預(yù)應(yīng)力鋼筒混凝土管（Prestressed ConcreteCylinder Pipe，以下簡(jiǎn)稱PCCP）體積較大，管道的直徑一般在2m以上，埋設(shè)在地面下部，對(duì)PCCP 的強(qiáng)度、抗?jié)B性和密封性要求較高。PCCP管道的承插口接頭約為寬3cm、深25cm 的槽縫，通常采用傳統(tǒng)水泥砂漿進(jìn)行密封。由于槽縫寬度和大直徑弧形等因素，傳統(tǒng)砂漿具有流動(dòng)性小、容易收縮開(kāi)裂、在槽縫處不易振搗等缺點(diǎn)，容易成為PCCP管道使用壽命的最薄弱環(huán)節(jié)?？梢?jiàn)，工程中對(duì)承插口灌縫砂漿的施工性要求較高。水泥砂漿灌縫操作完成后，灌縫砂漿內(nèi)部無(wú)法繼續(xù)提供外界充足水分進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，在承插口鋼筒的強(qiáng)約束下很容易出現(xiàn)砂漿開(kāi)裂現(xiàn)象。此外，PCCP 管道還會(huì)遭受土壤或地下水中硫酸根、氯離子等的侵蝕作用，影響耐久性。因此，研制一種流動(dòng)度好、免振搗、高抗裂和高耐久性能的灌縫砂漿十分必要。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

    水泥：P·O 42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥，3d 和28d抗壓強(qiáng)度分別為27MPa和47.9MPa。

    砂子：普通河砂，表觀密度2.61g/cm3，飽和面干吸水率0.99%，細(xì)度模數(shù)為2.6。

    粉煤灰：南京某廠I級(jí)粉煤灰。

    膨脹劑：自主研發(fā)的氧化鈣-硫鋁酸鈣型膨脹劑，摻量在8%~10%之間。

    減水劑：蘇州某公司生產(chǎn)的固體聚羧酸減水劑。

    阻銹劑：南京某公司生產(chǎn)的阻銹劑。

    纖維：安徽某公司生產(chǎn)的PVA （聚乙烯醇）纖維，纖維長(zhǎng)度為5mm。

    內(nèi)養(yǎng)護(hù)劑：高吸水性樹(shù)脂（SAP），細(xì)度約120目。

    功能外加劑：為了使灌縫砂漿具有良好的保水性、流動(dòng)性和抗凍性能，摻入少量外加劑調(diào)控灌縫砂漿各項(xiàng)性能。主要功能外加劑有：增稠劑、緩凝劑、引氣劑等。

1.2 砂漿配合比

    灌縫砂漿主要有兩種組分，組分A：膠凝材料，主要由復(fù)合膠凝材料、微膨脹熟料、阻銹組分、減水組分、PVA 纖維等混合而成；組分B：細(xì)骨料。水灰比為0.44，灰砂比為1頤2.2，編號(hào)為YZ。灌縫砂漿的配合比如表1 所示。

    通常使用的普通水泥砂漿配合比是：水灰比為0.65，灰砂比為0.3 的水泥砂漿，本次試驗(yàn)作為對(duì)比砂漿，編號(hào)為PT。

2 試驗(yàn)方法

2.1 工作性能

    砂漿稠度：按照DL/T 5150-2001《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行測(cè)試。

    流動(dòng)度：根據(jù)GB/T 2419要2005《水泥膠砂流動(dòng)度測(cè)定方法》進(jìn)行測(cè)試。不啟動(dòng)跳桌振動(dòng)，測(cè)試灌縫砂漿自流狀態(tài)。同時(shí)采用混凝土坍落度筒測(cè)試坍落擴(kuò)展度。

    填充性：參考CECS 03：2006《自密實(shí)混凝土應(yīng)用技術(shù)規(guī)程》，使用U型箱，可直觀反映砂漿通過(guò)鋼筋間隙與自行填充至模板角落的能力。鋼質(zhì)U 型箱的隔柵型障礙為玉型。

    泌水率：采用1000mL 量筒。先記錄量筒質(zhì)量，然后將砂漿一次性裝至1000mL刻度線附近，不振動(dòng)、不插搗，記錄砂漿與量筒的總質(zhì)量，靜置1h后，吸出砂漿表面泌水的水分。計(jì)算砂漿的泌水率（%）。

