真空輔助壓漿技術在某特大橋的應用
1、工程概況
xx高速公路第二合同段三xx特大橋全長1268.2m，上部結構采用8×（5×30m）的八聯先簡支后連續(xù)預制箱梁結構和1×（2×30m）的第九聯兩孔整體現澆箱梁結構。其中預制部分為30米箱梁，共400片。
預制箱梁張拉采用部分預應力后張法施工，預應力鋼筋采用Ф
j15.2鋼絞線，每片梁8束；下部結構采用鉆孔灌注樁基礎，圓柱式橋墩。
為確保三xx特大橋結構的安全和耐久性，根據江蘇省高速公路指揮部和xx高速公路總監(jiān)理工程師辦公室文件精神，橋梁上部構造后張法預應力混凝土梁一律采用真空輔助壓漿工藝進行灌漿。
2、傳統壓漿與真空輔助壓漿對比
在后張有粘接預應力混凝土結構中，預應力筋和混凝土之間的共同工作以及預應力筋的防腐蝕是通過在預埋孔道中灌滿水泥漿來實現的；另外，在預應力狀態(tài)下為防止預應力筋發(fā)生滑絲及長期放置發(fā)生預應力筋腐蝕，在一批預應力筋張拉完畢后，也要求立即對孔道灌漿。
眾所周知，傳統的做法是采用強制壓力壓漿法來灌漿，即在0.5-1.0Mpa的壓力下，將水灰比0.4-0.45的稀水泥漿壓入孔道。國內外就灌漿的工程實踐和經驗教訓，使人們一直憂慮傳統壓力灌漿效果的問題。后張預應力混凝土結構中，預應力筋的腐蝕大部分是由于施
工工藝和漿體混合料配制不好造成的。傳統壓力灌漿中，漿體本身和施工工藝帶有一定的局限性，主要表現為：灌入的漿體中常會含有氣泡，當混合料硬化后，存集氣泡會變?yōu)榭紫?，成為自由水的聚集地。這些水可能含有有害成分，通過發(fā)生化學或電化學反應而造成預應力筋及構件的腐蝕；在北方嚴寒的地區(qū)，由于溫度低，這些水會結成冰，可能會脹裂管道、形成裂縫，造成嚴重的后果。另外水泥漿容易離析，析水、干硬后收縮，析水后會產生孔隙，致使?jié){體強度不夠，粘接不好，為工程留下了隱患。
為此有必要將傳統壓漿工藝進行改進，將真空輔助壓漿工藝等技術應用于預應力孔道施工中，使灌漿工藝更加完善合理。其基本原理為：在壓漿之前，首先采用真空泵抽吸預應力孔道中的空氣，使孔道內的真空度達到80％以上，使之產生-0.06至-0.1Mpa的真空度，然后用灌漿泵將優(yōu)化后的水泥漿從孔道的另一端灌入，并加以0.7Mpa的正壓力。由于孔道內只有極少的空氣，很難形成氣泡。同時，由于孔道與壓漿機之間的正負壓力差，大大提高了
孔道壓漿的飽滿度和密實度。減小了水灰比，添加了專用的添加劑，提高了水泥漿的流動度，減小了水泥漿的的收縮，從而保證了漿體的可施工性、充盈孔道的密實性和提高硬化漿體的強度。因此真空壓漿工藝是提高后張預應力混凝土結構安全度和耐久性的有效措施。且真空壓漿過程是一個連續(xù)且迅速的過程，也縮短了壓漿時間，加快工程施工進度。
真空輔助壓漿的整體過程如圖1所示：
3、真空壓漿技術要求
對后張預應力孔道采用真空壓漿施工工藝，須從孔道成型、水泥漿配制等方面進行施工前期控制，其技術要求有以下幾點：
3.1預應力孔道用的管材必須具有一定的剛度和堅固性并不易被振搗棒鑿破，必須與混凝土可靠粘結，防止在孔道抽真空中，管道癟凹。
3.2在預應力張拉施工完成后，必須保證鋼絞線外露量大于3cm，以便于封錨。封錨時，要將外露鋼絞線、錨墊板、夾片等全部包裹，使覆蓋層厚度>15mm，同時注意清理壓漿孔和排氣孔，壓漿應在封錨后24～48小時內進行。
