热固型缓粘结预应力标准张拉适用期的快速检验方法研究

范蕴蕴 吴转琴 张欢乐

（北京兆福基新材料科技发展有限公司，北京 100029）

0 引言

缓粘结预应力技术因具有突出的技术优势在预应力混凝土领域的市场份额逐年递增。该技术的核心产品---缓粘结预应力钢绞线由高强度低松弛预应力钢绞线、缓凝粘合剂和高强度带肋护套组成[1]。当前国内使用的缓凝粘合剂均由环氧树脂、常温/中温固化剂及多种助剂制备而成，并在一定环境温度下随时间推移逐渐固化，在将预应力钢绞线粘结的同时形成一定高度的横肋与带肋护套粘结咬合[2]。根据上述反应机理，该类缓凝粘合剂也称为热固型缓凝粘合剂，该类缓粘结预应力也称为热固型缓粘结预应力（以下所述缓凝粘合剂、缓粘结预应力钢绞线及缓粘结预应力均指热固型）。

目前，国内常用的缓凝粘合剂根据适用环境分为三个类型，并划定了这三类的标准张拉适用期与标准固化期，见表1。本文针对这三类缓凝粘合剂开展试验研究，以确定区分这三类缓凝粘合剂的快速、有效的检测方法。

表1 常用缓凝粘合剂类型的对应表

1 缓凝粘合剂固化进程的研究

根据缓凝粘合剂的反应机理可知，缓凝粘合剂的固化进程分为两个阶段：1）缓凝粘合剂稠度逐渐下降阶段；2）缓凝粘合剂硬度逐渐上升阶段。缓粘结预应力钢绞线的张拉适用期-固化期则可由其所使用的缓凝粘合剂的稠度-硬度指标对应表征[3]。

对缓凝粘合剂进行25℃和35℃恒温条件下稠度与硬度的定期监测，试验要求见表2。根据监测结果，绘制出缓凝粘合剂在25℃和35℃恒温下的固化进程图，如图1所示。

表2 常用缓凝粘合剂恒温下稠度与硬度监测试验要求

由图1可见，通过研究三种类型缓凝粘合剂的稠度或者硬度在一定条件下的变化规律、建立区分方法是切实可行的。同时考虑到缓凝粘合剂的整个固化进程时间较长，本文选择表征固化进程前段的稠度指标进行研究[4]。

图1 三种类型的缓凝粘合剂在25℃和35℃下的固化进程曲线图

2 缓凝粘合剂稠度的试验研究

根据缓凝粘合剂在不同温度下的固化进程研究可以看出，缓凝粘合剂的固化进程随温度的升高而加速显著，故本试验通过设置不同的高温环境对缓凝粘合剂的稠度变化进行研究，以此找到鉴别规律。

2.1 试验材料

对于表1所述的缓凝粘合剂，每一类都存在不同的初始稠度，为保证研究的全面性，本试验对每一类缓凝粘合剂设置了最大稠度、中间稠度与最小稠度,分别用Ⅰ型、Ⅱ型和Ⅲ型表述,见表3。

表3 试验用缓凝粘合剂类型

图2 缓凝粘合剂固化进程试验

2.2 试验温度与时间

试验的温度与时间设置见表4。

表4 试验温度与时间要求

2.3 测试方案

1）按GB/T 269-1991《润滑脂和石油脂锥入度测定方法》中全尺寸工作器的规定，将表3中的每种缓凝粘合剂装填于耐高温硬质容器内，每个类型制作5个测量试件[5]。