    其他拌合物性能：含氣量、表觀密度、凝結(jié)時(shí)間均依據(jù)JGJ/T 70-2009 《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法》進(jìn)行，其中含氣量測(cè)試采用儀器法。

2.2 力學(xué)性能

    抗折與抗壓強(qiáng)度：采用40mm×40mm×160mm 的膠砂試件，測(cè)試依據(jù)GB/T 17691-1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法》進(jìn)行。

2.3 抗裂性能

    干縮變形：按照DL/T 5150-2001《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》進(jìn)行，試件尺寸為40mm×40mm×160mm。

    圓環(huán)開(kāi)裂試驗(yàn)：圓環(huán)開(kāi)裂試驗(yàn)可反映在約束作用下由于自收縮和干縮產(chǎn)生的自應(yīng)力對(duì)砂漿抗裂性的影響。按照CCES 01-2004《混凝土結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)與施工指南》中野水泥及水泥基膠凝材料抗裂性試驗(yàn)要圓環(huán)約束試件冶規(guī)定進(jìn)行。砂漿澆筑后，采用保鮮膜密封圓環(huán)整個(gè)頂面，24h 后拆去外環(huán)試模，然后用熔化的石蠟密封砂漿頂面，放置在溫度（20±2）℃、相對(duì)濕度為（60±5）%的恒溫恒濕環(huán)境中。自24h 開(kāi)始觀察至90d，記錄裂縫出現(xiàn)的時(shí)間、位置以及形貌。

2.4 耐久性能

    抗氯離子擴(kuò)散系數(shù)：按照GB/T 50082-2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中評(píng)價(jià)混凝土抗氯離子滲透性能的RCM 法進(jìn)行。砂漿試件尺寸為Φ100mm×100mm，齡期為28d。

    抗凍性：試件尺寸為40mm×40mm×160mm，試件標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d，按JGJ/T 70-2009 標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)。

3 試驗(yàn)結(jié)果

3.1 工作性能

    普通水泥砂漿和研制的灌縫砂漿工作性能測(cè)試結(jié)果如表2 所示。普通水泥砂漿初始稠度值為128mm，灌縫砂漿初始稠度為106mm，因?yàn)楣嗫p砂漿黏聚性較好，克服重錘重力能力較強(qiáng)，初始稠度低于普通水泥砂漿，1h 經(jīng)時(shí)后二者稠度相差不大，均為（100±1）mm。灌縫砂漿1h 經(jīng)時(shí)后砂漿稠度變化較小。灌縫砂漿初始流動(dòng)度和1h 經(jīng)時(shí)損失均高于普通水泥砂漿。灌縫砂漿的U型箱填充高度略高于普通水泥砂漿。初始坍落擴(kuò)展度和1h經(jīng)時(shí)損失，灌縫砂漿明顯優(yōu)于普通水泥砂漿，坍落度擴(kuò)展度均較普通水泥砂漿提高了約24%。

    含氣量、表觀密度、凝結(jié)時(shí)間測(cè)試結(jié)果如表3所示，普通水泥砂漿與灌縫砂漿的含氣量分別為0.7%和5.8%，灌縫砂漿使用引氣劑調(diào)控含氣量，以提高砂漿抗凍性能。李建新研究發(fā)現(xiàn)含氣量在4.9%~6.2%之間的水泥砂漿凍融循環(huán)次數(shù)是含氣量2.3%砂漿的4倍。而普通水泥砂漿含氣量低，無(wú)法滿足實(shí)際工程抗凍要求。摻入緩凝劑控制灌縫砂漿凝結(jié)時(shí)間，保證實(shí)際工程澆筑時(shí)間，與普通水泥砂漿相比，灌縫砂漿的初終凝時(shí)間延緩了10~11h。

