专利名称：灌浆材料及在预应力混凝土工程中的真空灌浆工艺的制作方法
技术领域：
本发明涉及建筑施工灌浆技术，尤其是关于灌浆材料及在预应力混凝土工程中的真空灌浆工艺。
目前，有粘结预应力结构在张拉完成后，均采用压力灌浆方法，使预应力筋与构件产生有效的粘结，从而使预应力筋和构件形成共同作用。这种传统的灌浆方法，极易造成孔道灌浆的不密实。这主要原因是由于在灌浆过程中浆体材料和孔道内含有大量气泡，在浆体凝固和收缩以后将不可避免产生许多孔隙，而这些孔隙往往就成为水或其它有害物质的聚集地，对预应力钢材产生腐蚀，使工程留有严重的质量隐患。近年来，在国内外的预应力工程中，均发生由于预应力孔道灌浆的质量问题，而造成严重的工程事故。例如，采用压力灌浆的英国Ynys-Gnas大桥就因为预应力筋被腐蚀而倒塌。我国广东省某预应力斜拉束大桥，由于灌浆材料的问题，造成预应力筋腐蚀，导致预应力拉索系统在使用不到五年的时间内而全部更换。
针对传统压力灌浆存在的上述问题，在国外有粘结预应力工程中已普遍采用一种真空灌浆新工艺，真空灌浆工艺的基本操作包括选用留孔材料、选用灌浆机设备、配制灌浆材料、抽真空、压浆等步骤。该工艺通常都采用塑料波纹管留孔材料，由于塑料波纹管壁厚、泌水排气配件尺寸较大，宜用于预埋在市政桥塔及锚锭预应力混凝土中，如用于建筑结构梁板中则不易排放钢筋，而且塑料波纹管的使用环境温度不宜过高，对房屋结构防火性能产生一定的影响。因此，研制一种新的灌浆材料及密封性能好，防火性能好的真空灌浆工艺，可以在建筑和市政桥梁工程中兼用的技术，是具有重大意义的。
真空灌浆工艺需要合适的灌浆材料，这是完成真空灌浆工艺的一个重要环节。本发明灌浆材料是由65-90重量％的水泥和35-10重量％的灌浆辅料组成的灰料，再加以水灰比为1∶0.25-0.35的水而组成，较佳水灰比为1∶0.28-0.32，水泥选用目前建筑工程中通用的42.5R以上的普硅或硅酸盐水泥。灌浆辅料是用以改善真空灌浆材料的综合性能，考虑到实际施工的可操作性和质量的易控性，因此按下列配方将多种辅掺料加工形成专用的灌浆辅料，其组成和含量如下组分含量(重量％)硅铝酸盐矿粉0-30硫铝酸钙矿粉60-90助剂5-15硅铝酸盐矿粉主要对灌浆材料强度起调节作用，它可以是硅铝酸钙矿粉或硅铝酸铁矿粉等。矿粉粒度＞45μm的不超过20％，其余粒度≤80μm。
硫铝酸钙矿粉在灌浆材料中作为体积调节剂。矿粉粒度＞45μm的不超过20％，其余粒度≤80μm。
助剂主要包括有助磨剂、表面活性剂、激发剂，可以从中选用一种或一种以上的混合物。助磨剂可以是三乙醇胺、二乙醇胺或单乙醇胺等，表面活性剂可以是β-奈磺酸盐甲醛缩合物，脂肪酸聚乙烯醚硫酸盐，聚羧酸盐等，在灌浆材料中主要是起减水作用。激发剂可以是硫酸钙，氧化钙等，在灌料材料中起激发组分活性作用。
本发明灌浆材料的生产方法(1)专用灌浆辅料的生产首先将多种辅掺料按上述配方组合进行混磨，混磨转速为15-20转/分，直至混磨粒度≤30μm，即形成用于预应力混凝土工程中的真空灌浆的专用灌浆辅料。
(2)现场搅拌生产真空灌浆材料将水泥，灌浆辅料和水按上述配方及水灰比组合，现场在搅拌机中均匀搅拌1-3小时，搅拌后的浆料流动度控制在250±5mm，生产的浆料应及时浇灌使用。
对本发明生产的灌浆材料进行性能测试结果见下列表1和表2。
表1灌浆材料配比量 注A，B各为本发明试验灌浆料，C为基准水泥浆料表2灌浆材料测试的性能
各测试项目的测试方法如下流动性能 选用GB8077-1999“水泥净浆流动度试验方法”测定灌浆材料的流动度。
泌水率 参照美国后张预应力混凝土协会对于混凝土灌浆泌水率的测定方法，采用25ml量筒中盛入一定量浆体，采取防止水分蒸发散失的措施，测量浆料的泌水率凝结时间 按GB1346-89方法测试。
力学性能 按GB177-85方法，用40×40×160mm的试件测试浆料试件的抗压强度和抗折强度。
耐久性能 参照GB8076-1997方法测试浆料对钢筋的锈蚀作用。
变形性能 参照JC476-2001《混凝土膨胀剂》测试浆料的限制膨胀率和自由膨胀率。
