膨胀式灌浆卡箍前沿讲座

膨胀式灌浆卡箍前沿讲座第一页，共三十七页，编辑于2023年，星期二膨胀式自应力灌浆卡箍承载性能的试验研究4、膨胀式自应力灌浆卡箍新结构的研究3、膨胀式自应力灌浆卡箍长期承载性能的研究2、膨胀式自应力灌浆卡箍短期承载性能的研究1、研究现状及意义主要内容1、研究现状及意义第二页，共三十七页，编辑于2023年，星期二1.1选题依据海洋平台在服役期间由于各种原因，不可避免的会发生各种结构损伤，需要对其进行加固。超期服役的老龄平台也需要进行修复加固以保证其安全运行。

因此需要研究既经济性又安全性的修复加固措施。当导管架平台的损伤部位发生在水下时，自应力灌浆卡箍是最常用的修复方法1.

研究现状及意义导管架平台的损伤破坏第三页，共三十七页，编辑于2023年，星期二1.1选题依据1.

研究现状及意义自应力灌浆卡箍截面图自应力灌浆卡箍结构图第四页，共三十七页，编辑于2023年，星期二租用工程船进行卡箍安装、灌浆再次租用工程船利用螺栓拉伸器对卡箍施加自应力2836小时后螺栓拉伸器传统自应力灌浆卡箍的施工过程1.

研究现状及意义1.2传统自应力灌浆卡箍的研究现状施工难度大施工费用高自应力灌浆卡箍在实施上存在的问题膨胀式自应力灌浆卡箍两次租用工程船并需购置拉伸器及配套的液压装置膨胀水泥水泥浆中掺入适量的高效膨胀剂，利用水泥浆硬化后水泥与膨胀剂继续水化产生的膨胀变形在灌浆环/钢的相互接触面上产生径向压力，以使卡箍获得自应力优点：省去了工程船约一半的时间，提高了施工效率，降低了施工费用。1.3膨胀式自应力灌浆卡箍的原理及研究意义第五页，共三十七页，编辑于2023年，星期二膨胀式自应力灌浆卡箍的研究现状1.4膨胀式自应力灌浆卡箍的研究现状在性能上膨胀水泥浆比普通水泥浆难于控制，再加上对这种灌浆材料的长期完整性的质疑阻止了这一技术的海上应用。该技术存在的问题Elnashai等对利用高压灌浆方式获得自应力的压力灌浆卡箍进行了试验研究，而且在大比尺模型试验中采用了膨胀水泥灌浆；Grundy等对采用膨胀剂的灌浆连接进行了试验测试，发现这种灌浆连接有很好的连接滑动强度及疲劳强度；1.

研究现状及意义第六页，共三十七页，编辑于2023年，星期二1.5混凝土膨胀剂的研究现状1.

研究现状及意义

我国混凝土膨胀剂开发应用已有20多年历史,先后开发出四代膨胀剂，其研究与应用已处于世界先进水平。

用膨胀剂配制的补偿收缩混凝土、填充用膨胀混凝土和自应力混凝土或砂浆已在土木工程的各个领域得到广泛应用，但在海洋工程修复加固中的研究和应用都较少。

通过筛选采用了石家庄市功能建材有限公司的FEA100膨胀剂和唐山北极熊建材有限公司CSAII膨胀剂进行了灌浆卡箍的试验研究。

第七页，共三十七页，编辑于2023年，星期二膨胀式自应力灌浆卡箍承载性能的试验研究4、膨胀式自应力灌浆卡箍新结构的研究3、膨胀式自应力灌浆卡箍长期承载性能的研究1、研究现状及意义主要内容2、膨胀式自应力灌浆卡箍短期承载性能的研究第八页，共三十七页，编辑于2023年，星期二卡箍试件结构图卡箍试件结构截面图2.1试件的设计与制作2、膨胀式自应力灌浆卡箍短期承载性能的研究中间断开第九页，共三十七页，编辑于2023年，星期二2.2灌浆的成分配比2、膨胀式自应力灌浆卡箍短期承载性能的研究膨胀剂