3.2 力學(xué)性能

    普通水泥砂漿與研制的灌縫砂漿3d、7d 和28d的抗折與抗壓強(qiáng)度結(jié)果如圖1 和圖2所示。與普通水泥砂漿相比，灌縫砂漿除了有極好的工作性能，3d、7d、28d 抗折強(qiáng)度也分別提高了14%、24%和14%，抗壓強(qiáng)度分別提高了7%、40%、19%。灌縫砂漿7d 抗折與抗壓強(qiáng)度分別占28d 強(qiáng)度的73%和75%。灌縫砂漿具有初始延緩凝結(jié)，早期快速提高強(qiáng)度的效果優(yōu)勢(shì)。

3.3 抗裂性能

    普通水泥砂漿與研制的灌縫砂漿的干縮測(cè)試結(jié)果如圖3所示。

    在干燥環(huán)境下，隨著齡期增加，普通水泥砂試件表現(xiàn)為一直收縮狀態(tài)，12d 試件干縮值為-241.5×10-6。灌縫砂漿表現(xiàn)為先膨脹后收縮過(guò)程，在1d 產(chǎn)生最大膨脹率為35.6×10-6，之后試件開(kāi)始逐漸收縮，在12d 時(shí)試件干縮值為-80.6×10-6，灌縫砂漿的干縮變形僅為普通水泥砂漿的34%。灌縫砂漿內(nèi)膨脹組分有效補(bǔ)償了因缺少水分產(chǎn)生的體積變形，灌縫砂漿更有利于在缺水環(huán)境中防止產(chǎn)生收縮開(kāi)裂現(xiàn)象。

    本次采用混凝土圓環(huán)開(kāi)裂試驗(yàn)方法評(píng)價(jià)灌縫砂漿開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)，圓環(huán)開(kāi)裂試驗(yàn)可以表征砂漿在干燥收縮應(yīng)力與環(huán)形約束共同作用對(duì)砂漿抗裂性能的影響。普通水泥砂漿和灌縫砂漿的試驗(yàn)情況見(jiàn)圖4和圖5。結(jié)果發(fā)現(xiàn)：普通水泥砂漿經(jīng)8d 后即出現(xiàn)上下貫穿性裂縫，寬度約1.5mm；而灌縫砂漿一直觀察至90d，砂漿表面仍未出現(xiàn)裂縫或開(kāi)裂現(xiàn)象。根據(jù)美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)ASTM C 1581-2004 規(guī)定（見(jiàn)表4），普通水泥砂漿具有野中高冶的開(kāi)裂趨勢(shì)，而灌縫砂漿的開(kāi)裂趨勢(shì)為野低冶?？梢?jiàn)，所研制的灌縫砂漿具有更高的抗裂性能，開(kāi)裂風(fēng)險(xiǎn)較低。

3.4 耐久性能

    抗氯離子擴(kuò)散系數(shù)測(cè)試結(jié)果如圖6所示。結(jié)果表明：研制的灌縫砂漿和普通水泥砂漿的抗氯離子擴(kuò)散系數(shù)DRCM分別為1.6×10-12m2/s 和2.3×10-12m2/s，灌縫砂漿降低了抗氯離子擴(kuò)散系數(shù)達(dá)30%，提高了砂漿的抗?jié)B能力。有研究表明，摻入PVA纖維有提高水泥砂漿抗氯離子擴(kuò)散能力的效應(yīng)。灌縫砂漿采用優(yōu)化的灰砂比和多種功能性外加劑改善了砂漿內(nèi)部孔結(jié)構(gòu)，使水泥砂漿內(nèi)部更加密實(shí)。研制的灌縫砂漿能滿足PCCP管承插口處的抗?jié)B要求，并對(duì)連接密封起到保護(hù)作用。

    經(jīng)過(guò)凍融循環(huán)25 次后普通水泥砂漿與灌縫砂漿外觀對(duì)比如圖7和圖8所示。

    經(jīng)過(guò)25 次凍融循環(huán)后，從質(zhì)量損失上看，普通水泥砂漿和灌縫砂漿試件質(zhì)量的損失率分別為1.3%和0.5%；從試件外觀上看，灌縫砂漿試件表面完整，沒(méi)有發(fā)生剝落現(xiàn)象，而普通水泥砂漿試件的端角處出現(xiàn)嚴(yán)重剝落損失。本次抗凍循環(huán)試件與混凝土抗凍試件同時(shí)進(jìn)行，會(huì)因試件尺寸不同（40mm×40mm×160mm 與100mm×100mm×400mm）對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生差異。一方面延長(zhǎng)單次循環(huán)的時(shí)間，砂漿試件飽水程度會(huì)更高，冰凍后結(jié)晶應(yīng)力會(huì)加大，單一循環(huán)造成的破壞程度會(huì)提高；另一方面可能會(huì)加深沿試件表面到內(nèi)部的凍脹深度，增加試件整體的凍脹力，加劇破壞。

