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《水泥基灌浆材料应用技术规范GB/T50448-2008》
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水泥灌浆材料应用技术规范GB/T50448-2008》

  1 总则

  1.0.1水泥灌浆材料是由水泥、集料、外加剂和矿物掺和料等原材料经工厂化生产的干混料,加水拌合均匀后具有高流性、不离析、微膨胀等良好工艺特性及硬化快、早强高强等性能特点,因此水泥灌浆材料有着广泛的应用,确保了设备安装、改扩建工程、加固工程的精度和质量,延长了设备的使用寿命,简化了施工工艺,加快了施工进度。与细石混凝土相比,该材料的高强、高流动性和微膨胀的特性得以充分的发挥。

  自改革开放以来,冶金、石化和电力系统等从国外引进了轧钢、连铸、大型压缩机和大型发电机等大型、特大型设备。为了提高此类设备的安装精度,加快安装速度和延长设备使用寿命,水泥灌浆材料得到广泛应用并得以迅速的发展。自上世纪90年代初,我国自主研发生产水泥灌浆材料在天津无缝钢管公司、首钢、宝钢、燕山石化、扬子石化、丹东华能电厂、三峡工程、神州六号飞船研究基地、平朔煤炭工业公司、山水集团平阴水泥厂等众多大中型企业的设备安装、建筑结构加固改造工程中得到广泛应用。该材料在国内已有近20年的工程应用历史。1997年,国家科委将水泥灌浆材料列为国家科技成果重点推广项目

  原冶金工业部为规范水泥灌浆材料生产与应用,组织编写了国家行业标准水泥灌浆材料施工技术规程》(YB/T9261-98),推动了水泥灌浆材料生产应用和发展。随着国民经济的发展,各行各业水泥灌浆材料的应用越来越广泛,需求量越来越大。目前国内从事水泥灌浆材料生产企业达二百余家,年产量30~50万吨。为规范产品质量、正确选型和指导施工,达到技术先进、安全适用、经济合理、确保质量,特制订本规范

  1.0.3在应用水泥灌浆材料的工程中,尚应符合有关现行标准规范包括《混凝土结构设计规范》GB50010,《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204,《建筑工程冬期施工规程》JGJ104,《混凝土结构加固技术规范》CECS25,《建筑工程预应力施工规程》CECS180等。

  2 术语

  2.0.6水泥灌浆材料绝大部分用于设备安装灌浆,起到固定地脚螺栓和传递设备荷载的作用灌浆层与设备底板的实际接触面积非常重要。实验和工程中均发现,有的水泥灌浆材料,与底板的实际接触面积较少,没有起到很好传递荷载的作用,不利于工程质量。美国标准ASTM C1339给出了化学腐蚀聚合物灌浆料的流动性和承载面积的试验方法(《standard test method for flowability and bearing area of chemical-resistant polymer machinery grouts》)。建议使用单位在材料选型和施工前,模拟现场条件,检验有效承载面,评估灌浆效果。

  2.0.7~2.0.9 根据美国标准ASTM C1107《standard specification for packaged dry, hydraulic-cement grout (nonshrink)》,水泥灌浆材料的体积变化分为硬化前体积控制、硬化后体积控制和复合体积控制三种类别。参照该分类方法,结合国内的测定方法和对不同类别产品的试验结果,本规范规定水泥灌浆材料加水拌合后3h的竖向膨胀值为早期膨胀指标,此时浆体处于塑性。随着水化的进行,逐步生成膨胀性水化产物,导致体积膨胀,定义为硬化后膨胀。而同时具有早期膨胀和硬化后膨胀,称为复合膨胀

  3 基本规定

  3.0.1目前水泥灌浆材料主要用于地脚螺栓锚固、设备基础二次灌浆;当应用于加大截面积法混凝土结构加固时,由于该材料具有自密实、强度高、微膨胀等特性,解决现场配制混凝土质量不易控制、强度等级低、震捣困难等缺陷,因而很受施工单位的欢迎;应用于预应力孔道灌浆工程中,能够密实充填孔道,提高对预应力筋的保护能力和预应力筋与孔道的结力。根据十几年应用水泥灌浆材料工程经验,本条给出了水泥灌浆材料的适用范围。

  3.0.2 由于工程情况各不相同,对灌浆材料要求也不尽一样,因此必须根据工程具体条件,如施工温度、使用温度灌浆层厚度、设计强度等,选择合适的灌浆材料生产厂家除提供所必要的水泥灌浆材料性能外,应提供材料的使用温度施工温度范围,供使用单位参考。

