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沈阳盛鑫源建材有限公司管道压浆剂初始流动性研究
发布时间：
2023-01-04 16:15
沈阳盛鑫源建材有限公司管道压浆剂初始流动性研究
后张法预应力管道压浆剂初始流动性是水泥压浆工作性能的一个极为重要的指标，水泥压浆液流动性的好坏在一定意义上决定着压浆质量的好坏，而管道压浆质量的好坏直接决定着预应力结构的安全性、可靠性与耐久性。因此，管道压浆作为后张法预应力混凝土结构施工工艺中极为重要的一个环节，越来越受到国内外学者和桥梁工程界人员的关注，本文依托《公路桥涵施工技术规范》中的管道压浆工序，对水泥压浆液的初始流动性进行了研究。
预应力管道压浆料是由水泥、压浆剂（由高性能减水剂、微膨胀剂、矿物掺合料、功能助剂等组成）和水按一定掺配比例组成的一种具有超流动、微膨胀性、高稳定性、高耐久性、早强高强的无骨料胶凝材料，由于从水泥浆液拌制完成到压入预应力管道都需要一定的时间，且在压浆的过程中压浆机要保持压力在一定的范围（通常为0.3~1.0MPa）之内，如果浆液的流动性不好，势必会增加施工的难度，压入管道的浆液也极易因为浆液的阻塞而出现孔隙，给结构留下隐患。目前，我国的公路正处于大建设的时期，各地的气候条件和施工条件差别较大，对于《JTG/T F50-2011》中规定的5~40℃的施工温度从下限到上限浆液的流动性也是有较大差别的，且再加上在施工过程中各地材料的选取各不相同和施工方法复杂多变及其它一些外因素的影响，往往很难保证水泥浆液的流动性，直接导致了压浆施工的压浆不密实、空隙多和施工困难等一系列问题。下面就从对水泥浆液流动性影响大的主要3个方面来进行讨论。
1、沈阳混凝土原材料及配合比对浆液初始流动性的影响
原材料及不同配合比对浆液性能的影响是决定性的，优质的水泥、专用压浆剂、合格的施工用水及正确的配合比是压浆质量保证的先决条件。本试验根据本公司混凝土试验室现有的材料中选取冀东P.O42.5级、竣凯P.O42.5级、工源P.O42.5级3种水泥；选取本公司自主研发的预应力管道压浆剂；选取JTG/T F50-2011规定的0.26、0.27、0.28的3种不同水胶比来进行正交试验。
依据上面的正交试验设计，在试验室条件下（试验室温度20±2℃，相对湿度≥50%）进行标准浆液流动度试验，试验中所用仪器均为规范规定的标准仪器，其中流动度测试仪用1725mL的试验室用水标定时流动度为8.15s，在JTG/T F50-2011规定的8.0±0.2s的范围之内。试验中每次测试流动度时所加浆液均在用水标定的刻度线上，试验结果如下表1-3。
从试验的结果可以看出，9种不同的配合比在试验室条件下其初始流动度都满足规范的要求，最大的初始流动度为16s，最小的为17.8s。用运方差分析的方法对以上正交试验结果进行分析可知：
（1）水泥品种对水泥压浆液初始流动度有着较为显著的影响，其中冀东水泥的压浆液初始流动度相对其他两种品牌水泥压浆液较大，相对压浆剂的适应性较好。
（2）水胶比对水泥压浆液初始流动度的影响显然是比较大的。从0.26到0.28其初始流动性都在不断增大，这可以从直观上进行理解，水胶比越大，浆液越‘稀’，流动性越强。
根据方差分析及综合各方面的考虑，确定在本研究中用水泥（冀东）：压浆剂（盛鑫源）：水=2.7：0.3：0.84为最佳配合比来进行试验研究。
2、沈阳混凝土温湿度对浆液初始流动性的影响
管道压浆液在拌合之后之所以能逐渐凝结和硬化，直到获得最终的强度，是因为水泥水化作用的结果。水泥的水化作用的快慢除了与压浆液自身的材料组成及配合比有关外，还与外界温度的变化有相当大的关系，当温度上升时，水化作用的速度加快；当温度下降时，水化作用的速度减缓，一旦温度降到0℃时，浆液中的一部分水开始结冰，参与水化作用的液态水减少，而一旦当温度降低到浆液里面的液态水完全变成固态时，水化作用基本上停止，相应的强度就不再增长。
不同温度下的水泥水化作用过程在很大程度上影响着以水泥为基材的浆液的流动性以及流动保持性，所以温度对水泥水化作用的影响可能会影响孔道压浆液的初始流动性。由于预应力孔道压浆液是由水泥和压浆剂（粉煤灰、膨胀剂、减水剂、外掺料等）及水混合而成的浆液，其流动性和流动保持性是一个很重要的工作指标，按照上一章确定的最佳配合比作浆液在0℃、10℃、20℃及40℃的流动性保持试验，研究温度对孔道压浆液流动性的具体影响。