表1和表2显示 本发明灌浆材料的水灰比明显较基准水泥浆料要低，且其流动度符合250±5mm的要求(结合预应力施工经验，中试和工程应用效果，当灌浆料的流动度为250±5mm时，其施工效果最好，且泌水率最低)。泌水率也较基准水泥浆料的要低得多，凝结时间则和基准水泥浆料的相接近。
从强度来看，本发明灌浆材料的强度较基准水泥浆料的强度要大，24小时抗压强度可达10-30MPa左右，7天抗压强度可达40-60MPa左右，28天抗压强度可达60-70MPa左右。
钢筋锈蚀试验表明，本发明灌浆材料与基准水泥浆料相同，会引起钢筋钝化，保护钢筋免受腐蚀性介质的侵蚀作用。
变形性能测试表明，本发明灌浆材料的限制膨胀率均大于0，说明其具有补偿收缩作用，而基准水泥浆则基本无变化。
真空灌浆技术是后张预应力混凝土结构施工中的一项新技术。本发明真空灌浆工艺的基本操作，是首先选用金属波纹管留孔材料及螺杆式灌浆机设备，在真空灌浆孔道端部装锚具同时装有一个锚具密封保护罩。在预应力混凝土的孔道灌浆之前，采用真空设备抽吸孔道内的空气，使孔道内形成-0.1MPa左右的负压，然后在孔道另一端以0.5-0.7MPa正压力将上述本发明浆料压入，由于孔道内空气被大量排除，在灌浆过程中孔道和压浆存在着正负压力差，这样就使孔道内浆体很难形成气泡，从而达到灌浆后孔道内浆体饱满密实的效果。
本发明的真空灌浆工艺具有以下特点1、是真空→真空+灌浆→灌浆三步法不间断工艺第一步采用真空设备抽吸孔道内空气，使孔道内达到-0.09～0.1MPa负压，然后第二步在继续抽真空下，在孔道另一端以0.5-0.7MPa正压力进行压力灌浆，待灌浆浆料通过观察孔流经时，表示孔道内浆料已灌满，即进入第三步，停止抽真空，继续保持压力灌浆，约10-60秒钟后，灌浆结束。
2、使用本发明灌浆材料进行真空灌浆。
3、采用金属波纹管留孔，采用金属波纹管留孔的灌浆系统密封性能良好，留孔方便，防火性能好。
4、在装有锚具的孔道端部加配锚具密封保护罩构件预应力张拉完成后，一般在真空灌浆孔道端部装有锚具，本发明为了使孔道和端部在技术上达到全封闭状态，满足真空灌浆的真空度要求，在孔道端部加配一专用锚具密封保护罩，其结构见
图1。专用锚具密封保护罩包括底座1、密封垫圈5和保护罩体2，先将底座1与锚具同时安装于孔道端部，锚具依附在底座1上，预应力张拉和多余钢绞线切割完成后，将保护罩体2旋紧在底座1上，在密封垫圈上止口9和密封垫圈下止口10之间放置密封垫圈5。抽吸真空前先将保护罩体2上的冒浆孔盖4盖上，然后抽吸真空，在孔道另一端进行灌浆，待灌浆浆体通过设在另一端的观察孔流经时(表示孔道内浆料已灌满)即打开冒浆孔3，再停止抽真空，保持压力灌浆10-60秒钟后，灌浆结束。由于该专用锚具密封保护罩密封性能良好，因此不但满足了真空灌浆的真空度要求，同时又起到对预应力锚具进行永久密封保护的作用，克服了传统水泥浆封锚后导致孔道端部不密封，且使锚具发生腐蚀而导致影响工程质量的缺陷。
5、采用螺杆式灌浆机由于真空灌浆过程是一个连续和不间断的过程，为了达到吸浆→灌浆的全封闭过程，采用先进的螺杆式灌浆机，该机由于浆料是在密封腔内被螺杆匀速推进，不会造成空气渗入，且输送量均匀。这样就克服了常用活塞式灌浆机在灌浆工程中，在浆体内形成大量气泡的缺陷，从而提高灌浆的质量。
本发明优点本发明提供了优良的灌浆材料，具有和易性好，孔隙率低，渗透性小，强度较高，耐久性强等优点。在符合流动度250±5mm要求下具有低的水灰比，为1∶0.25-0.35，泌水率也在0.5％以下，因此可消除离折，降低硬化水泥浆的孔隙率。硬化浆体的强度也较高，24小时抗压强度可达10-30MPa左右，可满足工程早期对于张拉时间的要求，28天抗压强度可达60-70MPa左右。且具有补偿浆料在凝结硬化过程中的收缩变形作用，从而有利于浆体和预应力钢筋之间的握裹密实性。
