毕业论文后张法预留孔道灌浆材料性能的研究

后张法预留孔道灌浆材料性能的研究摘要在试验基础上，归纳了水泥基灌浆材料的共性，总结了水泥基干粉灌浆砂浆的各主要组分，包括胶凝材料、骨料、减水剂、和膨胀剂，对其性能，包括流动性、凝结时间、力学性能和膨胀性的影响规律。为水泥基灌浆材料的研发和生产提供了参考资料。后张法预应力灌浆充实孔道的作用是保护预应力钢筋及提高整体结构的承载力。因材料、施工原因及灌浆材料泌水蒸发后，而在浆体凝固时产生一些孔隙。因此减少这些孔隙是预应力灌浆的关键。介绍后张预应力孔道灌浆中高性能水泥浆体的配制，并通过相关试验，对灌浆浆体的配比与性能进行了研究。关键词：水泥基灌浆料：干粉砂浆；新拌及硬化性能；主要组份。AbstractBased on the tests the major performances of cementitious grout，for instance ，fluid ability, setting time,strength and vertical expansion rate are summarized.Then the effects of so me main components such as cementing material,fine aggregate,water reducers,defoamer and ex pansive agent on the performance were discussed.That will provide the references for developing and manufacturing of eementitious grout materials Mi Shui evaporates the queen because of material，the cause being under construction and injection material， produce but a few small openings during the period of the thick fluid body solid ifies.Cutting down these small openings therefore is prestressing force injectio n keyThe making up of high-performance cement paste in post tensioned prestressed duct grouting is pres eated.Through relevant test，the mixing ratio and performance of the grouting materials are studied Keywords：Cementitious grout:Dry powder mortar；Fresh and ha rdened performance；Main comp onents. 目 录摘要I第一章 前言1 1.1灌浆材料及其发展历史1 1.1.1什么是灌浆材料1 1.1.2灌浆材料的发展历史1 1.2选题的依据与意义2 1.2.1选题的意义2 1.2.2选题依据2 1.3预应力灌浆材料在性能方面与国外相比的差距3 1.4灌浆材料主要的性能4 1.4.1浆体性能4 1.4.2浆体流动性的改善51.4.3浆体收缩性的改善5 1.4.4浆体的流动性损失5 1.4.5浆体稳定性的改善61.4.6浆体硬化后的强度6第二章 孔道灌浆材料高性能混土性能与可行方案7 2.1设计原理与理论72.2可行实验方案7 2.2.1流化试验7 2.2.2泌水试验和膨胀试验72.2.3中期膨胀率的测定8 2.3后期强度82.4 影响灌浆料质量的主要因素82.4.1流动性82.4.2水灰比9 2.4.3减水剂92.4.4复掺矿粉9 2.5稳定性102.5.1水泥的影响10 2.5.2掺合料的影响10 2.5.3配合比的影响11 2.5.4稳定剂11 2.5.5膨胀性能12 第三章 试验研究12 3.1试验设计思路123.2试验原理方案13 3.2.1泌水率的测定13 3.2.2膨胀率的测定133.2.4掺加粉煤灰的流动度、经时损失测定13 3.2.3掺加不同膨胀剂强度的测定133.3试验的主要器材13 3.4原材料的选择143.4.1聚羧酸型减水剂143.4.2HEA膨胀剂143.4.3粉煤灰143.3.4 P.I52.5水泥153.5水泥扩展度的测定153.6泌水率与流动度得测定163.7膨胀率的测定18 3.8水泥强度的测定203.9粉煤灰的参量对浆体质量的影响23第四章 技术效益分析254.1经济效益254.2环保效益25第五章 综合结论与展望275.1主要结论275.2需要进一步研究的内容28参考文献29致 谢30第一章 前言1.1灌浆材料及其发展历史1.1.1什么是灌浆材料目前的灌浆材料一般有有机灌浆材料和无机灌浆材料俩大类，七种有机灌浆材料以环氧树脂类和沥青类的化学浆材为主，其流变性能优异，可灌性强，凝固强，可以调节等优点，但是化学浆材亦存在着旧混凝土的相容性差，对裂缝界面条件要求苛刻，耐久性差，造价高、环保性能差等无法克服的缺点。