  3.0.3在施工时,需按照产品说明书规定的用水量拌和。增加用水量虽能提高流动性,但可能造成强度降低、沉降离析、表面气泡增多等问题,对材料的使用性能有不利影响。

  4 材料

  4.1 水泥灌浆材料性能

  4.1.1本规范材料流动度分类,以便于设计选型。

  工程经验表明,水泥灌浆材料须具有较好的流动性保持能力,确保拌合料经过一定时间后仍具有一定的流动度,以便顺利灌注,该时间一般不会超过30min。因此本规范规定30min流动度保留值。

  对于Ⅳ类水泥灌浆材料,参照《普通混凝土拌合物性能试验方法标准》GB/T50080-2002和《自密实混凝土设计与施工指南》CCES02-2004,同时采用坍落度和坍落扩展度表征流动性,以避免坍落扩展度与坍落度所表征的流动性能不一致的情况。

  结合国内外标准,在对比试验基础上,本规范强度和竖向膨胀指标规定如下:

  表4.1.1.1 强度和竖向膨胀指标

  竖向膨胀(%)抗压强度(MPa)

  3h24h与3h的膨胀值之差1d3d28d

  0.1~3.50.02~0.5≥20.0≥30.0≥50.0

  根据ASTM C1107-02,体积变化分为三种类型,控制指标见表4.1.1.2。

  表4.1.1.2 标准ASTM C1107-02的体积变化控制指标

  膨胀分类塑性膨胀,%硬化后膨胀,%复合型膨胀,%测定方法标准

  指标0~+4.0不要求0~+4.0ASTM C827

  不要求0~+0.30~+0.3ASTM C 1090

  水泥灌浆材料早期膨胀是一项重要特性,对克服塑性收缩,使得灌浆体更加密实,增大有效承载面,确保灌浆质量有重要意义。在硬化过程中,仍需要适当的膨胀,以进一步密实填充。并且在硬化的水泥灌浆材料中产生一定的膨胀应力,有利于克服后期的收缩。

  采用国内工程中应用的产品,按照附录A.0.4方法A,测得复合型膨胀(图4.1.1.1)、塑性膨胀(图4.1.1.2)、硬化后膨胀(图4.1.1.3)24h内膨胀-时间关系曲线如下。可见塑性膨胀在3小时内基本完成。复合型膨胀膨胀率在3h后仍有显著增长,而硬化后膨胀曲线见图4.1.1.3,成型初期浆体存在收缩,4小时后开始膨胀,这种早期浆体的收缩对于灌浆的密实性有负面影响。综合以上原因,本规范规定以加水拌合后3h的竖向膨胀值为早期膨胀检验指标

  考虑到检验方法的差异,结合实际情况,特制定表4.1.1的竖向膨胀指标

  图4.1.1.1 复合膨胀灌浆膨胀-时间曲线 图4.1.1.2塑性膨胀灌浆膨胀-时间曲线

  图4.1.1.3 硬化后膨胀灌浆膨胀-时间曲线

  对于设备灌浆混凝土补强加固,均要求无泌水。对比试验证实,如果材料存在泌水,则接触面会出现大量气泡,有效承载面很低,因此规定泌水率为零。

  无论是设备灌浆,或用于混凝土补强加固灌浆材料都与钢铁材料接触,因此本规范要求对钢筋无锈蚀。

  水泥灌浆材料施工时只需加水,加大用水量对增加流动性有利,而对强度、竖向膨胀和泌水等指标均不利,因此本规范规定按产品要求的最大用水量检验;ASTM C1107也要求按最大流动度或最大用水量检验。

  对于快凝快硬型水泥灌浆材料,由于早期强度高,甚至2h的抗压强度能达到20MPa,其流动性损失必然大,因此表4.1.1的30min流动度保留值不适用于快凝快硬型水泥灌浆材料。本规范对该类水泥灌浆材料流动度(或坍落度和坍落扩展度)的保留值、24h与3h的竖向膨胀率之差及24h内抗压强度值不作规定

  4.1.3 当应用于冶金、水泥等行业,水泥灌浆材料要承受高温环境。参照材料试验方法《致密火浇注料 常温抗折强度抗压强度试验方法》YB/T5201-93和《火浇注料抗热震性试验方法(水急冷法)》YB/T2206.2,结合水泥灌浆材料的具体情况,经试验确定此项目指标

