.4 0.6 0.26 17.2 20.2 24.0 1 0.5 13.2/85.2
4 厂家2 5.4 0.6 0.27 17.0 20.5 24.3 2 1 13.0/82.6
依据表2和《公路桥涵施工技术规范》JTG/T F50-2011可知，厂家2水泥由于水泥自身原因对压浆料的影响较大，出现了部分压浆性能指标超标的情况，华宏水泥较华润水泥各项指标性能好，故而在现场实际压浆中采用厂家1水泥进行压浆。厂家1水泥中所用0.27水胶比为最佳水胶比。
2.3压浆工艺
2.3.1智能循环压浆技术及工艺设备
智能循环压浆技术是基于传统压浆设备的缺陷改进得来，主要特点是实现了循环压浆的过程，通过浆液进出管导流实现浆液在管道和储浆桶内的大循环，同时通过进出浆口及水胶比测试仪、流量控制仪等进行压浆过程中浆液的关键指标监测和控制，从而保证了压浆管道内持压时间和浆液压力的规范要求。该设备中加入了PLC控制系统，通过无线指令实现整个压浆过程。具体的工作原理如下图1所示。
图1 智能循环压浆设备原理图
智能循环压浆主要技术特点有：
1）浆液带压持续循环，排除管道空气和杂质；
浆液在管道内持续循环，期间的管道内部压力的浆液进出口流量均可以调节，目的是将管道内空气和杂志通过出浆口和钢绞线丝间空隙完全排出。
2）一次压浆双孔，工效提高1倍；
3）精确控制压浆压力；
进出口管道处安装有浆液压力测控仪，该仪器能够自动实测管道压力损失，在保证基本管道内部压力的同时，保证沿途压力损失后管道内仍满足规范要求的最低值。
4）精确控制水胶比大小；
按施工配合比数量自动加水，准确控制加水量，从而保证水胶比符合要求。
5）保证浆液搅拌质量；
采用高速制浆机，将水泥、压浆剂和水进行高速搅拌，其转速为1420r/min，叶片线速度>10m/s，能完全满足规范要求。
6）规范压浆过程，实现远程监控。
3.预应力孔道压浆工艺和压浆材料适应性试验研究
3.1适应性试验研究方案
以压浆工艺和压浆材料为试验变量，进行4种组合方式的压浆，每种组合方式压浆2孔，压浆为20m长预应力管道负弯矩模型。压浆过程中记录浆液水胶比、灌浆压力、浆液流量、稳压时间等各个参数。适应性试验压浆孔道方案如下表2所示。
表2 适应性试验压浆孔道方案
方案
编号 压浆方式 压浆料 备注
1 传统压浆 0.27水胶比的压浆料
（水泥為华宏厂生产） 压浆料各项指标满足要求
2 0.27水胶比的压浆料
（水泥为华润厂生产） 压浆料部分指标不满足要求，存在质量问题
3 智能循环压浆 0.27水胶比的压浆料
（水泥为华宏厂生产） 压浆料各项指标满足要求
4 0.27水胶比的压浆料
（水泥为华润厂生产） 压浆料部分指标不满足要求，存在质量问题
压浆完成7天后，通过梁体模型切割试验检测压浆效果，即检测切割面的密实度（断面空洞面积百分比）
3.2试验结果
将压浆管道切片后的断面进行密实度统计分析，统计计算入下表3所示。
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摘要：预应力孔道压浆工艺和压浆材料是影响预应力孔道压浆质量的关键因素。基于传统压浆和智能循环压浆的特点，以压浆料为变量，进行了传统压浆和智能循环压浆对比试验研究。2种压浆工艺结果表明：压浆工艺和压浆料之间具有一定的适应性，采用智能循环压浆工艺和符合规范指标要求的压浆料进行压浆效果最好，否则压浆质量均存在一定的缺陷。建议压浆过程中应避免采用不符合规范要求的压浆料，同时建议采用智能循环压浆工艺进行压浆。
关键词：压浆料；智能循环压浆；传统压浆；适应性
1、引言
预应力压浆质量是保证桥梁结构耐久性的关键因素之一[1]。而预应力压浆质量受压浆材料和压浆工艺的好坏共同决定[2]。大量的传统压浆工艺现场压浆质量表明，尽管采用了符合规范要求的压浆剂进行压浆，也很难保证预应力孔道有较好的压浆密实度[3]。目前的孔道压浆剂是由专门的生产厂家按照各种材料的配合比配成的满足压浆规范要求的专用压浆剂。压浆过程中运用的压浆料则是通过一定配比的压浆剂和水泥共同混合而成，由于在施工过程中人为因素及各种外加剂兼容性不良、水泥与减水剂等适应性差等问题存在，往往使得混合而成的压浆料某些特性指标难以满足规范要求，因此直接导致了压浆质量的不密实性。当前对压浆材料的研究上主要集中于新型压浆剂的超高性能研究上，即研究性能稳定、适应性强、价格低廉的材料。张金亮等进行了压浆剂各组分的正交试验[4]，确定了压浆剂各组分掺量与压浆浆液性能的变化关系。冯小伟等进行了压浆原材料的各项性能分析，并提出了一种最佳孔道压浆材料的配合比设计[5]。本文针对传统压浆工艺和智能循环压浆工艺，进行了不同压浆材料的适应性研究，进而为后续预应力压浆提供科学的指导作用。
2.压浆材料和压浆工艺
2.1压浆材料
（1）水泥
考虑到现场压浆剂与水泥适应性问题，选用广西华宏水泥股份有限公司和华润水泥公司生产的P.O42.5级水泥进行配比试验。比面积分别为：379、372，标准稠度分别为27、26.4。
（2）压浆剂
选用深圳陆基建材公司提供的专用压浆剂。具体的压浆剂指标有：初凝8.6h，终凝10.3h，初始流动度为17s，30min流动度为20s，60min流动度为23s，泌水率均为0，3h和24h自由膨胀率分别为0.5和1.