无机材料一般是各种粒度和成分不同的水泥，以近年来出现的超细水泥为代表，超细水泥灌浆材料能克服化学浆材的部分缺陷，其可灌性几乎与化学浆材相当，在国内外应用日益广泛，目前对灌浆材料的工程性能研究主要包括从浆体的流变性能、可灌性、结石强度、收缩性等。大量研究表明，超细水泥的可灌性虽然接近接近学浆液，但是其流变性随水泥的细度增加、水灰比减小、操作时间增加而逐渐变差；其无机材料本身性质决定结石刚度过大，不利于松弛瞬间的冲击载荷，极易造成修补的二次破坏；超细水泥浆体于旧混领土界面的粘结性能较差，不足以满足修补要求。粘结性能较差，不足以满足修补要求。1.1.2灌浆材料的发展历史灌浆材料最早是在第二次世界大战中由于于军事需要而出现的。到20世纪50年代，发达国家将其应用于工业部门的机械设备安装中。20世纪70年代,由于进口设备的需要,我国开始了灌浆料的研制工作，并于1997年研制成功，开始在冶金设备安装中大量应用。纵观灌浆技术的发展史，其发展动向是粘土加石灰一水泥一化学类灌浆材料一水泥基灌浆材料。目前，水泥基灌浆材料是一种应用最多的材料，。它具有耐久性好、强度高、无毒、无污染、价格便宜等优点。国内外对水泥基灌浆材料进行了很多研究，并且取得了不少的成果，为进一步的开发提供了研究基础。 2004年，东南大学王思源、张晓青针对预应力混凝土孔道灌浆技术的改进，进行了专题研究。研究的内容包括灌浆材料的选择、最佳配比和预应力孔道灌浆工法及工艺参数的改进。2005年，万宇等人报道了一种快硬灌浆料的试验研究：采用特种水泥、石英砂和适宜的外加剂，研制出具有快硬早强、高流动度、适宜的可操作时间、微膨胀等特点的快硬灌浆料。该研究反映了目前国内研究的基本思路和现有水平。目前国内外对灌浆材料的研究一般重在个案，即针对某类具特殊用途或具备某项特点的灌浆材料进行研发。而对当前市场上灌浆材料的普遍要求，诸如高强，高耐久，微膨胀，绿色环保等特性与灌浆料常用各组分水泥、掺合料砂、减水剂、膨胀剂等之间关系的系统研究却难得一见。本研究目的是在现有文献和同济大学建筑材料研究所近年进行的灌浆料研究基础上，归纳干粉水泥基灌浆用砂浆中最主要的组分，建立其与灌浆料新拌性能(流动性和凝结时间) 和硬化性能(力学性能和竖向膨胀)之间的关系模型，为水泥基灌浆材料的研发和生产提供清晰明确的参考资料。后张预应力孔道灌浆存在着灌浆料泌水、灌浆不饱满、预应力钢材得不到钝化保护等问题。当后张预应力筋处于非水平倾斜部位、多跨弯曲状态和垂直状态时，灌浆料泌水会使泌水蒸发后的空间失去水泥的钝化保护，钢绞线的异形也会导致某些局部灌浆不饱满而失掉钝化保护。因此，近年来后张预应力灌浆料性能保证日益引起工程技术人员的关注。1.2选题的依据与意义1.2.1选题的意义预应力混凝土结构具有承载能力高、抗裂性和耐久性好等优点，目前在桥梁施工技术中得到了大量应用，后张法预应力结构在施工现场应用较多。在预应力钢筋张拉完成之后，必须对预留孔道进行灌浆处理，灌浆材料是确保预应力结构工程质量、延长预应力桥梁结构安全使用年限的关键因素。1.2.2选题依据国内市场上还缺乏具备上述各功能、性能优良的灌浆料。工地多采用0.4水灰比的水泥净浆灌注，或自加一些膨胀剂配制的灌浆体，往往难于避免注浆不饱满不密实，致使预应力钢绞线失去水泥浆体保护导致局部锈蚀。由于钢材在应力状态下锈蚀速度发展较快，使整体预应力混凝土结构受到损害，因此这是一个不容忽视的问题。为解决上述问题，在采用混合材含量少的普通硅酸盐水泥的基础上，选用高效减水剂以解决流动性和强度问题；优选适宜的减水剂掺量以解决泌水问题；优选适宜的铝粉掺量以解决凝结前胀满弯曲灌浆，孔道及缝隙问题；选择适宜品种的膨胀剂和掺量以解决中期膨胀和补偿收缩问题。目前我国对预应力孔道灌浆材料需求量较大，用于预应力孔道灌浆的专用产品较少，国产桥梁预应力灌浆材料在性能方面与国外相比还有一定的差距。主要表现在：新拌浆体流动性不好，可泵送能力差；浆体泌水大，易离析分层，高点处浆体起粉，孔道难成饱满状态；硬化后浆体不密实，空隙多，与预应力筋粘结不实。这一问题必须在浆体设计中加以解决。从组成灌浆浆体的原材料出发，改善浆体的组份，配制高性能灌浆浆体，使其具有较好的流动性、浆液稳定性、膨胀性及具有一定的阻锈能力等，充分发挥出灌浆料的优良作用。1.3预应力灌浆材料在性能方面与国外相比的差距新拌浆体流动性不好，可泵送能力差； 浆体泌水大，易离析分层，高点处浆体起粉，孔道难成饱满状态；硬化后浆体不密实，空隙多，与预应力筋粘结不实。灌浆料这些质量问题直接影响桥梁等结构的耐久性及安全使用。在桥梁安全事故中，有部分就是因灌浆料质量问题而造成预应力筋锈蚀、应力损失严重等质量问题造成重大财产损失。主要试验方法包括：流动性试验，公路桥涵施工技术规范进行，试验结果为三次测量的平均值。力学性能试验，按水泥胶砂强度检验方法进行。凝结时问试验 ，按建筑砂浆基本性能试验方法进行。砂的级配和堆积密度、空隙率试验按普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准进行。体积变化性能试验包括竖向膨胀率，按混凝土外加剂应用技术规范干体积密度试验，按加气混凝土体积密度、含水率和吸水率试验方法进行。 主要组分对灌浆料流动性的影响 (1)胶凝材料对灌浆料流动性的影响(2)骨料对灌浆料流动性的影响(3)减水剂对灌浆料流动性的影响(4)膨胀剂对灌浆料流动性的影响主要组分对灌浆料凝结时间的影响 (1)胶凝材料对灌浆料凝结时间的影响(2)减水剂对灌浆料凝结时间的影响(3)膨胀剂对灌浆料凝结时间的影响此次设计的实验从组成灌浆浆体的原材料出发，改善浆体的组份，配制高性能灌浆浆体；掌握浆体流动度、流动性损失、初凝和终凝时间、膨胀率、强度、泌水率等性能的测试方法；探索灌浆材料上述性能的综合改进方法。