预应力混凝土孔道压浆剂与水泥的适应性研究

预应力混凝土孔道压浆剂与水泥的适应性研究

于春松

1 安徽中铁工程材料科技有限公司 合肥230023

2 中铁四局集团有限公司 合肥230023

摘要：针对规范中对压浆料的技术要求，研究了孔道压浆剂与不同水泥的适应性。试验结果表明，研发的孔道压浆剂对不同水泥品种均具有较好的适应性，但依然存在指标差别；放条件良好的情况下，2个月内不同时段的水泥对配制出的压浆料的整体性能影响很小。但在实际施工中仍然要注意压浆剂与水泥的适应性以及水泥存放时间，避免施工质量事故。

关键词：压浆剂；水泥；适应性

中图分类号：TU 213.2+44   文献标志码：A

压浆料是一种专用于后张法预应力管（孔）压浆施工的产品，由多种优质水泥基材料和高性能外加剂优化配制而成，具有优异的流动性，浆体稳定，充盈度好，凝结时间可调，无收缩、微膨胀，强度高，不含对钢筋有害物质等特点。一般地，实际施工中压浆料由压浆剂、水泥和水按比例称量搅拌形成。而压浆剂的研发时选用的水泥品种较为单一，只是用了较为常用的水泥做为试验水泥。但是实际施工中使用的水泥往往采用就近和经济的原则进行选取，水泥的品种不同，其组成上也有一定的差异，对于配制成的压浆料性能影响也不同。所以研制的压浆剂有必要与市场上的常见水泥做适应性研究，通过市场上不同水泥品种对压浆材料性能的影响，为实际工程中选用水泥提供依据。

1 试验方法与原材料

1.1 原材料

采用P.O 42.5级海螺水泥、山铝水泥、冀东水泥、南方水泥、华润水泥、华新水泥以及基准水泥。

压浆剂为安徽中铁工程材料公司生产的压浆剂。

1.2试验方法

根据规范QCR567-2017《高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道先张法预应力混凝土轨道板》[1]和JTG/T 3650-2020《公路桥涵施工技术规范》[2]中的要求搅拌和测试压浆料性能。

2 结果与讨论

不同的水泥品种有不同的矿物组成、碱含量、比表面积，其辅料的掺量亦不相同，导致水泥初期水化过程存在差异，对压浆材料性能影响较大。本文选用海螺水泥、山铝水泥、冀东水泥、南方水泥、华润水泥、华新水泥以及基准水泥一起与压浆剂混合成压浆料后研究压浆剂的适应性。所选用水泥型号均为P.O 42.5。水泥的基本性能如表1。

表1 水泥的基本物理性能表

2.1水泥品种对压浆料凝结时间的影响

水泥浆凝结硬化过程是熟料矿物不断与水反应，水化物不断取代浆体中水所占据的空间并填充空隙和孔隙的过程。水泥的细度、矿物成分、石膏掺量、混合材、水胶比和养护条件等是影响凝结时间的主要因素。而压浆料中除水泥外其他组分也会对凝结时间造成一定的影响[3-5].

试验采用0.28的水胶比（压浆剂和水泥都计算为胶凝材料）、水泥与压浆剂的质量比例为9:1，改变掺加水泥的种类，仍然以1000r/min对压浆材料进行搅拌4min，并对初终凝时间、流动度、自由膨胀率、泌水率、强度等指标进行测试，不同水泥品种对压浆材料凝结时间的影响如表2所示。

表2不同水泥品种对压浆材料凝结时间的影响

将水泥的凝结时间与压浆材料的凝结时间对比发现，水泥的凝结时间基本上决定了压浆材料的凝结时间，但是压浆材料的凝结时间更长主要是因为压浆剂中含有减水剂和缓凝剂从而延长了浆体的凝结时间。水泥主要由水泥熟料、石膏以及部分矿物掺合料混磨而成。水泥的比表面积越大，其水化速度就越快，其凝结时间也就越短。然而水泥的凝结时间不仅仅与水泥的细度有关，水泥的主要矿物组成包括：硅酸三钙(C3S)、硅酸二钙(C2S)、铝酸三钙(C3A)和铁铝酸四钙(C4AF)等。四种熟料的水化差异较大，其水化反应速度顺序为：C3A>(C3A+CaSO4)>C3S~C4AF>C2S。因此，C3A和C3S含量越高，其水化速度也就越快，凝结时间也就越短。而水泥中的石膏能降低C3A的水化速度，从而降低了压浆材料的凝结时间。

