结构加固用灌浆料的配方设计与工程实践

谢美玲 杨建科

(山西钢铁建设(集团)有限公司，山西 太原 030003)

1 概述

灌浆料是由水泥基凝胶材料、级配细骨料、减水剂、膨胀剂及适量的功能性材料混合而成的产品，和普通混凝土相比最大的优势是早强、高强、大流动性、微膨胀，以及可实现工厂化生产。国家相关标准GB/T 50448—2015水泥基灌浆材料应用技术规范、JC/T 986—2005水泥基灌浆材料、JG/T 408—2013钢筋连接用套筒灌浆料都有相关规定。结构加固灌浆料适用于既有结构补强改造，功能完善或缺陷修复等，在GB 50550—2010建筑结构加固工程施工质量验收规范中也有详尽的规定，加固设计文件中灌浆料强度按混凝土强度表达，实际使用过程因场地条件局限，不能合理布局排气孔、引流孔或人工辅助等手段，如大平面封闭灌浆，必须采用压力注浆等措施。因此，只有将强度、泵送性能、流动性等统一考虑，而不是单一考虑强度，形成定制产品，才能保证质量。在诸多工程实际案例中，由于只单纯强调结构强度，而忽视现场具体条件、施工工艺的合理性，再加上工期进度等要求的制约，往往造成越小的工程越易引发质量事故，所以只有将客观的工程条件、配套的施工工艺、适宜的材料性能、合理的施工组织等进行统一、协调的全面考虑，才能有效的保证施工质量，让工程状态全面受控。

2 工程案例

大同市某小区地下车库连接通道部分，因施工用电及施工现场管理不当，工人不慎将木模板等库存周转材料引燃，造成局部火灾。受灾区域过火时间近1 h，过火面积约500 m2，主要受损情况为过火区域柱列间距8 m×8 m连续8跨顶板保护层爆裂，梁、柱局部过火损伤。经现场检测，过火混凝土构件剔除表面后的混凝土内部结构性能完整，故设计采用梁、柱局部包钢加固，顶板底部植筋 φ20@150 mm钢筋网片，压力注浆100 mm厚C35混凝土叠合层的方案。

由于该地下通道顶板上部设有防水层，且2 m厚覆土、绿化均已完成，若从上部开孔，自上而下注浆，成本高、影响面也很大。因此优化施工方案，顺主梁方向在叠合层底部加H型钢梁，两边定制整体大模板的方案，保证注浆质量和整体平整度。

为保证整体施工质量，大模板底部用丝杆调整高度和平整度。连接部位采用软密封胶带封闭，为避免停压后浆料倒流，注浆孔高出模板50 mm，距顶板保证40 mm以上，注浆孔同时作为排气孔，为保证浆料顺畅，注浆孔远端设5 mm泄流孔或排气孔，因此注浆主要靠压力泵和灌浆料的流动性能来实现。

为保证注浆顺畅，施工单位采购灌浆料后专门进行了模拟试验。当水料质量比为16%时，压力注浆后浆料拌合物的扩展度仅为1 500 mm，水料质量比为18%时，则出现了浆料分层离析和骨料堆积的现象，无法满足要求，故本文专门定制C40级灌浆料。

3 产品方案设计

3.1 现场材料分析

首先对采购样品进行了分析。经筛分基本确定骨料为单粒级石英砂，且颗粒相对偏粗，粒径约为2.36 mm筛余达30%，如果辅助泵送，仅能满足一般灌浆要求。依据GB/T 2419—2005水泥胶砂流动度测定方法采用φ70 mm/h～100 mm/h=60 mm的截锥试模，进行流动度试验，经检测当水料比为0.16时，扩散度为260 mm；当水料比为0.18时，扩散度为280 mm，出现明显泌水和骨料堆积现象。而此次大平面压力注浆必须有优良的分散性、流动性、连续性，良好的施工性能成为配合比设计的焦点。

3.2 主要原材料

水泥：太原狮头P.O42.5。

减水剂：山西三雄建材公司SX-1奈系减水剂，掺量0.6%～1%，减水率15%～25%。

膨胀剂：昆山龙涛嘉禾建材有机膨胀剂,掺量0.3%～0.5%。

石英砂：忻州石英砂10目～20目，20目～50目。

矿粉：太钢超细粉420 m2/kg。

粉煤灰：太钢二级粉煤灰。

3.3 优化设计的基本原则

1)根据GB/T 50550—2016的要求，宜采用细粒石灌浆料，但因排气孔、注浆孔均在钢模底板上实施，且堵漏困难不宜开孔太密，所以必须设计适合压力注浆，并能大面积自流平的专用灌浆料。

2)通过试验比较，控制砂最大粒径并且连续级配，以10目～20目、20目～50目石英砂混合而成，级配筛分见表1。

表1 级配筛分表

3)掺入矿物掺合料，增加胶体材料的均匀分散性和流动性，选择太钢生产的超细矿渣粉和二级粉煤灰，经比较试验，矿粉掺量为水泥量的50%，流动性最为理想，粉煤灰比矿渣粉又有更好的滑动性。

4)胶骨比的确定。

无骨料压浆料可满足压力注浆的要求，而本工程现场无法实施抽真空、引流等手段。常规灌浆料骨料较多时，易产生骨料堆积现象，经试验确定胶骨比为48∶52时为最佳。

3.4 配合比及试验效果

3.4.1产品配合比

产品配合比见表2。

表2 产品配合比 kg

3.4.2室内试验

按水料质量比17%搅拌，自流扩散度达360 mm，流速较快、有明显的滚动效应，而且外缘光滑规整，用腻刀从中划开，能够迅速自愈合，浆体看不到痕迹，半小时后保留值在300 mm以上。

3.4.3现场模拟试验

模拟试验效果如图1，图2所示。

现场水料质量比16%即可实现顺畅注浆，水料质量比调至18%出现明水但不堆积、不堵泵，仍可顺畅注浆。

4 现场实践

表3 新配比灌浆料性能统计表

根据模拟试验效果，计划4个注浆孔顺序注浆。实际注浆时，对角都流了浆，因之第1版实施时以1，3孔为主，2，4孔辅助的方案。因为没有合适的排气引流孔，造成中间汇流部分积水空鼓的现象。因之第2版开始调整为中心注浆，敲击模板引导，四角辅助，适当开孔引流、排气的方案，实现较好的灌浆效果，见图3。工程实施一年多，有局部先期浮浆层脱落、小空鼓、无裂纹，满足设计要求。该配比灌浆材料留置试样强度统计见表3。

5 结语

通过对该加固工程的调查、跟踪、服务、合作，我们感受到结构加固灌浆料是一个系统工程。在信息化的时代，设计、施工、材料、设备各方都应系统理解，充分重视，专业的人解决专业的问题，保证各项措施、各环节、相关性能都能满足要求，保证加固工程全生命周期的安全。