原材料根据公路桥涵施工技术规范(以下简称桥规)，水泥宜采用硅酸盐水泥或普通水泥，强度等级不宜低于42.5级。矿渣水泥因为泌水性较强，尽量不要选用；拌和用水可采用清洁的饮用水，为了改善浆体性能， 可以掺加减水剂、膨胀剂、铝粉等外加剂；拌和用水和外加剂中应不含有对预应力筋或水泥有害的化学物质。1.4灌浆材料主要的性能1.4.1浆体性能为了保证水泥浆能够充满整个孔道，浆液应有足够的流动性。流动性的测定方法可以参照桥规稠度值宜控制在1418s，也可以用水泥净浆流动度测定仪测定，宜控制在150200mm。水泥浆应具有良好的保水性，最大泌水率不得超过3，拌和后3h的泌水率宜控制在2之内，并且泌出的水分应在24 h内能够全部被浆体吸收。因为水泥凝结硬化过程中伴随着体积收缩，为了保证灌浆饱满、密实，水泥浆中可以掺加适量铝粉或膨胀剂，但其自由膨胀率应小于10水泥浆硬化后的强度一般应达到梁体混凝土的强度等级，无具体规定时应不低于30MPa (有时规定为40MPa)。为满足强度和流动性要求，水灰比宜0.400.45；掺入适量减水剂时，水灰比可减小到0.35。1.4.2浆体流动性的改善 浆体流动性的测试方法有多种，推荐的水泥净浆流动度。测量仪器主要为一个上下口直径分别为63、64mm，高为60mm的截头 圆锥筒，是外加剂试验的常规仪器。测试时准备一块边长300mm左右的玻璃板，平放在桌面上，预先将圆锥筒和玻璃板润湿，往筒内注满浆体后，立即提起圆锥筒，过30S以后测量浆体在玻璃板上的扩散直径，取两个相互垂直方向上直径的平均值即为水泥净浆流动度。增加用水量可以改善水泥浆的流动性，但是当达到适宜灌注的流动性时，水灰比将高达0.45尽管仍在规定范围之内，但后期强度难以保证，保水性也不好，所以不能通过单纯增加用水量来改善流动性。与混凝土一样，掺加减水剂也是改善流动性的有效措施。1.4.3浆体收缩性的改善 浆体灌注以后，由于水泥颗粒的沉降、水分蒸发、水泥水化等因素的影响，浆体体积发生收缩，已经灌满的孔道逐渐变得不饱满。以前都是通过铝粉发气膨胀来解决此问题，但是铝粉发气主要发生在水泥凝结初期，膨胀量控制以及气泡稳定技术很难掌握，且发气后浆体孔隙率增加，硬化后的强度和保护性能都会下降因此近年来更多的人主张采用膨胀剂。在适量膨胀剂作用下，水泥浆体更密实，似乎膨胀剂比铝粉更优越,其实这也是一种误解。因为膨胀剂刚好和铝粉相反它的膨胀主要发生在水泥凝结硬化的中后期，难以弥补早期的塑性收缩、沉降收缩等。鉴于二者的互补作用，复合使用是最好的办法。施工技术规范对掺加膨胀剂后的自由收缩率限制较宽(010)，所以膨胀剂的掺量比较容易确定。 1.4.4浆体的流动性损失 由于水泥水化、水分蒸发等因素的影响，水泥浆流动性会不断降低,掺用减水剂和膨胀剂后尤为明显。因为流动性降低到一定程度灌浆难以操,工人们往往增加用水量恢复流动性。这样一来，浆体的稳定性变得更差，收缩性增大，强度也会降低。所以除严格要求随拌随用之外，必须设法降低浆体的流动性损失，增加可灌注时间。浆体的流动性损失主要是由于水泥水化造成的，实践证明掺加缓凝剂或缓凝型减水剂是解决这一问题的有效措施。1.4.5浆体稳定性的改善 掺加减水剂和缓凝剂以后，浆体的粘度急剧降低，尤其是缓凝作用又使水泥浆体的静置时间延长，泌水有增多的趋势。为了改善浆体的稳定性，可以加入膨润土。膨润土是一种蒙脱石族矿物，具有吸水性、膨胀性、触变性等一系列很有价值的特性，在涂料工业经常用作增稠剂。掺入膨润土以后，浆体黏度增大，阻碍颗粒下沉，所以可以增加浆体稳定性。但是由于拌和水被膨润土吸附，浆体流动性会下降。1.4.6浆体硬化后的强度 掺加适量减水剂、缓凝剂后不会影响水泥浆的最终强度，减水剂是改善流动性的有效措施，缓凝剂可以显著增加水泥浆的可灌注时间，膨润土可以改善浆体稳定性，并且可以改善水泥浆硬化后的结构，提高水泥浆硬化体的强度。第二章 孔道灌浆材料高性能混土性能与可行方案2.1设计理论本实验在采用混合材含量少的普通硅酸盐水泥的基础上，选用高效减水剂以解决流动性和强度问题；优选适宜的减水剂掺量 以解决泌水问题；优选适宜的HEA掺量以解决凝结前胀满弯曲灌浆孔道及钢绞线缝隙问题；选择适宜品种的膨胀剂和掺量以解决中期膨胀。2.2可行的主要性能实验方案2.2.1流化试验根据建筑施工工程师手册中规定:水泥净浆水灰比为0.40.45时，流动120-170mm.这样的流动度可满足可灌性的要求试验方法按混凝土减少剂质量标准和试验方法规定。2.2.2泌水试验和膨胀试验泌水试验一根据我国GB5020492钢筋混凝土结构工程施工及验收规范规定泌水率宜控制在2，最大不超过3。膨胀试验一规范规定掺入水泥0.05的HEA，可使水泥浆获得23的膨胀率，对提高孔道灌浆饱满度有好处，同时也能满足强度要求 。泌水公式：3h后积累在上部的，表示为初始高度的百分比，表渗出值，见图1渗出=( H h )H100。图1膨胀公式：由于膨胀是快速反应(约lh)膨胀为(H- h1)100/H见图22.2中期膨胀率的测定中期膨胀，参照混凝土膨胀剂标准。在水泥中掺用市售HEA，用4x4x16m水泥软练砂浆模两端锒铜测头做自由膨胀实验；在4x4x16m 模型中加限制膨胀模具做限制膨胀试验。