水泥

灌浆FEA膨胀剂，CSAⅡ膨胀剂

产生膨胀压力山水牌PO42.5

灌浆的主要成分掺量比/%水泥/g膨胀剂/g水/g8800064038881080008003960128000960403215800012004140其中，水泥浆水灰比0.45。人工灌浆第十页，共三十七页，编辑于2023年，星期二卡箍试件的水下养护螺栓长度的测量试件养护：水中养护21天，室内养护7天，共计28天螺栓测量：养护结束，用游标卡尺测量卡箍的螺栓长度2.3试验过程受损内管沿灌浆环/受损内管间的界面发生相对滑动滑动承载力试验：养护完成后，使用万能试验机对试件进行承载力测试,测试极限承载力。2、膨胀式自应力灌浆卡箍短期承载性能的研究第十一页，共三十七页，编辑于2023年，星期二螺栓的张紧力1、膨胀压力的计算灌浆环与受损内管间的压力螺栓长度的变化滑动承载力滑动应力滑动承载力滑动应力2.4测试数据的计算2、滑动应力的计算内管外径灌浆有效接触长度2、膨胀式自应力灌浆卡箍短期承载性能的研究第十二页，共三十七页，编辑于2023年，星期二2.5卡箍短期承载性的分析CSAⅡ膨胀剂不同掺量下的试验数据膨胀剂含量/%8101215膨胀压力/MPa1.451.651.571.612.741.972.583.72滑动应力/MPa1.21.361.791.162.231.641.792.91FEA膨胀剂不同掺量下的试验数据膨胀剂含量/%8101215膨胀压力/MPa1.040.9361.4871.51.1751.351.571.141.871.9滑动应力/MPa0.8331.21.671.3961.571.81.4431.52.52.31.测试数据2、膨胀式自应力灌浆卡箍短期承载性能的研究第十三页，共三十七页，编辑于2023年，星期二2.5卡箍短期承载性的分析2.膨胀压力与膨胀剂掺量的关系分析

2、膨胀式自应力灌浆卡箍短期承载性能的研究第十四页，共三十七页，编辑于2023年，星期二2.5卡箍短期承载性的分析3.7MPa3.滑动应力与膨胀剂掺量的关系分析2.9MPa

由数据分析可知：膨胀压力和滑动应力均随着掺量的增加而增大，且在掺量相同情况下CSAII产生的膨胀压力较FEA稍大，2种膨胀剂都适合在海洋结构物的修复加固卡箍中应用。2、膨胀式自应力灌浆卡箍短期承载性能的研究第十五页，共三十七页，编辑于2023年，星期二MSL公司提出了适用于传统自应力灌浆卡箍自应力与滑动应力间关系的设计公式Elnashai等人提出了适用于高压灌浆压力与相应的滑动应力间的经验公式2.6实验数据经验公式的建立1.现有公式：2、膨胀式自应力灌浆卡箍短期承载性能的研究第十六页，共三十七页，编辑于2023年，星期二2.6实验数据经验公式的建立MSL公式CSAII经验公式FEA经验公式摩擦系数膨胀压力增强系数膨胀压力径向刚度系数长度/直径的系数表面状况系数水泥的抗压强度fbuc=5.578KClCsfcu0.5+CPP

粘结力摩擦力膨胀压力增强系数

CP=0.645P/P10+0.02

膨胀压力（掺量10%）CSA膨胀剂经验公式2、膨胀式自应力灌浆卡箍短期承载性能的研究第十七页，共三十七页，编辑于2023年，星期二FEA膨胀剂经验公式修正由于在试验测试时存在计量误差，经过反复理论分析与计算，现对已经建立的经验公式进行修正，以更好地与实验数据拟合。FEA膨胀剂的膨胀压力与滑动应力间关系的经验公式：fbuc=5.3KClCsfcu0.5+CPPCP=0.597P/P10+0.57膨胀压力增强系数：2、膨胀式自应力灌浆卡箍短期承载性能的研究第十八页，共三十七页，编辑于2023年，星期二2.7小结1.CSAⅡ膨胀剂与FEA膨胀剂适合在海洋结构物的修复加固卡箍中应用2.建立了适用于CSAⅡ膨胀剂的灌浆膨胀压力与滑动应力间关系的经验公式3.修正了适用于FEA膨胀剂的灌浆膨胀压力与滑动应力间关系的经验公式2、膨胀式自应力灌浆卡箍短期承载性能的研究第十九页，共三十七页，编辑于2023年，星期二膨胀式自应力灌浆卡箍承载性能的试验研究4、膨胀式自应力灌浆卡箍新结构的研究2、膨胀式自应力灌浆卡箍短期承载性能的研究1、研究现状及意义主要内容3、膨胀式自应力灌浆卡箍长期承载性能的研究第二十页，共三十七页，编辑于2023年，星期二膨胀式自应力灌浆卡箍的研究现状由于对这种卡箍长期承载性能存有疑虑，致使这项新技术没有在工程实践中得的应用。Elnashai等对利用高压灌浆方式获得自应力的压力灌浆卡箍进行了试验研究，而且在大比尺模型试验中采用了膨胀水泥灌浆；Grundy等对采用膨胀剂的灌浆连接进行了试验测试，发现这种灌浆连接有很好的连接滑动强度及疲劳强度；3、膨胀式自应力灌浆卡箍长期承载性能的研究研究对象卡箍的灌浆为纯水泥浆，在长期预应力下灌浆环会产生徐变松弛，减弱前期膨胀产生的预应力，从而降低卡箍的长期承载性能第二十一页，共三十七页，编辑于2023年，星期二3.1膨胀剂的性能对长期承载性能的影响FEA100对长期承载性能的影响√在前期，使自应力灌浆卡箍迅速获得大量的膨胀压力并能够长时间维持√在后期，氧化钙水化反应能够提高灌浆环的致密度，提高灌浆环和内管之间的摩擦力和化学粘结力，进而提高长期滑动承载力FEA100膨胀剂的性能利于卡箍的长期承载性能3、膨胀式自应力灌浆卡箍长期承载性能的研究第二十二页，共三十七页，编辑于2023年，星期二卡箍试件结构图卡箍试件结构截面图3.2试件的设计与制作3.长期承载性能的试验研究中间断开第二十三页，共三十七页，编辑于2023年，星期二

