一种低负温后张梁预应力管道压浆材料

摘要

本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种低负温后张梁预应力管道压浆材料，该材料由水泥、聚羧酸减水剂、防冻组分、缓凝组分、促硬组分、矿物掺合料、膨胀剂混合搅拌而成，可用于不低于-10℃施工环境条件下的后张预应力T梁和连续梁的管道压浆施工，在昼夜正负温交替的环境条件下，效果更加明显。硬化浆体在低温、负温条件下强度能够持续发展，可大大缩短养护时间，提高施工效率，并能够降低负温施工需要的大量能耗。

说明书

技术领域

本发明属于建筑材料技术领域，涉及一种后张梁预应力管道压浆材料，尤其是 一种低负温(-10℃至5℃)后张梁预应力管道压浆材料，所述材料可在不低于-10℃的施 工环境温度下用于例如后张预应力T梁和连续梁等后张梁的管道压浆施工。

背景技术

后张梁预应力管道压浆是我国高速铁路及客运专线预制梁体普遍采用的预应力 防腐技术。铁道部标准TB/T3192-2008《铁路后张法预应力混凝土梁管道压浆技术条 件》对管道压浆材料有了详细的规定，但现行标准只允许在正温(大于5℃)下施工， 例如，中国专利ZL200710143812.1公布的一种高性能水泥基无收缩防腐蚀灌浆剂仅 适用于正温(5℃～35℃)施工环境条件下的管道压浆施工。而负温压浆施工一直是规 范不允许的，这是因为在负温下，压浆材料不能够正常凝结硬化而受冻产生膨胀，导 致预应力管道开裂，从而带来安全隐患。

为了解决这一问题，在工期十分紧张的情况下，严寒地区采取搭棚通热蒸汽来 提高施工环境温度，例如中国专利公报CN1948668A公布了一种混凝土后张梁孔道加 热方法及加热装置，需要将孔道加热到5℃以上，耗能较大，且加热周期较长。这类 方法耗能巨大又难以保证施工质量，因此，能够安全应用于一定负温条件下的管道压 浆材料对需要进行冬季施工的工程是十分必要的。

发明内容

从压浆材料本身的角度考虑，提高其在负温下的早期强度和后期转入正温后强 度的快速增长是本发明需要解决的实质问题。为此，本发明的压浆材料应能够达到以 下目的：

1.在-10℃时浆体能够凝结，12小时强度达到10MPa以上；

2.浆体从负温转入正温进行养护，其强度能够迅速发展，转入标准养护28 天强度与直接标准养护28天强度相当；

3.浆体在负温下未出现冻坏及体积明显膨胀现象，强度能够持续发展。

为了实现上述发明目的，本发明人经过大量研究和实验发现：

1.通过合理选择水泥的种类和比例，使水泥达到合理的铝-钙-硅的重量比例， 其比例为1∶2～3∶0.5～1，该铝-钙-硅的比例是通过合理选择P.O42.5普通硅酸盐水泥、 P.O52.5普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥和高铝水泥等四种水泥的种类和用量而确定 的，从而达到缩短配制浆体的凝结时间和获取较高早期强度的目的(矿物掺合料中的 钙-硅-铝的含量不予考虑)；

2.通过加入促硬组分，提高浆体的12h和24h等早龄期强度；

3.通过掺加矿物掺合料，提高浆体的-7d+28d和28d等长龄期强度；

4.掺加防冻组分，降低浆体中水溶液的冰点到-20℃，防止浆体受到冻害。

因此，本发明提供了一种低负温后张梁预应力管道压浆材料，其特征在于该材 料由水泥、聚羧酸减水剂、防冻组分、缓凝组分、促硬组分、矿物掺合料、膨胀剂组 成。所述低负温后张梁预应力管道压浆材料中，相对于100重量份的水泥；聚羧酸减 水剂，0.2～0.5重量份；防冻组分，2～4重量份；缓凝组分，0.5～1重量份；促硬组分， 0.1～0.5重量份；矿物掺合料，2～5重量份；膨胀剂，2～8重量份。

在本发明的一个实施方式中，所述低负温后张梁预应力管道压浆材料中的水泥 为P.O42.5普通硅酸盐水泥、P.O52.5普通硅酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、高铝水泥中的 一种或其中几种的混合物。例如，P.O42.5普通硅酸盐水泥与硫铝酸盐水泥质量比为 1∶3的混合物。优选的是，水泥中铝-钙-硅的重量比例为1∶2～3∶0.5～1。所述铝-钙- 硅的比例可通过GB/T176-2008《水泥化学分析方法》确定。