2.3后期强度强度试验一国际规范上无孔道灌浆强度试块尺寸要求。经查找建筑施工手册中对灌浆强度的要求如下：“水泥浆强度，不应低于M20级。水泥浆试块用7.07cm立方无底模制作，对直径较大的孔道，水泥浆中可掺入适量的细砂，砂浆强度也不应小于M20级。2.4 影响灌浆料质量的主要因素 2.4.1流动性 流动性是目前预应力孔道灌浆料主要指标之一，是保证灌浆料泵送和施工顺利进行的首要条件。为了提高灌浆料的流动性，可从以下几个方面加以改善。 2.4.2水灰比 增加用水量可以提高灌浆料的流动性，但是水灰比提高后将引入一系列问题，如浆液泌水率提高、易分层离析、保水性下降、后期强度难以保证等，所以不能通过单纯增加用水量来提高流动度。预应力孔道灌浆材料应在较低的水灰比下获得较高的流动度，才能使其它性能得到保证。2.4.3减水剂 传统的木钙、萘系、三聚氰胺减水剂难以满足低掺量、高流动度的要求。近年来 ， 随着对灌浆料流动度要求的提高，聚羧酸系高效减水剂在我国越来越受到重视，并得到迅速推广和使用。我国聚羧酸系高效减水剂的年用量(按 2 0浓度计算)从2000年的0.2万t增加2007年的41.3万t。聚羧酸盐系高效减水剂具有低掺量、保坍性好、与水泥相容性好、高性能化的潜力大等优点。然而，聚羧酸高效减水剂也存在着一些功能缺陷。聚羧酸类产品对水泥以及其它外加剂仍存在相容性问题。掺入水泥后，浆体易出现泌水、分层离析等问题。尤其在预应力孔道灌浆料中，出现上述现象将导致一系列不良后果，如:灌浆不饱满、浆体凝固后难密实、预应力筋易被腐蚀等。这些问题有可能导致严重的工程事故和不可估量的经济损失。 2.4.4复掺矿粉 从材料组成优化方面来提高灌浆料的流动性是另一有效途径。矿物掺合料对灌浆料流动性改善主要是与其物理形态有关。这些物理性态包括矿物掺合料颗粒大小及颗粒形貌，表面光滑度，亲水性如何等。当其掺入水泥基材料后，在水泥基材料中构成了新的复合胶凝系统，系统中颗粒形貌、粒径尺寸、分布以及微观结构都发生了变化，这些均可归结为掺合料的“形貌效应”、“分散效应”和“颗粒效应”。在灌浆料中对流动性起到了分散、解絮和滚珠作用。如石灰石、粉煤灰、硅灰、矿渣等均可起到以上作用。石灰石呈无规则几何结构，但其颗粒表面较光滑。细石灰石主要表现为活性材料，有较好的减水效应，且随着石灰石粒径减小，减水效果逐渐变好。粉煤灰绝大多数呈圆球形，且具有较好的球形度，球形颗粒及表面的玻璃体结构能起到润滑作用，从而能提高灌浆料的流动性。此外，硅灰、某些矿渣等也有类似的颗粒形貌，掺人灌浆料中，能起到一定的减水作用。2.5稳定性 灌浆料的稳定性可以从颗粒的沉降分层和泌水性两个方面来衡量。用泌水率能直观的描述浆体的稳定性。由于组成灌浆料各材料的密度不同，如果配合比不当，粘聚性差，会出现集料和水泥浆下沉、水分上浮，在灌浆后构件的表面泌出水分，此现象称为泌水圈。作为灌浆材料，其泌水率越低，泌水历时越长，浆液的稳定性越高，对灌浆材料越有利。在预应力孔道灌浆中，泌水会在蒸发后留下空隙，导致灌浆不密实， 使预应力筋暴露于空气中，预应力筋易被腐蚀等严重问题，失去灌浆料的保护作用。故低泌水率是高性能灌浆料必须具备的一个重要性能。影响灌浆料泌水主要有以下因素。2.5.1水泥的影响 水泥作为灌浆料的主要成分，对泌水有着重要的影响，主要有以下三个因素： 水泥的凝结时间越长，在灌浆料凝结硬化之前，水泥颗粒沉降的时间越长，灌浆料越易泌；水泥粒度越粗、比表面积越小、颗粒分布中颗粒含量越少，配制的浆料就越易泌水网由于矿渣的保水性差，且不易磨细，水泥中掺入量越大，水泥中矿渣越易泌水。因此，制备预应力孔道灌浆材料应选用粒度小、比表面积大的高等级水泥。2.5.2掺合料的影响 普通水泥由于其颗粒大，沉降快，稳定性较差。掺合料有粉煤灰、硅灰、石灰石等，均属于活性掺合料。利用这些物质的形态特点可减少浆体的沉降分层。这些掺合料加入之后，不仅能够满足甚至改善浆体的流动性能，提高拌和物的保水性和均匀性，而且阻碍了浆体中水分的泌出，使灌浆料低泌水甚至零泌水，从 而可以充分发挥灌浆料的保护预应力筋不受腐蚀的作用。2.5.3配合比的影响 影响因素主要有：水灰比、外加剂用量、集料的颗粒级配。水灰比决定水泥的稠度。灌浆料的单位用水量与泌水有直接关系，在其它材料比例关系保持不变的情况下，用水量增大，会造成灌浆料浆体粘聚性和保水性不良而产生严重泌水的现象。水泥与某些外加剂的适应性较好，掺量适宜，则灌浆料的和易性就好，泌水率就小。高效减水Ni起到大幅度减水的作用，在浆体达到同样流动性的前提下，可大幅度降低拌合水用量,从而降低浆体的泌水。由于减水剂能起到解絮作用，释放被水泥颗粒包裹的水分，同时使水泥颗粒表面的吸附水层变薄，所需的润湿水大为减少，从而使浆体中的可泌自由水量增加7J。最终的泌水情况取决于这两种情况哪种起主导作用。所以在浆体中存在一个减水剂的最佳掺量值。减水剂掺量小于最佳值，浆体流动度达不到要求；掺量大于最佳值，流动度不一定会增大，同时还会引起严重泌水等问题。但即使减水剂掺量在最佳值，也不能完全解决浆体的泌水问题。掺合料的粒径是影响灌浆料泌水的主要因素。粒径越大，浆体的泌水越严重。良好的颗粒级配是解决混凝土泌水的一种重要手段。试验证明，连续级配的灌浆料比间断级配的浆体的泌水率要低一些。细集料多的混合料泌水率也低一些。2.5.4稳定剂 可在灌浆料中添加稳定剂降低泌水率。