（3）水
采用饮用水。
2.2确定最佳原材料及配合比试验
试验选择以上水泥和压浆剂进行不同水胶比的配合比试验，测定其流动度、泌水率、膨胀率、凝结时间、抗折抗压强度。不同配比的压浆料基本性能指标如表1所示：
表1不同配比试验的压浆料基本性能指标
配比组号 水泥 压浆剂 水胶比 流动度（s） 泌水率 膨胀率 抗折/抗压强度
厂家 重量
（kg） 重量
（kg） 初始 30min 60min （%） 3h
（%） 28天
（MPa）
1 厂家1 5.4 0.6 0.26 16.2 21 23.5 0 0.41 13.8/89.8
2 厂家1 5.4 0.6 0.27 16.0 19 22.5 0 0.1 14.0/90.2
3 厂家2 5.4 0.6 0.26 17.2 20.2 24.0 1 0.5 13.2/85.2
4 厂家2 5.4 0.6 0.27 17.0 20.5 24.3 2 1 13.0/82.6
依据表2和《公路桥涵施工技术规范》JTG/T F50-2011可知，厂家2水泥由于水泥自身原因对压浆料的影响较大，出现了部分压浆性能指标超标的情况，华宏水泥较华润水泥各项指标性能好，故而在现场实际压浆中采用厂家1水泥进行压浆。厂家1水泥中所用0.27水胶比为最佳水胶比。
2.3压浆工艺
2.3.1智能循环压浆技术及工艺设备
智能循环压浆技术是基于传统压浆设备的缺陷改进得来，主要特点是实现了循环压浆的过程，通过浆液进出管导流实现浆液在管道和储浆桶内的大循环，同时通过进出浆口及水胶比测试仪、流量控制仪等进行压浆过程中浆液的关键指标监测和控制，从而保证了压浆管道内持压时间和浆液压力的规范要求。该设备中加入了PLC控制系统，通过无线指令实现整个压浆过程。具体的工作原理如下图1所示。
图1 智能循环压浆设备原理图
智能循环压浆主要技术特点有：
1）浆液带压持续循环，排除管道空气和杂质；
浆液在管道内持续循环，期间的管道内部压力的浆液进出口流量均可以调节，目的是将管道内空气和杂志通过出浆口和钢绞线丝间空隙完全排出。
2）一次压浆双孔，工效提高1倍；
3）精确控制压浆压力；
进出口管道处安装有浆液压力测控仪，该仪器能够自动实测管道压力损失，在保证基本管道内部压力的同时，保证沿途压力损失后管道内仍满足规范要求的最低值。
4）精确控制水胶比大小；
按施工配合比数量自动加水，准确控制加水量，从而保证水胶比符合要求。
5）保证浆液搅拌质量；
采用高速制浆机，将水泥、压浆剂和水进行高速搅拌，其转速为1420r/min，叶片线速度>10m/s，能完全满足规范要求。
6）规范压浆过程，实现远程监控。
3.预应力孔道压浆工艺和压浆材料适应性试验研究
3.1适应性试验研究方案
以压浆工艺和压浆材料为试验变量，进行4种组合方式的压浆，每种组合方式压浆2孔，压浆为20m长预应力管道负弯矩模型。压浆过程中记录浆液水胶比、灌浆压力、浆液流量、稳压时间等各个参数。适应性试验压浆孔道方案如下表2所示。
表2 适应性试验压浆孔道方案
方案
编号 压浆方式 压浆料 备注
1 传统压浆 0.27水胶比的压浆料
（水泥為华宏厂生产） 压浆料各项指标满足要求
2 0.27水胶比的压浆料
（水泥为华润厂生产） 压浆料部分指标不满足要求，存在质量问题
3 智能循环压浆 0.27水胶比的压浆料
（水泥为华宏厂生产） 压浆料各项指标满足要求
4 0.27水胶比的压浆料
（水泥为华润厂生产） 压浆料部分指标不满足要求，存在质量问题
压浆完成7天后，通过梁体模型切割试验检测压浆效果，即检测切割面的密实度（断面空洞面积百分比）
3.2试验结果
将压浆管道切片后的断面进行密实度统计分析，统计计算入下表3所示。
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