3.长期承载性能的试验研究3.3灌浆的成分配比

灌浆膨胀剂水泥粉煤灰√FEA100全补偿型膨胀剂☆产生膨胀压力√山水牌PO42.5☆灌浆的主要成分√二级粉煤灰☆改善灌浆的工作性能各个试件的详细灌浆成分表第二十四页，共三十七页，编辑于2023年，星期二试件养护：水中养护358天，室内养护7天，共计1年卡箍试件的滑动承载力测试3.4试验过程3.长期承载性能的试验研究卡箍的破坏形式受损内管沿灌浆环/受损内管间的界面发生相对滑动卡箍试件的水下养护螺栓长度的定期测量螺栓测量：养护期间，定期测量卡箍的螺栓长度滑动承载力试验：养护完成后，使用万能试验机对试件进行承载力测试第二十五页，共三十七页，编辑于2023年，星期二内管所受膨胀压力的长期测试结果3.5膨胀压力的长期监测

3.长期承载性能的试验研究12%10%15%膨胀压力√前7天迅速获得大部分的膨胀压力√1年时间内膨胀压力整体保持稳定掺加了FEA100的灌浆有着良好的长期膨胀性能第二十六页，共三十七页，编辑于2023年，星期二3.6长期滑动应力和长期膨胀压力的试验测试

3.长期承载性能的试验研究卡箍试件的长期滑动应力和长期膨胀压力最大膨胀压力最大滑动应力15%膨胀剂掺量达到最大长期膨胀压力和滑动应力第二十七页，共三十七页，编辑于2023年，星期二3.7长期膨胀压力分析及与短期膨胀压力对比

3.长期承载性能的试验研究长期膨胀压力均值短期膨胀压力均值卡箍长期试件与短期试件的膨胀压力平均长期膨胀压力与短期膨胀压力对比最高增长率长、短期膨胀压力对比√长期膨胀压力比短期平均增长35.8%√膨胀剂掺量15%的长期膨胀压力增长率最高

长期膨胀压力高于短期膨胀压力第二十八页，共三十七页，编辑于2023年，星期二3.8

长期滑动应力分析及与短期滑动应力对比3.长期承载性能的试验研究最高增长率卡箍长期试件与短期试件的滑动应力长、短期滑动应力对比√长期滑动应力比短期平均增长35.9%√膨胀剂掺量8%的长期滑动应力增长率最高

√滑动应力增长率随膨胀剂掺量增加呈下降趋势长期滑动应力高于短期滑动应力平均长期滑动应力与短期滑动应力对比短期滑动应力均值长期滑动应力均值第二十九页，共三十七页，编辑于2023年，星期二

3.

长期承载性能的试验研究3.9长期滑动承载力高于短期滑动承载力的原因分析滑动承载力由灌浆环内表面与内管外表面之间的化学粘结力和摩擦力两部分构成长期高于短期的原因√FEA膨胀剂中的氧化钙成分能够增加灌浆环的长期密实性，从而增加了界面之间的化学粘结力√卡箍结构（包括密封结构）对灌浆膨胀的良好限制作用有利于长期膨胀压力的形成和积累，进而提高了界面之间的摩擦力第三十页，共三十七页，编辑于2023年，星期二

3.

长期承载性能的试验研究

小结小结试验结果原因分析结论长期承载性能优于短期承载性能√膨胀剂中的氧化钙成分对灌浆环长期密实性的提高√卡箍结构对灌浆膨胀的良好限制作用膨胀式自应力灌浆卡箍的长期承载性能并没有受到灌浆收缩徐变的不利影响，反而具有很好的长期承载能力和耐久性，适合在海洋结构物的修复加固中进行工程应用第三十一页，共三十七页，编辑于2023年，星期二膨胀式自应力灌浆卡箍承载性能的试验研究3、膨胀式自应力灌浆卡箍长期承载性能的研究2、膨胀式自应力灌浆卡箍短期承载性能的研究1、研究现状及意义主要内容4、膨胀式自应力灌浆卡箍新结构的研究第三十二页，共三十七页，编辑于2023年，星期二主要内容4.1新旧型自应力灌浆卡箍的结构对比4.2新型自应力灌浆卡箍的试验数据分析4.3当前试验总结与展望4、膨胀式自应力灌浆卡箍新结构第三十三页，共三十七页，编辑于2023年，星期二4.