稳定剂均具有保朔功能，使浆体有良好的内聚保水功能，大幅度地减少泌水值。目前国内外普遍采用的膨润土作为稳定剂，但膨润土会影响灌浆料硬化后的耐久性，同时会产生一定的干缩。一些能起到稳定作用的高分子物质掺入灌浆料中，能起到比膨润土更优的效果，不仅能降低泌水，同时对凝结后的强度具有促进作用。由于高分子物质的链接作用，具有抗水泥及掺合料胶粒沉淀的悬浮作用，减少泌水通道，能够起到降低泌水的作用。具有此作用的高分子物质有：聚丙烯酰胺、甲基纤维素、羟丙基甲基纤维素和羟乙基甲基纤维素等。由于此类物质具有增稠的作用，在使用时，必须对其分子量和添加量进行严格控制，否则会起到负面影响。使用引气剂也能达到降低泌水的作用。引入少量均匀的微小气泡可阻断泌水通道，增加浆体的保水性能；增稠作用可使浆体粘度增加，颗粒下沉的阻力增大，也可以增加浆体的保水性，从而达到抗泌水的目的。 2.5.5膨胀性能 预应力孔道灌浆材料的膨胀性分为凝结前的膨胀和凝结后 的膨胀。在以往的研究中，对凝结前的膨胀研究较少，而对凝结后的膨胀性能研究较为成熟。 第三章 试验研究3.1试验设计思路本试验在采用混合材含量少的普通硅酸盐水泥的基础上，选用高效减水剂以解决流动性和强度问题；优选适宜的减水剂掺量以解决泌水问题；优选适宜的HEA掺量以解决凝结前胀满弯曲灌浆孔道及钢绞线缝隙问题；选择适宜品种的膨胀剂和掺量以解决中期膨胀和补偿收缩问题。3.2试验原理方案3.2.1泌水率的测定利用不同的水胶比（02.3到0.37）将水泥静浆放入杯子里称重（2/3体积）称重前1个小时每10分钟吸水一次持续1小时以后每半小时吸次水持续2小时，总时间为3小时总吸水次数是10次并同时测经时损失，先测流动度在将水泥静浆静置20到30min再测流动度与开始的流动度相比较。3.2.2膨胀率的测定膨胀率的测定由自制的圆筒形结构测其直径变化按水胶体的变化0.32-0.37测1天、3天、7天、28天的膨胀剂。3.2.4掺加粉煤灰的流动度、经时损失测定掺加不同量的粉煤灰10%、20%、30%的开始流动度与半小时后的流动度，得出经时损失。3.2.3掺加不同膨胀剂强度的测定其他试验条件相同下掺加不同比例的掺膨胀剂，确定掺加6%、8%、12%下强度的大小。3.3试验的主要器材天平（采用感量0.1g的天平或电子秤，以及分析天平）。标准筛（采用GB/T6003.1中的标准筛。方孔筛筛孔边长为1 .0mm 和0.2 mm，应有筛底和筛盖）。搅拌机（采用GB/T17671中的胶砂搅拌机，搅拌叶可装卸）。跳桌及附件（采用GB/T2419中测定水泥胶砂流动度的跳桌及附件）。凝结时间测定仪（采GB/T1346中规定的凝结时间测定仪，其中试针只用初凝针）。试模（采用GB/T17671中规定的试模。4416cm）电热鼓风干燥箱（温控器灵敏度为土10）。抗折试验机（采用GB/T17671中规定的抗折强度试验机抗压夹具及抗压试验机采用GB/T17671中抗压夹具，受压面积40mm40mm ,抗压试验机的最大量程分别为20kN和50kN，示值相对误差均不大于1。3.4原材料的选择受到一些因素的影水泥响，本次设计采用的水泥是P.I52.5。碱水剂采用的是聚羧酸（中级，TMS江苏）。活性掺合料：粉煤灰、矿粉。膨胀剂选择的HEA膨胀剂。3.4.1聚羧酸型减水剂聚羧酸因为减水率远高于萘系减水剂,用聚羧酸型减水剂配制的混凝土坍落度损失较小,而且对混凝土强度无不良影响。可以有效节约成本。3.4.2 HEA膨胀剂1掺量低，膨胀效能高；2含碱量低，有效预防混凝土碱-集料反应；3不影响混凝土早、后期强度，真正做到等量替代水泥；4不增加混凝土坍落度损失，施工性能良好。3.4.3粉煤灰(1)混凝土拌和料和易性得到改善掺加适量的粉煤灰可以改善混凝土拌和料的流动性、粘聚性和保水性，使混凝土拌和料易于泵送、浇筑成型，并可减少坍落度的经时损失。(2)混凝土的温升降低掺加粉煤灰后可减少水泥用量，且粉煤灰水化放热量很少，从而减少了水化放热量，因此施工时混凝土的温升降低，可明显减少温度裂缝，这对大体积混凝土工程特别有利。(3)混凝土的耐久性提高由于二次水化作用，混凝土的密实度提高，界面结构得到改善，同时由于二次反应使得易受腐蚀的氢氧化钙数量降低，因此掺加粉煤灰后可提高混凝土的抗渗性和抗硫酸盐腐蚀性和抗镁盐腐蚀性等.同时由于粉煤灰比表面积巨大，吸附能力强，因而粉煤灰颗粒可以吸咐水泥中的碱，并与碱发生反应而消耗其数量。游离碱数量的减少可以抑制或减少碱集料反应。粉煤灰掺量即可避免碱集料反应。(4)变形减小粉煤灰混凝土的徐变低于普通混凝土。粉煤灰的减水效应使得粉煤灰混凝土的干缩及早期塑性千裂与普通混凝土基本一致或略低，但劣质粉煤灰会增加混凝土的干缩。(5)耐磨性提高粉煤灰的强度和硬度较高，因而粉煤灰混凝土的耐磨性优于普通混凝土。但混凝土养护不良会导致耐磨性降低。(6)成本降低掺加粉煤灰在等强度等级的条件下，可以减少水泥用量约10%15%，因而可降低混凝土的成本。3.3.4 P.I52.5水泥 水泥属于水硬性无机胶凝材料，是混凝土中最重要的材料，其强度，单位，性质对水泥混凝土的强度和耐久性有着重要影响。水泥强度等级选择的原则为：混凝土设计等级越高，水泥强度等级也应越高。P.I52.5水泥性能优良适合学生试验使用。经济实用。3.5水泥扩展度的测定确定水灰比为0.4，水泥500g，将水泥与水按水灰比的用量在搅拌机里进行搅拌，3分钟，快速搅拌1分钟，慢搅2分钟，取出水泥将浆体倒上刻盘可以测得不加碱水剂扩张度直径测量2次括号内为2次数据（172,188）平均直径d=180m。