  试验表明,普通的水泥灌浆材料,高温烧后抗压强度可能提高。但热震性试验,表面较快出现裂纹、脱落,浸水端抗压强度显著降低。而能够用于高温环境下得到特殊水泥灌浆材料,烧后强度高,热震性好。因此本规范规定此两指标作为控制指标

  4.2 检验方法

  4.2.3 对于集料粒径不大于4.75mm的水泥灌浆材料,现行的国内行业标准规定抗压强度试件采用40 mm×40 mm×160 mm的棱柱体,本规范也采用此尺寸试件作为标准试件;当此材料用于结构修补加固时,依据《混凝土结构设计规范》GB50010及《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204,应以150 mm立方体作为抗压强度标准试件。水泥灌浆材料的最大集料粒径大于4.75mm且不大于16mm时,抗压强度采用尺寸100 mm×100 mm×100 mm的立方体试件,且按《普通混凝土力学性能试验方法标准》GB/T50081进行试验。100 mm立方体试件与150 mm立方体标准试件的强度关系,采用《高强混凝土结构技术规程》CECS104:99提出的抗压强度折算系数

  5 检验规则

  5.1 编号及取样

  5.1.2~5.1.3 在进行检验前,应根据检验项目,计算所需材料的量。每灌注1升的体积,需要干水泥灌浆材料质量约为:Ⅰ类1.9kg,Ⅱ~Ⅳ类2.3kg

  5.3 检验分类

  5.3.1 出厂检验项目包括流动度(或坍落度)的初始值和30min保留值、竖向膨胀率、1d抗压强度。这3个项目水泥灌浆材料的基本性能,也反映了材料是否具有使用性能

  5.4 判定规则

  5.4.1 对于出厂检验,如果出现不合格的情况,生产厂家应仔细核查生产记录,当确认无误后,采取复检措施。如果复检指标合格,可以判定该产品为合格品。

  5.6 进场复验

  5.6.1水泥灌浆材料进场时应由有计量认证资质的检验单位复验;复验合格后方可使用。

  6 包装、标志、运输与贮存

  6.1包装

  6.1.1依据市场上实际产品的包装,按照《定量包装商品净含量计量检验规则》JJF1070,包装质量为15kg~50kg,允许短缺量为1%,故每袋净含量不得少于标志质量的99%。

  7 设计

  7.1地脚螺栓锚固

  7.1.1对于动荷载设备基础的地脚螺栓锚固应采用水泥灌浆材料施工简便,填充密实,抗强度高。对于静荷载设备基础及钢结构柱脚底板的地脚螺栓锚固,宜采用水泥灌浆材料,也可以采用其它锚固材料

  7.1.2 地脚螺栓的常见形式,其中又以弯钩、直钩、直弯钩和锚板类较为常见。锚固端异形或增加锚固件是为了增加地脚螺栓的锚固力和缩短地脚螺栓的锚固长度。

  7.1.3工程经验表明,对于螺栓表面与孔壁的净间距为15~50mm的地脚螺栓孔,根据深度的不同,可以采用II类、III类水泥灌浆材料;50~100mm的地脚螺栓孔,则可以采用III类、Ⅳ类水泥灌浆材料;螺栓表面与孔壁的净间距大于100mm,此种情况对水平流动性要求低,宜选择使用Ⅳ类水泥灌浆材料

  7.1.4本规范仅给出埋设深度的下限,即便对无受力要求的地脚螺栓,从结构构造上其埋设深度也不宜小于15倍螺栓直径。具体应根据设计要求

  7.1.5地脚螺栓锚固,基础混凝土必须坚固可靠,具有一定的强度,以便能获得足够的抗拔力,为此基础混凝土强度等级不宜小于C20。

  7.2 二次灌浆

  7.2.1 设备灌浆,特别是大型设备二次灌浆层,缝隙狭窄,一般不到100mm,但要求流动距离较长。尤其对于动荷载设备二次灌浆层必须要起到很好传递振动荷载的作用,应采用水泥灌浆材料,充分利用水泥灌浆材料的自流性,保证密实填充底板下部空间。对于较小设备底板填充和静荷载设备基础及钢结构柱脚底板的二次灌浆,可以采用水泥灌浆材料,也可以采用其它材料填充。