2）装填缓凝粘合剂时需不停震动容器，令缓凝粘合剂填装密实，随后将缓凝粘合剂表面刮平整。

3）将装填好的容器全部于25℃下静置24小时，随后按GB/T 269-1991中全尺寸锥体、不工作锥入度的试验步骤测定初始稠度。

4）测量完成后将锥体上粘留的缓凝粘合剂全部刮回容器内，震动容器令缓凝粘合剂表面恢复平整。

5）将测量试件按表4所列的温度与时间要求置于温度箱内。

6）达到时间要求后将温度箱的温度调整到25℃，试件继续在该温度箱内放置24小时。

7）随后按GB/T 269-1991中全尺寸锥体、不工作锥入度的试验步骤测定每个试件的终止稠度。

8）测定时锥体的下落时间为5.0±0.1秒。

9）每组试验的初始稠度和终止稠度分别取5次测量结果的算术平均值。

10）稠度单位为0.1mm。

11）稠度变化率=（终止稠度的算术平均值-初始稠度的算术平均值）/初始稠度的算术平均值。

2.4 测试数据

稠度变化率数据见表5。

表5 稠度变化率数据表

2.5 试验结论

根据表5可以看出，三类常用的缓凝粘合剂在85℃、7天的稠度变化率具有可区分的规律性。为保障数据的准确性，重复进行3次试验，结果表明，每次试验数据的规律性均与表5相一致。

另外，本试验还对表3的缓凝粘合剂在65℃下24小时、72小时、120小时、168小时，80℃下24小时、72小时、120小时、168小时，85℃下24小时、72小时、120小时，90℃下24小时、72小时、120小时、168小时，95℃下24小时、72小时、120小时、168小时的稠度变化率进行了试验。其中，65℃、80℃、85℃全部及90℃、95℃的24小时、72小时的试验结果不具有可区分的规律性；90℃、95℃的120小时、168小时的试验结果具有可区分的规律性，但有部分最大稠度试件在经高温后出现了分层现象。

3 缓凝粘合剂类型的快速检验方法

结合上述试验研究及缓粘结预应力工程特点，本文制定出缓粘结预应力钢绞线类型即缓粘结预应力钢绞线标准张拉适用期的工程进场快速检验方法。

3.1 进场取样

1）于进场的同批次缓粘结预应力钢绞线（避开端部的前50公分）上刮取不少于3000克的缓凝粘合剂。

2）将缓凝粘合剂分别装填于3个相同的耐高温硬质容器内。容器尺寸需符合GB/T 269-1991中全尺寸工作器的规定。

3）装填缓凝粘合剂时需不停震动容器，令缓凝粘合剂填装密实，随后将缓凝粘合剂表面刮平整。

3.2 试件测定

1）将装填好的容器全部于25℃下静置24小时，随后按GB/T 269-1991中全尺寸锥体、不工作锥入度的试验步骤进行测定，将该测量值记为初始稠度。

2）测量完成后，将锥体上粘留的缓凝粘合剂全部刮回容器内，震动容器令缓凝粘合剂表面恢复平整。

3）将容器放置于85℃的恒温试验箱内168小时，随后将温度箱温度调整到25℃，继续放置24小时。

4）按GB/T 269-1991中全尺寸锥体、不工作锥入度的试验步骤进行测定，将该测量值记为终止稠度。

5）锥体的下落时间为5.0±0.1秒。

6）需连续、快速地对3个容器进行测定。

3.3 数据计算

1）初始稠度和终止稠度分别取3次测量结果的算术平均值。

2）稠度的单位为0.1mm。

3）稠度下降率=（终止稠度的算术平均值-初始稠度的算术平均值）/初始稠度的算术平均值。

3.4 结果判定

1）根据表6对计算数据进行比较，由此判定对应的缓凝粘合剂的类型。

表6 缓凝粘合剂类型的快速测试条件及判定标准

2）判别出缓凝粘合剂的类型后根据表1即可对应出该缓粘结预应力钢绞线的标准张拉适用期与标准固化期[6-7]。

4 结论

本文引入了稠度与硬度的概念，对缓凝粘合剂的固化进程（适用期与固化期）进行了系统的试验研究，得出以下结论：

1）确定了常用热固型缓凝粘合剂在25℃和35℃下的固化进程分析曲线。

2）验证了常用热固型缓粘结预应力钢绞线的标准张拉适用期与标准固化期的对应时间关系。

3）提出了热固型缓凝粘合剂类型即热固型缓粘结预应力钢绞线张拉适用期的检验方法，该方法检测时间短，检测手段方便，有利于材料的工程进场检验。该方法被中国工程建设标准化协会团体标准T/CECS 10097-2020《大直径缓粘结预应力钢绞线》引用。

缓粘结预应力技术在铁路与公路桥梁工程、水利工程、市政工程、海洋工程、特种工程及工业与民用建筑工程等各类预应力混凝土结构中得到了越来越广泛的应用。但是缓粘结预应力在产品应用过程中的检测技术还并不完善，仍有待提升。