在本发明的一个实施方式中，所述低负温后张梁预应力管道压浆材料中的防冻 组分为硝酸钙、氢氧化钙、甲酸钙、硫酸钠、硫酸铵中的一种或其中任意两种以任意 比例复配的混合物。

在本发明的一个实施方式中，所述低负温后张梁预应力管道压浆材料中的缓凝 剂为柠檬酸、葡萄糖酸钠、硼砂中的一种或其中任意两种以任意比例复配的混合物。

在本发明的一个实施方式中，所述低负温后张梁预应力管道压浆材料中的促硬 组分为氢氧化锂、碳酸锂、明矾类复盐(如钠矾及钾矾等)、硫酸铝中的一种或其中任 意两种以任意比例复配的混合物。

在本发明的一个实施方式中，所述低负温后张梁预应力管道压浆材料中的矿物 掺合料为磨细矿渣粉、硅粉、粉煤灰中的一种或其中任意两种以任意比例复配的混合 物。

在本发明的一个实施方式中，所述低负温后张梁预应力管道压浆材料中的膨胀 剂为CSA型膨胀剂。

根据本发明的一个实施方式，在所述低负温后张梁预应力管道压浆材料中，所 述防冻组分为硝酸钙和硫酸钠按照重量比1∶1复配的混合物；所述缓凝组分为硼砂和 柠檬酸按照重量比1∶1复配的混合物；所述促硬组分为氢氧化锂；所述矿物掺合料为 硅粉和粉煤灰按照重量比1∶4复配的混合物，其中所述硅粉为非加密硅粉，氯离子含 量为0.016％，所述粉煤灰为I级灰；所述膨胀剂为CSA型膨胀剂。

在本发明的一个实施方式中，通过将水泥、聚羧酸减水剂、防冻组分、缓凝组 分、促硬组分、矿物掺合料和膨胀剂，以及必要的纤维素醚和/或消泡剂进行机械物 理混合，从而制备所述低负温后张梁预应力管道压浆材料。

本发明还提供了所述低负温后张梁预应力管道压浆材料的应用方法，所述方法 包括：将所述压浆材料与拌合用水均匀混合，水料比小于或等于0.32∶1，并且在满 足流动度的要求情况下，尽量降低水料比，在终张拉后进行灌浆，拌合用水需采用 30～60℃温水，以保证浆体的入模温度在10℃以上，压浆完毕，对锚穴进行覆盖处理， 梁体无需进行覆盖，当与压浆后梁体同温度条件下试件抗压强度满足35MPa时，对 梁体进行架设施工。

本发明的低负温后张梁预应力管道压浆材料可以用于低温施工，特别是在昼夜 正负温交替的环境条件下，效果更加明显。硬化浆体在低温下强度能够继续发展，可 大大缩短养护时间，提高施工效率，降低负温施工带来的大量能耗和质量风险。

具体实施方式

本发明的低负温后张梁预应力管道压浆材料可以具有下述特征：铝-钙-硅重量 比例为1∶2～3∶0.5～1的水泥材料、促硬组分、矿物掺合料和/或防冻组分，其中上述 范围内的钙-硅-铝比例的水泥可以起到缩短凝结时间和提高早期强度的作用，促硬组 分可改善本发明的12h和24h早龄期强度，矿物掺合料可以改善28d和-7d+28d长龄 期强度，防冻组分能够防止浆体受到冻害，从而防止强度降低。

本发明所述的低负温是指不低于-10℃的负温度。即，应用本发明低负温后张梁 预应力管道压浆材料的环境温度不低于-10℃，并且压浆后，保证1日内梁体所处的 环境温度高于-10℃；如果低于-10℃，需采取搭棚加热措施，保证1日内梁体所处的 环境温度高于-10℃。

在本发明的一个实施方式中，所述低负温后张梁预应力管道压浆材料的特征是 在-10℃的温度条件下，24小时抗压强度可以达到40MPa以上。

本发明的低温后张梁预应力管道压浆材料的特征是早期强度发展迅速，在-10℃ 的温度条件下，12小时抗压强度可以达到10MPa以上，该强度足以抵抗更低温度的 侵袭而不被冻坏，且当温度升高到0℃以上时，浆体的强度能够迅速发展。

本发明的低负温后张梁预应力管道压浆材料应用时，将其与30～60℃温水以小 于或等于0.32∶1的水料比均匀混合，以保证浆体的入模温度在10℃以上，并尽可能 降低水料比，只要满足浆料流动度的要求即可；在终张拉后进行灌浆施工，压浆完毕， 需对锚穴进行覆盖处理，梁体无需进行覆盖。

