客运专线超早强支座砂浆的试验研究

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摘要：以快硬水泥为基础，通过多种外加剂的调适以及优化组分的优化配置，研制出具有优良工作性能的超早强支座砂浆，并研究了不同水料比对该支座砂浆料流度、强度等性能的影响。研究表明该无收缩灌浆料初始流度在340mm以上，半小时流度在260mm以上，可实现长时间重力灌浆，该灌浆料硬化后各龄期强度高，2h强度达28Mpa以上，24h抗折强度达11Mpa以上。

关键词：支座砂浆　超早强　流度

中图分类号：TU74　文献标识码：A　文章编号：1007-3973(2011)006-100-02

1　前言

近年来，我国的基础设施建设正处于高速发展时期，根据国务院批准的《中长期铁路网规划》，我国将建设客运专线1.2万公里以上，规划“四纵四横”铁路快速客运通道以及三个城际快速客运系统，客车速度目标值达到每小时200公里以上。到2020年，全国铁路营业里程达到10万公里。在桥梁结构中，支座是桥梁上、下部结构的连接点，其作用是将上部结构的荷载顺适、安全地传递到桥墩台上去，同时保证上部结构在荷载、温度变化、混凝土收缩等因素作用下的自由变形，以便使结构的实际受力情况符合计算图式，并保护梁端、墩台帽不受损伤。这就要求它具有足够的竖向刚度和弹性，能将桥梁上部结构的全部荷载可靠地传递到墩台上，并同时承受由荷载作用引起的桥跨结构端部的水平位移、转角和变形，减轻和缓解桥墩承受的震，适应因温度、湿度变化引起的桥跨结构胀缩。就支座的安装位置而言，虽然在使用中可以进行更换，但更换的成本费用、技术性以及困难性均很大，桥梁中大部分支座可谓是永久性的安装，支座寿命应该与桥梁的寿命相吻合，否则会对桥梁的使用造成不良的后果。尽管在桥梁的成本造价中支座成本仅占很小的比例，但作用远远超过其成本，为此，支座就成为桥梁建设和使用的重要材料之一。本文要主研究预制科支箱梁盆式橡胶支座重力灌浆材料，俗称支座砂浆。

本文通过大量的配比试验，以快硬水泥为基础，通过多骨料级配、多种外加剂的调适以及优化组分的配置，研究开发出一种具有良好流性的高强无收缩灌浆材料。该灌浆材料初始流度可达340mm，半小时流度可达260mm，硬化浆体强度高，2h强度达20MPa，24h抗折强度达11MPa，其性能满足科技基[2005]101号《客运专线桥梁盆式橡胶支座暂行技术条件》中对支座砂浆的要求，达到预制简支箱梁盆式橡胶支座重力灌浆材料性能要求并处于国内先进水平。

2　原材料和试验方法

2.1　试验原材料

水泥：湖北安陆特种水泥厂生产的42.5R等级快硬水泥。优质石英砂：市售产品。减水剂(粉状)：萘系：郑州巨源JHY-3000型萘系减水剂；聚羧酸系：德国BASF公司2651F型聚羧酸系减水剂(粉)。缓凝剂：葡萄糖酸钠：市售产品。优化组分：自研发优化组分ZX，起到稳定浆体的作用。

2.2　实验方法流度及强度的测定

按照行业标准《水泥基灌浆材料》JC／T 986-2005规定的方法进行。

3　试验结果与讨论

3.1　减水剂的选择及掺量控制

本试验中采用两种减水剂(萘系：郑州巨源JHY-3000型萘系减水剂；聚羧酸系：德国BASF公司2651F型聚羧酸系减水剂(粉))进行试验，研究减水剂对砂浆工作性能的影响，试验结果如表1所示。

从表1可以看出，减水剂对支座砂浆的工作性能的影响十分明显，且不同减水剂对砂浆的性能影响也不同。在工作性能相同的情况下，聚羧酸系减水剂掺量比奈系减水剂小，聚羧酸系减水剂掺量在1.0～2.0％之间，支座砂浆具有良好的工作性能。