然后分别设定减水剂设减水剂效果18%与30%，重复上述实验测得直径大于200不合格。继续设定碱水剂效果为38%时同样得扩展度（168,174）直接d=171mm合格，HEA碱水约38%。随后用李氏瓶测量P.I52.5的表观密度分别测得了2次 P1=2.8763 g/ml，P2=2.9047 g/ml ，P平均=2.8905 g/ml。3.6泌水率与流动度得测定 使用减水剂1% 水泥500g按不同水胶比0.32-0.37的流动度与泌水率测定。将水泥静浆放入放入杯子里2/3体积称重开始没10min吸水一次，持续1个小时，以后没半小时吸一次直到2小时，总共3小时，前1个小时吸6次后2个小时吸4次。同时测经时损失，先测流动度在将水泥静浆静置20到30min再测流动度与开始的流动度相比较。测得的不同水胶比在开始于和半小时后流动度的如表1.1所示。表1.1不同水胶比流动度水胶比开始直径(mm)静置后半小时(mm)0.321029998850.331371291301440.341481531301150.351811821351420.361981961551610.37220230188196由表格1.1可绘制图1.2,直观反应不同水胶比流动度之间的差异。图1.2不同水胶比在分别在开始和半小时的流动度综合结论：流动度与搁置时间成反比，随着水胶比的逐渐变大流动度是不断增大的。增加用水量可以改善水泥浆的流动性，但是当达到适宜灌注的流动性时，水灰比将高达200，后期强度难以保证，保水性也不好，所以不能通过单纯增加用水量来改善流动性。半小时后流动度减小，因为浆体发生硬化等因素所以流动度与搁置时间成反比。将搅拌好的不同水胶比的浆体放到准备好的小塑料杯上经过3小时对表面的10次吸水，测其质量比最初的质量之差。可以计算到泌水率为下表2.1表2.1不同水胶比情况下的的泌水率水胶比开始质量（g）3h后质量（g）泌水率（%）0.32285.00284.960.0140.33345.80345.630.0490.34327.30326.970.1010.35368.80365.320.9440.36308.55303.291.705水胶比开始质量（g）3h后质量（g）泌水率（%）0.37320.64312.472.648由表格2.1可绘制图2.2,直观反应不同水胶比的泌水率的大小。图2.2不同水胶比对泌水率影响可得到如下结果：单掺相同比率的高效减水剂时，随着水灰比的降低，浆体泌水率减少。当水胶比很小的时候浆体的泌水也很小，没有收缩发生。这是由于比水泥熟料粒度更细的、级配连续的粉煤灰微粒均匀分布在浆体中，增强了保水性和均质性，当水胶太大时，后期强度可能不稳定。泌水率一般低于2%。3.7膨胀率的测定每组减水剂1% 水泥500g膨胀剂为HEA自制简易圆筒结构圆筒直径为60mm，膨胀率的测定由自制的圆筒形结构测其直径变化按水胶体的变化0.32-0.37测组数据。并测量1天、3天、7天28天后的膨胀率分别如得下表，不加膨胀剂表格3.1 、加6%膨胀剂表格3.2 、加8%膨胀剂表格3.3、 加12%膨胀剂表格3.4。一、 不加膨胀剂情况下，不同水胶比在1天、3天、7天以及28天后的直径变化情况如表：3.1表3.1不加HEA，不同水胶比对膨胀率的影响水胶比1天(mm)3天(mm)7天（mm）28天（mm）0.3259.9659.9559.9459.940.3359.9559.9359.9259.920.3459.9559.9359.9259.910.3559.9459.9259.9159.900.3659.9359.9159.9059.890.3759.9159.8959.8859.88二、 加6%膨胀剂情况下，不同水胶比在1天、3天、7天以及28天后的直径变化情况如表：3.2。表3.2加6%膨胀剂，不同水胶比对膨胀率的影响水胶比1天(mm)3天(mm)7天（mm）28天（mm）0.3260.0260.0360.0360.030.3360.0260.0360.0460.040.3460.0360.0460.0460.040.3560.0360.0460.0560.040.3660.0360.0560.0560.050.3760.0460.0660.0660.06三、 加8%的膨胀剂情况，不同水胶比在1天、3天、7天以及28天后的直径变化情况如表：3.3。表3.3加8%HEA，不同水胶比对膨胀率的影响水胶比1天(mm)3天(mm)7天（mm）28天（mm）0.3260.0260.0460.0560.050.3360.0360.0460.0560.050.3460.0360.0460.0560.060.3560.0360.0560.0660.060.3660.0360.0560.0760.070.3160.0460.0660.0760.08四、 加12%膨胀剂情况，不同水胶比在1天、3天、7天以及28天后的直径变化情况如表：3.4。表3.4加12%膨胀剂HEA，不同水胶比对膨胀率的影响水胶比1天(mm)3天(mm)7天（mm）28天（mm）0.3260.0360.0460.0560.050.3360.0360.0560.0560.050.3460.0460.0560.0660.060.3560.0560.0560.0760.070.3660.0560.0760.0860.080.3760.0560.0760.0860.09由上面4表可以绘制不同水胶比在不同时间内的膨胀率的情况图：3.4。