預(yù)應(yīng)力管道高性能灌漿材料

研究項(xiàng)目簡介

一、前言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國公路和鐵路建設(shè)進(jìn)入一個(gè)迅猛發(fā)展的時(shí)期，其中橋梁所占的比例越來越大。保證橋梁的使用壽命，使橋梁預(yù)應(yīng)力管道灌漿密實(shí)，減少預(yù)應(yīng)力損失，并防止鋼筋銹蝕，是大型橋梁建設(shè)的關(guān)鍵性技術(shù)問題。在預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中，灌漿材料質(zhì)量的好壞將直接影響結(jié)構(gòu)的安全性和可靠性。

在預(yù)應(yīng)力管道灌漿領(lǐng)域，國內(nèi)外進(jìn)行了大量的研究。在早期，預(yù)應(yīng)力管道灌漿所使用的灌漿料一般為現(xiàn)場配制，施工時(shí)，采用水泥、水、減水劑、膨脹劑等進(jìn)行現(xiàn)場配制，此做法通常存在各種外加劑兼容性不良、水泥與減水劑適應(yīng)性差等問題，造成管道灌漿時(shí)漿體質(zhì)量穩(wěn)定性差、流動(dòng)性差、流動(dòng)性損失快、體積穩(wěn)定性不良、硬化后漿體不密實(shí)、與預(yù)應(yīng)力筋粘結(jié)不實(shí)等問題。國外已經(jīng)嚴(yán)令禁止現(xiàn)場配制罐漿料。近年來，對(duì)現(xiàn)場配制的傳統(tǒng)灌漿料進(jìn)行了一定的改善，采用水泥、水和外加劑包進(jìn)行配制，有效解決現(xiàn)場各種外加劑兼容性不良的問題，但由于各個(gè)地方用于生產(chǎn)水泥的原料性不同，生產(chǎn)出來的水泥差異很大，因而水泥與外加劑包適應(yīng)性差的問題仍然存在。國外已經(jīng)開發(fā)了工廠預(yù)制灌漿料并大規(guī)模應(yīng)用于工程實(shí)際，而國內(nèi)應(yīng)用較少。

低水灰比、高流動(dòng)度、0泌水是灌漿材料的關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)。不同類型水泥生產(chǎn)工藝和水泥礦物組分不盡相同，水泥理論水灰比在0.23-0.25之間。在灌漿料的制漿過程中，為了獲得必要的流動(dòng)性，現(xiàn)有施工中常用的水灰比在0.33-0.45之間，比水泥水化的理論用水量超出很多，多余的水必然泌出，同時(shí)在體系中形成泌水通道和水泡，泌水通道和水泡中的水蒸發(fā)后形成孔隙，導(dǎo)致結(jié)構(gòu)缺陷，這將大大減少混凝土抵抗荷載的實(shí)際有效斷面，影響灌漿料硬化后的后期強(qiáng)度和耐久性，造成安全隱患。目前關(guān)于灌漿材料的低水灰比研究，國內(nèi)外研究人員進(jìn)行了大量理論和試驗(yàn)研究，結(jié)果表明：水灰比大于0.28時(shí)必然產(chǎn)生泌水。

二、成果的創(chuàng)新性

湖北中橋科技有限公司研究團(tuán)隊(duì)經(jīng)過3年的刻苦攻關(guān)，通過大量試驗(yàn)室研究工作和工業(yè)化試驗(yàn)，采用高效聚羧酸減水劑、新型高分子聚合物穩(wěn)定劑、國產(chǎn)水泥和超細(xì)礦物改性組分進(jìn)行復(fù)合，解決了漿體流動(dòng)性、泌水和收縮等難題，開發(fā)出了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的大型橋梁用預(yù)應(yīng)力管道高性能灌漿材料的產(chǎn)品配方和生產(chǎn)工藝（國家發(fā)明專利申請(qǐng)?zhí)枺?010101124516）。CG-100預(yù)應(yīng)力管道高性能灌漿材料采用特殊復(fù)合礦物改性組分提高灌漿材料的流動(dòng)性能，在水灰比0.27時(shí)，漿體初始流動(dòng)度**低10秒、60分鐘后流動(dòng)度25秒以內(nèi)，漿料不離析、不分層、不泌水。

該研究在國內(nèi)屬于開創(chuàng)性的研究課題，材料的研制成功將有望結(jié)束傳統(tǒng)的灌漿施工工藝，對(duì)于解決預(yù)應(yīng)力橋梁的工程質(zhì)量問題，延長預(yù)應(yīng)力橋梁的使用壽命都具有重要意義。目前，已經(jīng)制定了該產(chǎn)品的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，在交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院監(jiān)制下順利投產(chǎn)，產(chǎn)品經(jīng)交通運(yùn)輸部質(zhì)量監(jiān)督檢測(cè)中心檢驗(yàn)合格。