  7.2.3在设备基础二次灌浆时,从便于灌浆施工灌浆质量控制的要求,以自重法灌浆工艺为条件,以二次灌浆层的厚度为主要参数,对水泥灌浆材料类别的选择做出规定

  7.3混凝土结构改造加固

  7.3.1--7.3.3对混凝土柱采用外包混凝土、角钢等方法增大柱截面时,根据增大截面的厚度,即灌浆层的厚度的大小及新增截面防裂要求等因素,对水泥灌浆材料的选择作了相应的规定。一般宜用Ⅳ类水泥灌浆材料,既便于施工又便于防裂。

  7.3.4对混凝土梁采用加大截面法补强加固时,无论是梁底增厚或梁侧梁底同时增厚(即梁三面同时增大截面的情况),根据相关的规程、规范的构造要求,增厚截面防裂要求施工可实施性和以往的工程经验,其梁侧增厚不宜小于60mm,梁底增厚不宜小于80mm,采用Ⅳ类水泥灌浆材料主要是在便于施工的情况下便于防裂。

  7.3.5~7.3.6对混凝土楼板的补强加固,采用加大截面法(增加板厚)采用水泥灌浆材料时,主要从便于施工和防止板面裂缝的需要宜采用Ⅳ类水泥灌浆材料

  7.4后张预应力混凝土结构孔道灌浆

  7.4.1本条文对需要采用水泥灌浆材料的环境条件及材料选择作了相应规定。根据工程经验和工程实例,在使用除冰盐、严寒地区冬季水位变动环境、滨海室外、海水环境及人为或自然的侵蚀性物质影响的环境,采用水泥灌浆材料是确保结构久性的关键措施。

  在《混凝土结构设计规范》GB50010中,对混凝土结构的环境类别分类见表7.4.1。

  表7.4.1 混凝土结构的环境类别

  环境类别条件

  一室内正常环境

  二a室内潮湿环境;非严寒和非寒冷地区的露天环境、与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境

  b严寒和寒冷地区的露天环境、与无侵蚀性的水或土壤直接接触的环境

  三使用除冰盐;严寒和寒冷地区冬季水位变动的环境;滨海室外环境

  四海水环境

  五人为或自然的侵蚀性物质影响的环境

  注:严寒和寒冷地区的划分应符合国家现行标准《民用建筑热工设计规程》JGJ24的规定

  7.4.2氯离子对预应力筋有极强的腐蚀破坏作用。由于在恶劣环境条件下后张预应力结构孔道灌浆及锚具封锚的质量和久性要求高,在参考《建筑工程预应力施工规程》CECS180:2005、《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204和《混凝土结构久性设计与施工指南》CCES01-2004(2005年修订版)的基础上,本条对用于后张预应力孔道灌浆水泥灌浆材的材料和氯离子含量作了详细规定

  8 施工

  8.1 施工准备

  8.1.3.1 二次灌浆时,模板与设备周边应留出一定的距离,一般在100mm左右为宜。自重法灌浆时,灌浆侧的模板应根据流动距离适当加高,以提高两侧的位能差。

  8.1.3.2 当用于结构加固改造时,一般从高点灌浆灌浆孔与排气孔应高于孔洞最高点50mm左右,让浆体从排气孔中排出。在确认不会窝气的情况下,再灌实灌浆孔和排气孔。

  8.2 搅拌

  8.2.2推荐采用强制式搅拌机,如立式强制搅拌机。机械搅拌,拌合料均匀,可以缩短施工时间。搅拌时应先加入2/3的水,待拌合料团块全部打开后,再加入剩余水。搅拌量很小,或机械操作有困难时,可以采用人工搅拌。如果产品说明书对搅拌工艺有特殊要求,应按照产品说明书的要求操作。

  8.2.3 应尽量缩短拌合料的运输距离,缩短料出搅拌机到灌入模板的时间。应采用对料产生振动小的运输方式。

  8.3地脚螺栓锚固灌浆

  8.3.2 《混凝土结构后锚固技术规程》JGJ145-2004第9章规定,锚孔应符合设计或产品说明书的要求,当无具体要求时,位置允许偏差不得大于5mm,垂直度允许偏差不得大于5°。灌注前应采取清理浮灰、用水浸泡等措施,对提高结力有益。