本发明还提供了使用本发明灌浆材料的预应力混凝土工程真空灌浆工艺，是真空→真空+灌浆→灌浆三步法不间断工艺，且采用具有防火性能的金属波纹管留孔材料及螺杆式灌浆机，达到吸浆→灌浆的全封闭过程，又加配锚具密封保护罩，确保灌浆系统的密封性能。是可以在建筑和市政桥梁工程中兼用的技术。该真空灌浆工艺在预应力混凝土工程的应用实例中表明，工艺运用可靠，效果良好，灌浆后孔道内浆体密实饱满，均匀无气泡，预应力筋有较高强度和防锈蚀耐久性，从而提高工程质量，消除事故隐患，具有很大的经济效益和社会效益。
实施例2现场搅拌生产真空灌浆材料取100t海螺P.O42.5硅酸盐水泥，43t实施例1生产的灌浆辅料干搅拌5分钟，然后慢慢加入水41.5t(水灰比为1∶0.29)，搅拌20分钟，拌匀后即可出料，均匀搅拌的浆料流动度控制在250±5mm，及时于下面实施例3中使用。
实施例3某大楼预应力混凝土工程构件真空灌浆试验构件在预应力张拉完成后，采用双波镀锌金属波纹管留孔，规格为φ70mm，孔道长度为15m，呈二跨折线布置，设置三个孔道，同时选用J2GG型螺杆式灌浆机，在孔道端部安装锚具及锚具密封保护罩。孔道灌浆之前，采用真空设备在孔道一端抽吸孔道内的空气，使孔道内形成-0.1MPa左右的负压，然后在继续抽真空下在孔道另一端以0.5-0.7MPa正压力将实施例2现场搅拌生产的真空灌浆料进行压力灌浆，灌浆材料的性能见表3。待浆料通过观察孔流经时，表示孔道内浆料已灌满，停止抽真空，继续保持压力灌浆约30秒种后，灌浆结束。灌浆后孔道内浆体密实，均匀饱满。
表3
权利要求
1.一种灌浆材料，其特征在于是由65-90重量％的水泥和35-10重量％的灌浆辅料组成的灰料，再加以水灰比为1∶0.25-0.35的水而组成，灌浆辅料的组成和含量如下组分含量(重量％)硅铝酸盐矿粉0-30硫铝酸钙矿粉60-90助剂5-15助剂包括有助磨剂、表面活性剂、激发剂，可以从中选用一种或一种以上的混合物。
2.如权利要求1所述的灌浆材料，其特征在于所述水灰比为1∶0.28-0.32。
3.如权利要求1所述的灌浆材料，其特征在于所述硅铝酸盐矿粉可以是硅铝酸钙矿粉或硅铝酸铁矿粉。
4.如权利要求1所述的灌浆材料，其特征在于所述助磨剂可以是三乙醇胺、二乙醇胺或单乙醇胺。
5.如权利要求1所述的灌浆材料，其特征在于所述表面活性剂可以是β-奈磺酸盐甲醛缩合物，脂肪酸聚乙烯醚硫酸盐或聚羧酸盐。
6.如权利要求1所述的灌浆材料，其特征在于所述激发剂可以是硫酸钙或氧化钙。
7.使用权利要求1所述灌浆材料的预应力混凝土工程真空灌浆工艺，包括选用留孔材料、选用灌浆机设备、配制灌浆材料、抽真空、压浆步骤，其特征在于所述真空灌浆工艺是真空→真空+灌浆→灌浆三步法不间断工艺，即第一步抽吸孔道，使孔道内达到-0.09～0.1MPa负压，然后第二步在继续抽真空下，在孔道另一端以0.5-0.7MPa正压力进行压力灌浆，待浆料通过观察孔流经时，即进入第三步，停止抽真空，继续保持压力灌浆10-60秒钟后，灌浆结束，工艺中使用权利要求1所述的灌浆材料进行真空灌浆；采用金属波纹管留孔；在装有锚具的孔道端部加配锚具密封保护罩；采用螺杆式灌浆机。
全文摘要
一种灌浆材料及在预应力混凝土工程中的真空灌浆工艺。灌浆材料是由65—90重量％的水泥和35—10重量％的灌浆辅料组成的灰料，再加以水灰比为1∶0.25—0.35的水而组成。灌浆辅料是由多种辅掺料硅铝酸盐矿粉、硫铝酸钙矿粉和助剂加工形成的专用辅料。灌浆材料具有在符合流动度在250±5mm要求下水灰比低，和易性好，孔隙率低，渗透性小，强度较高，耐久性强等优点。使用所述灌浆材料的预应力混凝土工程中的真空灌浆工艺是真空→真空+灌浆→灌浆三步法不间断工艺，采用金属波纹管留孔及螺杆式灌浆机，又加配一个锚具密封保护罩，确保灌浆系统的密封。工程应用实例表明该工艺运用可靠，效果良好，灌浆后孔道内浆体密实饱满无气泡。
文档编号C04B24/12GK1443723SQ0311638
公开日2003年9月24日 申请日期2003年4月14日 优先权日2003年4月14日
发明者钟麟强, 胡祖光, 俞海勇, 殷达礼, 盛为光, 施荣华 申请人:上海建科预应力技术工程有限公司, 上海市建筑科学研究院有限公司