4 結(jié)論

    （1）以多種復(fù)合膠凝材料體系，優(yōu)化合理灰砂比，添加多種功能性外加劑成功研制了一種用于PCCP 管道承插口的灌縫砂漿，具有大流動(dòng)性、黏聚性好，微膨脹、高抗裂和高耐久性能特點(diǎn)，采用組分A 與組分B 成分混合使用，在現(xiàn)場(chǎng)直接加水后攪拌完成即可，有效防止原材料波動(dòng)引起質(zhì)量波動(dòng)問(wèn)題。

    （2）研制的灌縫砂漿自流平狀態(tài)，初始坍落擴(kuò)展度為540mm，1h 后損失仍為520mm，初終凝時(shí)間分別為21.7h 和28h，砂漿泌水率為0。與普通水泥砂漿相比，具有大流動(dòng)性、經(jīng)時(shí)損失小和保水性好的特點(diǎn)。

    （3）研制的灌縫砂漿28d 抗壓強(qiáng)度為40.1MPa。在干燥環(huán)境條件下，灌縫砂漿1d 微膨脹率35.6×10-6，圓環(huán)開(kāi)裂試驗(yàn)90d 未發(fā)現(xiàn)開(kāi)裂現(xiàn)象，氯離子擴(kuò)散系數(shù)DRCM 為1.6×10-12m2/s，25 次凍融循環(huán)質(zhì)量損失率僅為0.5%。灌縫砂漿的力學(xué)指標(biāo)和抗裂指標(biāo)可以滿足實(shí)際工程需要。

目前鋼筋混凝土排水管的接口形式有：平口、剛性企口、承插口和柔性企口。由于平口管和剛性企口管施工效率低，抗震性能差，地基移位會(huì)使接口拉開(kāi)，導(dǎo)致路面塌陷受損。所以這兩種接口在工程中已基本不采用。承插口和柔性企口因其接口采用橡膠圈密封止水，是柔性連接，抗震性能好，可有效抵抗地基不均勻沉降，且安裝速度快而深受用戶青睞。

哈爾濱水泥管廠家基本結(jié)構(gòu)是通過(guò)拉桿將兩片剛性端板固定在排水管兩端。為保證在規(guī)定的水壓下的密封性，管端部與剛性端板接觸部分填充彈性材料。試驗(yàn)裝置端板與排水管密閉后，向內(nèi)注水并加壓到要求的檢驗(yàn)壓力，由此觀察關(guān)閉的滲水情況。

鋼筋混凝土排水管接頭適用范圍： A類管適用于混凝土包封敷設(shè)。 B類管適用于人行道和綠化帶等非機(jī)動(dòng)車道直埋敷設(shè)，也適用于有重載車輛通過(guò)的機(jī)動(dòng)車道混凝土包封敷設(shè)。

鋼筋混凝土防腐排水管接頭是以海泡石礦物纖維、維尼綸和水泥為主要原料，加高倍數(shù)水充分?jǐn)嚢?、混合后，?jīng)制管機(jī)在加壓下連續(xù)卷制而成的非金屬管材。它廣泛用于電力系統(tǒng)，通訊系統(tǒng)的電纜保護(hù)，也可作輸水管道等。特性：

1、價(jià)格低廉，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便。

2、加工性能好，安裝允許有轉(zhuǎn)角。

3、載流量高，敷設(shè)系數(shù)高于PVC管材10個(gè)百分點(diǎn)。

4、化學(xué)性能穩(wěn)定、不老化、其強(qiáng)度隨時(shí)問(wèn)延長(zhǎng)而有所增加。

5、耐腐蝕、不磁化。

6、內(nèi)壁光滑，粗糙系數(shù)為0.07。