图3.4不同水胶比在不同时间内的膨胀率的情况得出结论：膨胀率随着水胶比的增大而是不断增大的过程 HEA膨胀剂是早期膨胀剂后期基本不膨胀前期膨胀效果好。膨胀率随着时间的推移，且不断增大到一定时间达到最大保持不变。由上4表可以绘制图：3.5得到掺加不同比例的膨胀剂对于膨胀率大小的影响。图3.5掺加不同比例的膨胀剂对膨胀率的影响得出结论：当减水剂掺量一定时，未掺膨胀剂的浆体中，掺人减水剂的收缩，即减水剂无助于减少收缩。当减水剂掺量一定时，膨胀剂随着膨胀剂的增大，膨胀效果增大。3.8水泥强度的测定分别加入将不同水胶比的混凝土（0.32-0.37）不加入百分率不同膨胀剂（不加，6%，8%，12%）装入4x4x16m模型之中来测其7天、28天的强度。一 不加膨胀剂情况下，7天和28天浆体强度测定数据如表：4.1。表4.1不加膨胀剂情况下，不同水胶比对浆体强度的影响水胶比7天强度(MPa)28天强度（MPa）0.3265.470.70.3361.873.40.3458.370.20.3554.567.30.3650.763.40.3748.260.5二 加6%膨胀剂情况下，7天和28天浆体强度测定数据如表：4.2。表4.2加6%膨胀剂情况下，不同水胶比对浆体强度的影响水胶比7天强度(MPa)28天强度（MPa）0.3260.872.30.3357.470.10.3454.366.30.3551.262.503648.558.90.3744.654.2三加8%膨胀剂情况下，7天和28天浆体强度测定数据如表4.3表4.3加8%膨胀剂情况下，不同水胶比对浆体强度的影响水胶比7天强度(MPa)28天强度（MPa）0.3257.870.40.3354.267.80.3450.662.70.3547.558.80.3643.254.20.3740.151.4四加12%膨胀剂情况下，7天和28天浆体强度测定数据如表4.4表4.3加12%膨胀剂情况下，不同水胶比对浆体强度的影响水胶比7天强度(MP)28天强度（MP）0.3253.264.30.3349.260.4水胶比7天强度(MP)28天强度（MP）0.3444.956.30.3540.251.40.3637.647.90.3732.842.7由上述4表分别做图分别得出不加膨胀剂下，不同水胶比对强度的影响如图4.1.1，加6%膨胀剂，不同水胶比对强度的影响如图4.2.1，加8%膨胀剂情况下不同水胶比对强度的影响如图4.3.1加12%膨胀剂，不同水胶比对强度的影响如图4.4.1。图4.1.1 不加膨胀剂情况下的强度 图4.2.1 6%膨胀剂情况下强度图4.3.1 加8%膨胀剂情况下强度 图4.4.1 加12%膨胀剂情况下强度综合上4图可得出图5.1即加不同含量的膨胀剂对强度的影响图5.1不同剂量的膨胀剂对强度的影响综上5图可以观察当其他条件相同时出膨胀剂含量越大，强度损失越多，水胶比越大强度损失越大。膨胀剂HEA对28天强度损失较为显著，对7天强度有所影响。膨胀剂的含量与浆体强度成反比3.9粉煤灰的掺量对浆体质量的影响将百分比不同粉煤灰掺量（10%、20%、30%）得浆体测其流动度并计算其经时损失。得到如下数据图6.1图6.1不同掺量粉煤灰对浆体流动度得影响粉煤灰掺量（%）开始流动度（mm）半小时后流动度（mm）经时损失（mm）1016815414201921839301731676得到结论:从材料组成优化方面来提高灌浆料的流动性是另一有效途径。在灌浆料中对流动性起到了分散、解絮和滚珠作用。粉煤灰绝大多数呈圆球形，且具有较好的球形度，球形颗粒及表面的玻璃体结构能起到润滑作用,从而能提高灌浆料的流动性,浆体的经时损失随着粉煤灰的掺量得提升而变小。第四章 技术效益分析4.1经济效益减水剂通过优选与水泥相匹配的高效减水剂，掺入适量质量优异的、与水泥级配良好的细掺合料粉煤灰和高效膨胀剂等胶凝材料)，就可以大大降低浆体的水胶比，节约水泥用量，改善流动性，降低浆体的泌水，不难配制出水密性和体积稳定性、抗渗透性和耐久性符合要求的高性能灌浆浆体。水泥和高效减水剂的有效匹配。除了节约水泥外，而且在强度上，耐久性上远高于普通混凝土。4.2环保效益水泥行业在人类托起座座摩天大厦之时，也在大量消耗不可再生的矿物资源和化石能源，在家中环境负荷方面也是扮演着举足轻重的角色。自波特兰水泥发明以来，水泥工业一直是在不断地克服各种自身或外部的局限和障碍中发展起来的。同其他传统产业一样，水泥工业也将面临着不可持续发展的问题。如何看待可持续或不可持续发展的问题，我认为应当辩证地对待。可持续与不可持续发展恰好是一个问题的两个方面，我们既要充分地认识到当今水泥工业可持续发展问题的严重性一面，也要看到事物有利的一面。最重要的是要创造转化条件，把握事物的主导方向，使不可持续发展的传统产业转向可持续发展的正确轨道。如果不正视问题、盲目发展和盲目乐观，不做准备，没有应对措施，即便是可持续发展的产业也很可能陷入不可持续发展的死胡同。正所谓“马到崖前搂缰晚，船到江心补漏难”。人类文明发展史上的不可持续发展的前车之鉴是不胜枚举的，例如古老的玛雅文化的消失、两河文明的衰败、黄河流域生态的恶化和楼兰古城的湮灭，都是人与自然不和谐的产物以及生态灾难所留给人类的不可持续发展的沉痛教训。