试验时，按照前面试验确定的配比水泥（冀东）：压浆剂（盛鑫源）：水=2.7：0.3：0.84将试验原材料和仪器放入温度可调的试验箱里放置24h，然后将称量好的材料连同仪器一同拿出在试验室条件（20±2℃，湿度＞50%）及转速为1400r/min下进行试验，从搅拌到测试的整个过程在4min钟内完成，且每次试验后的压浆液不重复使用，结果如下表2-1。为了更直观的观察温度对压浆液流动性以及流动保持性的影响，将上表中的数据作成曲线图来进行分析研究，见下图2.1：
由上图可以看出，随着温度的升高压浆液的初始流动度呈现上升趋势，且在0℃~20℃之间流动度的变化比20℃~40℃之间的变化要大。从流变力学角度出发，决定压浆液流动性的主要参数是浆体的屈服应力，屈服应力和体系黏性变形中颗粒间的摩擦阻力有关，温度升高摩擦阻力减小流动性增加；温度降低摩擦阻力增大流动性降低。
由于湿度对浆液性能的影响主要是在制成试件后收缩和强度形成过程中，在试验室条件下湿度对初始流动度的影响微乎其微，故在此不做详细讨论。
3、沈阳混凝土搅拌机转速对水泥浆液初始流动性的影响
用于预应力管道压浆剂搅拌的搅拌机转速对浆液初始流动度的影响是巨大的，正是由于在短时间内搅拌机的高速旋转，才使得水泥浆液在短时间内能混合均匀、发生各种材料间的化学反应才使得该种混合液具有一定的弹性、韧性及流动性。根据规范压浆用搅拌机转速不得低于1000r/min且线速度控制在10~20m/s。那么搅拌机转速对水泥浆液初始流动性究竟是如何影响的？本试验就搅拌机转速从较慢的胶砂搅拌机转速（70r/min）开始逐渐提高，来研究转速对浆液初始流动性的具体影响
选取水泥（冀东）：压浆剂（盛鑫源）：水=2.7：0.3：0.84的配合比在试验室条件下（试验室温度20±2℃，相对湿度≥50%）来进行标准试验，具体的试验数据如下表3-1。
为了直观起见，将以上数据做成柱状来进行分析研究，如下图3.1。从柱状图中可以直观的看出，预应力管道压浆剂用搅拌机转速对新拌浆液的初始流动度的影响是巨大的，当转速从70~2000r/min增加的过程中，水泥浆液初始流动度反映在柱状图上的变化是迅速的；当转速由2000r/min继续增加时，其初始流动度基本没有大的变化。究其原因主要表现在：
（1）从宏观上讲，在搅拌机转速在70~2000r/min的范围内增加时，搅拌机的高速旋转使得混合料各组分之间的的结合越充分，其化学反应程度也相应的增加，有利于原材料性能的充分发挥表现在其流动性逐渐增加。
（2）从微观上讲，随着转速在微观上在70~2000r/min范围内增加时，搅拌机叶轮对凝胶性质的浆液的机械剪切越来越大，破坏了原来凝胶材料的黏结形式，减小了浆液内部粒子间的相互吸引力。转速越高，表现越明显，流动性也就越来越明显。
（3）当搅拌机转速逐渐增加时，对容器内浆液的搅拌增强，浆液整体的移动增强，根据流体力学的知识可知浆体必然发热，当转速越来越高时其产生的热量越来越多，根据前面得出的结论，其流动性也必然增加。
（4）在搅拌机转速达到2000r/min以后，上面所有的作用在该条件下基本上已经达到了极限状况，再增加搅拌机转速其初始流动性也不会再有大的变化。
管道压浆剂的初始流动度是水泥浆液性能的一个重要指标，保证其在各种环境及条件下的流动性对于预应力结构来说意义重大。
4、沈阳混凝土结论
（1）用于管道压浆的压浆液（主要指水泥与压浆剂）的配合比对水泥浆液的初始流动性的影响是决定性的。要保证水泥浆液的初始流动性就首先要保证水泥的质量（须42.5级以上）和专用压浆剂的质量，这是影响工程施工中浆液流动性能的最主要因素。在配合比的调整过程中要保证水胶比在0.28以下，以免为了保证流动性而给水泥浆液别的性能造成影响。
（2）温度对浆液性能的影响表现在在一定的温度（0~40℃）范围内，随温度的增加其流动性增强。在0℃由于浆液中的部分水结冰，水泥的水化作用及化学反应明显下降，流动性大受影响。在温度逐渐上升的过程中，流动性在0~20℃间的变化比20~40℃间的变化要大，在管道压浆施工中要确保环境及浆液的温度，保证水泥浆液的流动性。
（3）转速对水泥浆液初始流动度的影响具体表现在在一定的环境条件下当搅拌机转速从70~2000r/min增加时，水泥浆液的初始流动性逐渐增强；当转速达到2000r/min后，水泥浆液的初始流动性基本趋于稳定，不会再有较大的变化。