2009 年12 月1 日，由交通運(yùn)輸部科技司主持的“預(yù)應(yīng)力管道高性能灌漿材料研究項(xiàng)目技術(shù)鑒定會(huì)”在北京召開。由交通運(yùn)輸部總工程師周海濤教授、鳳懋潤教授等9 名專家組成鑒定委員會(huì)，通過了交通運(yùn)輸部科技司組織的成果鑒定（交科鑒字[2009]第23 號(hào)），鑒定專家組一致認(rèn)定該項(xiàng)成果總體達(dá)到國際領(lǐng)先水平。

專家委員會(huì)一致認(rèn)為：湖北中橋科技有限公司的預(yù)應(yīng)力管道高性能灌漿材料技術(shù)研究成果具有創(chuàng)新性和自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，解決了灌漿材料漿體流動(dòng)性、穩(wěn)定性和耐久性等關(guān)鍵技術(shù)難題，中橋-CG100 的研制成功將徹底改變我國傳統(tǒng)的灌漿施工工藝，對(duì)于解決預(yù)應(yīng)力橋梁的工程質(zhì)量問題，延長預(yù)應(yīng)力橋梁的使用壽命都具有重要意義。推廣應(yīng)用意義深遠(yuǎn)，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。

主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)有：

（1）研發(fā)了具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的特殊超細(xì)礦物改性組分。

（2）研發(fā)了水泥基管道灌漿材料配方。

（3）研發(fā)了預(yù)應(yīng)力管道高性能灌漿材料的制備工藝，研制了相關(guān)的工藝設(shè)備和檢測(cè)設(shè)備，制定了企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

湖北中橋科技有限公司開發(fā)的預(yù)應(yīng)力管道高性能灌漿材料與國內(nèi)外灌漿材料相比具有以下明顯優(yōu)勢(shì)：

（1）工廠預(yù)制產(chǎn)品，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定，現(xiàn)場施工只需加水?dāng)嚢杓纯?，有利于控制現(xiàn)場灌漿質(zhì)量；

（2）水灰比低至0.27時(shí)流動(dòng)性、流動(dòng)性保持等施工性能優(yōu)良（流動(dòng)度達(dá)10-17秒），無泌水、微膨脹，能更有效填充管道，對(duì)于超長管道灌漿有明顯優(yōu)勢(shì)；并且，湖北中橋科技有限公司制定的企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中流動(dòng)度、30min 流動(dòng)度、泌水率等主要技術(shù)指標(biāo)規(guī)定高于歐洲、美國標(biāo)準(zhǔn)；

（3）經(jīng)檢測(cè)，硬化漿體抗?jié)B性能和抗凍性能高于國外產(chǎn)品指標(biāo)；

（4）該灌漿材料不含氯鹽或其它類對(duì)預(yù)應(yīng)力索有腐蝕性的組分，對(duì)預(yù)應(yīng)力鋼筋和鋼絞線等提供額外防腐保護(hù)。

三、成果的推廣應(yīng)用

目前，湖北省“十一五”規(guī)劃建設(shè)的交通重點(diǎn)建設(shè)項(xiàng)目——湖北荊岳長江公路大橋全線使用CG-100預(yù)應(yīng)力管道高性能灌漿材料，中交武漢港灣工程設(shè)計(jì)研究院全程跟蹤，進(jìn)行了多角度的應(yīng)用研究。使用CG-100預(yù)應(yīng)力管道高性能灌漿材料的制漿時(shí)加料速度快、制漿順利，初始流動(dòng)度**低為10s，施工效率和質(zhì)量都有保障。根據(jù)破損檢驗(yàn)結(jié)果，CG-100預(yù)應(yīng)力管道高性能灌漿材料用于超長預(yù)應(yīng)力管道灌漿（320米長索構(gòu)件）均能保證灌漿充實(shí)度，可灌性能優(yōu)于國外產(chǎn)品。目前，江蘇泰州大橋、長湘高速、九江二橋、杭瑞高速、麻武高速、大隨高速、十白高速、廣甘高速、南京四橋、宜巴高速等正在使用CG-100預(yù)應(yīng)力管道高性能灌漿材料，應(yīng)用效果良好。

專家預(yù)測(cè)，未來幾年我國橋梁新增2000km，需求灌漿材料約200萬噸；而國內(nèi)目前沒有相應(yīng)的工廠預(yù)制管道灌漿材料產(chǎn)品，主要依賴進(jìn)口；本研究產(chǎn)品經(jīng)中華人民共和國交通運(yùn)輸部公路科學(xué)研究院監(jiān)制和檢驗(yàn)。本項(xiàng)目的研究成果將解決采用水泥漿現(xiàn)場拌制的傳統(tǒng)灌漿施工工藝中存在的灌漿不飽滿、漿體不密實(shí)的質(zhì)量通病，對(duì)于解決預(yù)應(yīng)力橋梁的工程質(zhì)量、延長預(yù)應(yīng)力橋梁的安全使用壽命具有重要意義。

表1為湖北中橋科技有限公司企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中CG-100預(yù)應(yīng)力管道高性能灌漿材料的技術(shù)指標(biāo)。

表1　預(yù)應(yīng)力管道高性能灌漿材料及其漿體的技術(shù)指標(biāo)

靳洪允