2.2水泥品种对压浆料流动度的影响

不同水泥品种对压浆材料的流动度影响试验结果如表3，配合比设计同2.1节。

表3 水泥品种对压浆料流动度的影响

由表3的实验数据可知，目前市面上常见的几个大厂的水泥与压浆剂的适应性总体上良好，流动度的指标均能满足规范要求。流动度损失最大的是基准水泥，这可能与基准水泥的需水量较高有关。几种水泥配制的压浆材料的初始流动度差别并不大，证明减水剂与这几种水泥的适应性都较好。但是初终凝时间较短的水泥，在30min和60min的流动度损失也较大，这可能与水泥的水化速度较快有关系，水化速度过快，减水剂的减水效果也越难发挥，保证流动度损失小时就需要添加更多的减水剂。

2.3水泥品种对压浆料抗压强度的影响

不同水泥品种压浆材料强度的影响如表4所示。

表4 不同品种水泥对压浆材料抗压强度的影响

由试验可知，除了基准水泥外，其余六种由不同水泥厂家生产的水泥配制出的压浆材料28d强度差别并不大，差值最大为2MPa；而3d强度差值较为明显，差值最大为7.4MPa。C-S-H凝胶的体积约占完全水化的水泥石体积的50%以上，因此水泥石的强度主要来自于凝胶的内聚力。水泥石早期强度主要依赖于水泥中硅酸三钙的含量，硅酸三钙含量越高则形成的C-S-H凝胶越多，压浆材料的早期强度越大。所以一般水泥水化速度快的，初终凝时间短的水泥一般早期强度较高。减水剂和消泡剂的掺入使得压浆材料的水胶比降低，含气量降低，从而提高了压浆材料的密实程度和强度。所以压浆材料的强度会高于水泥的强度。但是达到28d后，水泥已经基本完全水化完全，强度趋向于接近。

2.4 水泥存放时间对压浆料性能的影响

一般来说，工地上的水泥存放时间随着工程进度而长短不一，不同存放时间的水泥新鲜度不同。所以研究水泥存放时间对保证压浆材料的稳定性有重要意义。试验采用2.1节中的配合比，水泥选用海螺水泥。考察不同存放时间对压浆材料流动度和强度的影响。试验结果如表5所示。

表5 水泥存放时间对压浆料性能的影响

由试验结果可以看到，不同存放时间对压浆材料的各项性能指标几乎没有影响，在规定的存放条件下，水泥自身水化反应进行的很少，所以短时间内的存放不会对水泥本身的性能指标有明显影响。

4.3 结论

(1) 研制的压浆剂与不同水泥的适应性良好，目前市面上大厂生产的水泥与压浆剂混合形成的压浆料都有良好的性能指标。

(2) 水泥品种对于压浆材料流动度的影响主要由于水泥的初、终凝时间。一般来说，配制压浆料的水泥初终凝时间越短，浆体的流动保持性越差。压浆材料的凝结时间与组成水泥的凝结时间密切相关，本文研制的压浆材料的凝结时间基本可以由其中水泥的凝结时间推断出。

(3) 水泥品种对压浆料的早期强度影响较大，但是随着时间推移，几种水泥配制出的压浆材料的28d强度差异不大。

(4) 存放条件良好的情况下，2个月内不同时段的水泥对配制出的压浆料的整体性能影响很小。

参考文献

[1]中国铁路总公司. 《高速铁路CRTSⅢ型板式无砟轨道先张法预应力混凝土轨道板》[S]. 北京，2017.

[2]中华人名共和国交通运输部. 公路桥涵施工技术规范[S]. 北京，2020.

[3]梁天宇.影响混凝土外加剂与水泥适应性因素的分析[J].科学之友，2011: 12-13.

[4]徐文利. 高适应性孔道压浆剂研究[D]. 石家庄铁道大学, 石家庄：2015.

[5]余洪斌. 后张法预应力梁孔道压浆材料的研制[D]. 中南大学, 长沙：2014.