本技术方案设定的温度为-10℃以上是安全的，低于该温度将对施工不利，对设 备和人员亦是不安全的；可采用较低的能耗保证施工环境温度处于-10℃以上，且施 工的环境温度应该是保证梁体管道内的温度，注浆完毕后，梁体的环境温度至少在与 其相同条件下的浆体试件抗压强度达到设计要求后方可撤出该有效的养护措施。

为了更好地理解本发明，下面结合实施例进一步阐明本发明的内容，但本发明 的内容不仅仅局限于下面的实施例。

按照表1所示，将在-10℃环境中放置24小时的原材料按照重量份称量好后， 一起加入搅拌机，同时按照1∶0.32的比例加水搅拌180秒进行混合，得到实施例压 浆材料，其中所用水为30℃热水，保证浆体的出机温度大于10℃，试验环境温度为 -10℃；在压浆后进行测试；压浆后测试的主要技术性能列于表1中。常温的管道压 浆材料制成的试件(表1中的实施例12)在低温下会出现明显受冻纹理，体积膨胀，且 试件在室温2小时解冻后，强度丧失，稍用力即可折断破损。

测试设备：胶砂搅拌机、水泥胶砂养护箱、膨胀率测定仪、低温箱、压力试验机、 凝结时间测定仪等。

测试方法：流动度试验采用《铁路混凝土后张法预应力梁管道压浆技术条件》 (TB/T3192-2008)附录A进行。凝结时间试验采用《水泥标准稠度用水量、凝结时 间、安定性检验方法》(GB/T1346-2001)。强度试验采用《水泥胶砂强度检验方法》 (GB/T17671-1999)。膨胀变形性能试验采用《混凝土膨胀剂》JC476中的限制膨胀 率试验方法。本发明测定水泥中铝-钙-硅的重量比例的方法为GB/T176-2008《水泥化 学分析方法》。

注：-24h表示浆体在-10℃条件下放置24小时；+28d表示浆体在标准养护室放置28天； -7d表示浆体在-10℃条件下放置7天；+7d表示浆体在标准养护室放置7天；-7+28d表示浆体在 -10℃条件下放置7天后再放入标准养护室内放置28天；凝结时间在-10℃条件下测定。

表1的实施例1至10中所用水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥与硫铝酸盐水泥复 配的混合物，在所述水泥混合物中铝-钙-硅的重量比例如下所示：

实施例1至3中所用水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥与硫铝酸盐水泥按照重量 比3∶2复配的混合物，即，普通硅酸盐水泥为60重量份，硫铝酸盐水泥为40重量份， 所用水泥的铝-钙-硅的重量比例为1∶2∶0.6；

实施例4至6中所用水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥与硫铝酸盐水泥按照重量 比7∶3复配的混合物，即，普通硅酸盐水泥为70重量份，硫铝酸盐水泥为30重量份， 所用水泥的铝-钙-硅的重量比例为1∶2.5∶1；

实施例7至8中所用水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥与硫铝酸盐水泥按照重量 比4∶1复配的混合物，即，普通硅酸盐水泥为80重量份，硫铝酸盐水泥为20重量份， 所用水泥的铝-钙-硅的重量比例为1∶3∶1；

实施例9至10中所用水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥与硫铝酸盐水泥按照重量 比1∶1复配的混合物，即，普通硅酸盐水泥为50重量份，硫铝酸盐水泥为50重量份， 所用水泥的铝-钙-硅的重量比例为1∶3∶0.5。

实施例1至10中所用减水剂为聚羧酸减水剂；防冻组分为硝酸钙和硫酸钠按照 重量比1∶1复配的混合物；缓凝组分为硼砂和柠檬酸按照重量比1∶1复配的混合物； 促硬组分为氢氧化锂；矿物掺合料为硅粉和粉煤灰按照重量比1∶4复配的混合物，其 中硅粉为非加密硅粉，氯离子含量为0.016％，粉煤灰为I级灰；膨胀剂为CSA型膨 胀剂(天津豹鸣建材有限公司生产)。

实施例11所用水泥的铝-钙-硅的重量比例为1∶2.5∶0.3，其它成分与实施例 1-10相同。

实施例12所用水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥，其它成分与实施例1-10相同。

从测试结果可以看出，未添加促硬组分的实施例4的早期强度远低于添加了促 硬组分的实施例的性能；而水泥不符合本发明铝-钙-硅比例的实施例11的砂浆的凝 结时间延长，强度较低；矿物掺合料从0增加到5重量份，砂浆的长龄期强度有所增 加；不掺加防冻剂的砂浆出现明显的冻结状态，浆体没有强度。实施例12的现有技 术的常温用压浆材料在低温下不能够凝结硬化，出现冻结状态。