2001年10月，世界可持续发展工商理事会在中国举办“面向可持续发展的水泥工业”高层研讨会时，我已阐明我的这一观点。当时国外的代表和国内代表在中国水泥工业是否可持续发展的问题上各执一端。这恰好说出了问题的两个主要方面，其关键之处是在于我们应怎样去认识和怎样去做。我们应全面地看问题，辩证地、科学地对待这个问题。早做准备，趋利避害，发挥水泥工业可持续发展的一面，克服其不可持续的一面，才会使其永续发展，这是我们研究问题的意义所在。提高水泥性能节约水泥是我们不断研究的动力。第五章 综合结论与展望5.1主要结论1. 减水剂是改善流动性的有效措施增加用水量可以提高灌浆料的流动性。2. 水胶比是影响灌浆材料的主要指标。水胶比提高后将引入一系列问题，如浆液泌水率提高、易分层离析、保水性下降、后期强度难以保证等，所以不能通过单纯增加用水量来提高流动度。预应力孔道灌浆材料应在较低的水灰比下获得较高的流动度，才能使其它性能得到保证。3. 聚羧酸系高效减水剂效果，减水效果好、保坍性好、与水泥相容性好、高性能化的潜力大等优点。但容易出现强度问题。可能造成重大经济损失。4. 复掺矿粉，粉煤灰也是改善流动性的主要方法能起到一定的减水作用。5. 膨胀剂起着灌注后的灌浆料处在混凝土中心预应力孔道的一定空间下，由于凝结前的水化收缩，必将在预应力孔道体系中产生空隙，产生的空隙会导致氯离子等有害杂质快速渗入，大幅度降低灌浆料的保护作用。但是容易造成膨胀应力过大影响材料的强度。目前我国专用于预应力孔道灌浆的产品较少，我国的铁路和公路建设 中桥 梁所占的比例 越来越大，对预应力灌浆材料产品具有巨大的市场需求。通过灌浆浆体特性 系统 的研究，掌握预应力管道灌浆材料流动性、泌水率、膨胀性及防锈的内在规律，进行外加剂的最佳品种和最优掺量试验，可为商品化灌浆料研究和生产提供可靠保证，具有显著的社会与经济效益。5.2需要进一步研究的内容 为克服水泥浆体泌水引进的孔隙，提高孔道灌浆的饱满度和密实性，必须从组成灌浆浆体的原材料出发，改善浆体的组份，配制高性能灌浆浆体，从面达到降低浆体的泌水收缩率的目的。特别是实验没做到的铝粉外加剂综合各种外加剂之间的比对水泥流动性等性能的影响，稳定剂对灌浆材料的影响。灌浆材料上述性能的综合改进方法。高标号水泥应用较少。提高水泥标号，混凝土的强度可随之提高，我国生产高标号水泥的技术水平有限，目前配制高强混凝土所用的主要是42.5和52.5的水泥，52.5以上的水泥很少采用，限制了混凝士强度的提高。 养护制度不完善，影响了混凝土强度的提高及其应用。湖南大学黄政宇教授和何峰的研究指出：热养护有利于提高混凝土的抗压强度。对于相同配比的混凝土，高温(250)养护的混凝土抗压强度最高，热养护其次，标准养护最低，相差可达20MPa以上，而且养护制度对掺有不同混合料(硅灰和石英粉)的混凝土强度影响不同。目前，在工程实际中由于受技术水平及价格等因素的限制，对养护制度的重视普遍不足，这对超高强混凝土的强度提高十分不利，在今后的研究与应用中应给与重视。加入其它新型掺合物进行性能研究，测定其对流动度，强度等性能的综合影响。参考文献1黄月文,刘伟区,罗广建.灌浆材料应用研究进展J.防水材料,1999(8)2李宪军，黄世谋，何廷树高性能胶凝材料的研究综述J混凝土，2007(2)：66683 施岚青,陈嵘.预应力混凝土实用技术M北京：中国建筑工业出版社。2004：1211234卢玉勇，段利亚混凝土的泌水机理及其控制措施J建材技术与应用，2009，4(15)：22245 刘浩吾稳定灌浆新型浆液与复合掺合料水工混凝土D成都，四川大学.6 谷坤鹏,李漠.后张预应力高性能灌浆料体积稳定性的研究闭.混凝土，2007(10)：3051.7 蒋天华等水泥粉煤灰灌浆的探索与应用J浙江水利水电专科学校学报，2000，(1)：37-388谢立国，陈理达，刘兆国等高强水泥灌浆材料的配制J广东水利水电，2000(4)：30329 李清海，郭大顺，李保立等WGM无收缩高强灌浆材料J 中国建材科技，1997，6(5)：252910鲁统卫，周泳，王谦等PNC-3型混凝土硫化膨胀剂的性能与应用J建筑技术，1998,29(3)：3511 辛世海各类减水剂性能的经济性评述J房材与应用，1997，25(3)：27-3012 Florida Department of Transportation.FDOT Standard Specicati0nszAmerica：Florida Department of Transportation，200213 LEE S WThe use of compensation grouting intunnellinJP 1 Civil Eng-Geotec，2002，155(2)：101109致 谢在这里首先要感谢我的导师曹菊芳老师。曹老师平日里工作繁多，但在我做毕业论文实验的每个阶段，从到查阅资料，实验方案的确定和修改，中期检查，后期详细辅导，整个过程中都给予了我悉心的指导。我的实验较为复杂烦琐，但是曹老师仍然细心给我讲解。除了敬佩曹老师的专业水平外，他的治学严谨和科学研究的精神也是我永远学习的榜样，并将积极影响我今后的学习和工作。其次要感谢和我一起作毕业论文的黄祥龙同学，他们在本次实验中勤奋工作，我们相互帮助，一起克服了许多困难完成此次毕业论文。然后还要感谢大学四年来所有的老师，为我们打下材料专业知识的基础；同时还要感谢所有的同学们在我撰写过程中给予我的帮助