3.2　缓凝剂的掺量选择

本试验中采用的减水剂为聚羧酸系减水剂，缓凝剂为葡萄糖酸钠，通过改变葡萄糖酸钠的掺量研究其对砂浆流性和强度的影响，试验结果如表2所示。

从表2中可以看出，葡萄糖酸钠的掺量对灌浆料的流性和强度都有显着的影响。葡萄糖酸钠掺量越高，流性越好，砂浆工作性能越好。葡萄糖酸钠的掺量对砂浆的初始流度没有太大影响，但随着葡萄糖酸钠掺量增加，砂浆30min流度会逐渐增大，但是其强度会相应降低。这主要是因为葡萄糖酸钠作为缓凝剂与快硬水泥的适应性比较好，可以很好地延缓水泥初期水化，延长初凝与终凝时间，所以砂浆30min流度会相应提高，但是水泥初期水化程度降低，相应的初期强度也会相应减小。故应综合砂浆的流性与强度两项性能。从表中可以看出在葡萄糖酸钠掺量在0.05％-0.1％时砂浆的综合性能最优，砂浆具有良好的流性及强度。

3.3　优化组分的作用及掺量

早强支座砂浆的初始流度、30min流度、2h抗压强度及24h抗折强度是影响其应用的主要指标，在超早强支座砂浆的设计中，通过优化组分ZX的不同掺量来研究其对砂浆流度以及强度的影响。试验中采用三聚氰胺系减水剂，掺量1.5％，采用缓凝剂为葡萄糖酸钠，掺量0.1％，水料比为0.15。优化组分的试验结果如图1、2所示。

图1为优化组分ZX在不同掺量时对砂浆初始流度和30min流度的影响，从图中可以看出，随着ZX掺量的增加，砂浆初始流度微量减小，但变化不明显，而砂浆30min流度随ZX掺量增加下降明显，尤其是掺量增加到0.03％时，30min流度明显降低。

图2为4Z-tg组分ZX在不同掺量时对砂浆2h抗压强度和24h抗折强度的影响，优化组分ZX是两种比表面积较大，具有较高胶凝性的粉末形物质的组合，在砂浆中均匀填充在孔隙中，能够有效提高强度。另外ZX还可以参与水泥初期水化，使水化更充分。从图2中可以看出，随着优化组分ZX掺量的增加，砂浆的2h抗压强度逐渐提高，24h抗折强度则没有明显变化，均维持在12MPa左右。由于该组分比表面积较大，活性较高，掺量增加会对砂浆的流性造成不利影响，因此掺量需控制在一定范围内。

3.4　超旱强灌浆料的优化配比及性能

根据以上试验结果，分析得到超早强支座砂浆的优化配比，如表3所示。并讨论了在此优化配比时，不同的水料比对超早强灌浆料的流性及强度的影响，试验结果如图3、图4所示。

由图中可以看出，超早强支座砂浆具有较好的工作性和较高的早期强度。水料比对该支座砂浆的性能有较大影响，水料比由0.14增大到0.17，砂浆的初始流度无明显变化，呈阶梯缓慢上升趋势，基本在330-350mm范围内，但是30min流度随水料比的增大明显变大；水料比的增大对强度的影响是负面的，水料比为0.14时2h抗压强度最大，达到27MPa；24h抗折强度则是随水料比的增大先增大后减小，在水料比为0.15时达到最大，为12MPa。这是由于水料比较小时砂浆缺乏少量水导致水化不完全，而水料比较大时多余的水分造成砂浆泌水和离析使骨料与浆体分布不均而影响强度。综合考虑，该早强支座砂浆在水料比为0.15-0.16时性能最优，初始流度可达340-350mm，30min流度可达280-300mm，硬化浆体强度高，2h抗压强度达24-26MPa，24h抗折强度达11-12MPa。

4　结论

(1)通过调整多种外加剂的掺量以及优化组分的配置，可以研制出一种具有良好工作性能的早强支座砂浆。

(2)本文研究的超早强无收缩灌浆料初始流度在340mm以上，半小时流度在260mm以上，可实现长时间重力灌浆，该灌浆料硬化后各龄期强度高，2h强度达28Mpa以上，24h抗折强度达11Mpa以上。

(3)水料比对该支座砂浆影响显着，用水量应严格控制在一定范围内，从试验结果分析，支座砂浆的最佳水料比在0.15-0.16。

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