  8.3.5孔内灌浆层上表面宜低于基础混凝土表面50mm左右,以便于养护。

  8.4 二次灌浆

  8.4.1 工程中常见灌浆方法有:自重法、高位漏斗法、压力法。其中最常见的是自重法。高位漏斗法能够适当提高位差,提高流动速度和增大灌浆距离。对于流动距离长,缝隙狭窄,底板下有复杂形状如剪切板、剪切栓,或排气困难等,应采用压力法灌浆,保证工程质量。

  8.4.3为了彻底排除气泡,应采取一侧灌浆,从另一侧溢出的工艺。对于非水平底板,应从低的一侧灌浆,从高点溢出。为此应适当提高灌浆点的模板高度。

  连续灌浆,浆体持续流动,灌注距离长,浆体质量均一。间断灌浆可能导致分层,或后浇注的料推动前面的料存在困难,致使灌浆距离缩短。

  8.4.4 硬化后,由于温度、干缩等,材料存在体积变形。因此对于较长距离施工,有必要每隔一定距离留伸缩缝。对于轨道等灌浆,根据具体情况分段,每段长不宜超过10m。

  8.4.6 高温时,阳光直射一方面导致水份蒸发速度快,另外浆体表面温度高将会加速硬化,均会产生不利影响。

  8.4.7 二次灌浆工程中,较常出现的情况是设备边缘外的水泥灌浆材料产生裂纹。有的裂纹上下贯通,有的向里发展,一般到设备停止。没有出现裂纹妨碍使用的工程实例,但裂纹影响美观。本规范借鉴工程经验,采取切除自由边的方法,以避免产生裂纹。

  8.5 混凝土结构改造加固灌浆

  8.5.2 在改造加固灌浆过程中,允许适当敲击模板,起到赶走模板表面气泡,使材料更密实。

  8.6 后张预应力混凝土结构孔道灌浆

  在标准建筑工程预应力施工规程》CECS180:2005、《混凝土结构久性设计与施工指南》CCES01-2004(2005年修订版)、《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204中对用于预应力孔道灌浆水泥浆的灌浆工艺技术要求都有具体规定。根据7.4章节的规定,应选用Ⅰ类灌浆材料,无泌水,微膨胀强度高,因此灌浆时只要能做到密实填充,就能保证工程质量。

  8.7 冬期施工

  8.7.1 按《建筑工程冬期施工规程》JGJ104-97,当室外日平均气温连续5天稳定低于5℃即进入冬期施工。作为灌浆施工,时间短,灌注体积小,要求早强。因此结合国外的规定,环境温度低于5℃时即要求按冬期施工操作。

  如果灌浆过程和养护没有采取升温措施,应根据环境条件选择适合负温施工水泥灌浆材料

  采取适当的措施,如提高基础混凝土温度,及提高浆体入模温度,对强度增长有利。

  《混凝土外加剂应用技术规范》GB50119第7章规定,高于65℃的热水不得与水泥直接混合;入模温度严寒地区不得低于10℃,寒冷地区不得低于5℃。《高强混凝土结构技术规程》CECS104:99规定,在冬期拌制泵送高强混凝土时,入模温度高于10℃。由于水泥灌浆材料强度高,含有外加剂等多种辅助材料,本规范规定拌合热水温度为60℃左右,并规定浆体入模温度大于10℃。

  依据国家标准混凝土外加剂应用技术规范》GB50119,当抗压强度达到5MPa,可以保证严寒-20℃环境下水泥灌浆材料不受冻害。恢复正温后强度持续增长。

  9 养护

  9.2 冬期养护

  9.2.1~9.2.3参照《混凝土结构工程施工质量验收规范》GB50204和《建筑工程冬期施工规程》JGJ104-97的相关规定编写。

  可采用的人工加热养护方式,如蒸汽养护法、暖棚法、电热毯法、碘钨灯法。应采取充分的保水保湿措施,养护温度不得超过65℃。

  环境温度不同,拆模时间和养护时间应不同。《水泥灌浆材料施工技术规程》YB/T9261-98建议如下表:

  表9.2.1 拆模和养护时间与环境温度的关系

  日最低气温(℃)拆模时间(h)养护时间(d)

  -10~09614

  0~57210

  5~15487

  ≥15247

  10 施工验收

  10.1.1施工验收时应提供标准养护试块抗压强度数据。留样试块尺寸为:对于Ⅰ类、II类、III类,采用40mm×40mm×160mm的棱柱体,对于Ⅳ类,采用100mm×100mm×100mm的立方体。

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