3.3孔道及兩端必須密封，且孔道內無雜物，孔道暢通。
3.4真空泵的壓力表需預先標定，抽真空時，真空度控制在-0.06～-0.1Mpa之間。
3.5水灰比控制在0.3～0.4之間，本工程取0.35。
3.6漿體凈漿馬氏錐（1.725L）流動度14～18秒。
3.7漿體泌水率宜控制在2%，泌水應在24h內重新全部被漿吸回。
3.8漿體初凝時間為6～8小時。
3.9漿體體積收縮率＜2%。
3.10漿體7天齡期強度≥40Mpa；
3.11漿體對鋼絞線無腐蝕作用。
4、真空輔助壓漿施工的原材料及設備
4.1 原材料
4.1.1水
拌制水泥漿的水應采用自來水或者純凈的河水，本工程采用后者，取水于三xx，其質量指標符合《公路橋涵施工技術規(guī)范》（JTJ041-2000）對混凝土拌和用水的要求；并且每升水中的氯化物離子或其它任何有機物含量不超過500mg。
4.1.2水泥
水泥宜采用42.5級以上的硅酸鹽水泥或硅酸鹽袋裝水泥，本工程采用42.5級的普通硅酸鹽袋裝水泥，其質量指標符合《公路橋涵施工技術規(guī)范》（JTJ041-2000）對混凝土用水泥的要求。并在施工前先做了與專用孔道壓漿劑匹配的適應性試驗。
4.1.3預應力孔道壓漿專用外加劑
應采用后張有粘結預應力混凝土高性能壓漿專用外加劑，其主要性能具有高效減水、增強的功能，基本無泌水，無毒、無輻射、不含引起鋼材銹蝕的物質。摻入后能使灌漿材料在整個水化硬化的不同階段產生適度的微膨脹（＜10%），以補償水泥漿體的塑性收縮、干燥收縮、和自身體積收縮變形，并應具有適度緩凝和保持流動性的能力。摻用專用外加劑后拌制的漿體應達到前文所述主要技術指標。
本工程選用南京凱迪建材公司生產的高效減水專用孔道灌漿劑FDN-8。
4.1.4水泥漿配合比：
本工程采用水泥漿配合比：水泥：水：專用外加劑=1382：484：124.4=1：0.35：0.09
各項指標實測試驗結果匯總如表1：
4.2 預應力混凝土橋梁用波紋管
預應力混凝土橋梁用波紋管可采用塑料或者金屬波紋管，塑料波紋管進場檢測的主要內容為：外觀、環(huán)剛度、局部橫向荷載、柔韌性以及抗沖擊性，試驗方法及具體技術指標要求應符合《預應力混凝土橋梁用塑料波紋管》（JT/T529-2004）規(guī)定。
金屬波紋管應采用鍍鋅雙波紋金屬波紋管，成品的規(guī)格、尺寸、性能、試驗方法應符合建設部行業(yè)標準《預應力混凝土橋梁用金屬螺旋管》（JG/T3013-94）中的規(guī)定。且金屬波紋管必須有質保書，附有鋼帶的生產廠及質量證明書，還有抗均布荷載、抗集中荷載及抗?jié)B透
性能的檢驗報告。金屬波紋管進入現場后應逐根檢查外觀，表面不得有油污附著物、空洞和不規(guī)則的折皺，咬口無開裂和脫扣現象。
鋼帶的厚度應滿足表2要求：
圓形波紋管規(guī)格和技術條件 mm 表2
目前常用的成孔材料為金屬波紋管，而真空壓漿較理想的成孔材料為高密度聚乙烯塑料波紋管（以較小的孔道摩阻力及電絕緣性能取勝），考慮目前的預應力結構設計及施工單位的成本承受力，這里對真空壓漿與金屬波紋管的結合使用做一個討論。
?。?）孔道摩阻方面：塑料波紋管孔道摩阻較小，但金屬波紋管的孔道摩阻依然能滿足現行規(guī)范要求。
?。?）保證預應力筋的耐久性：無疑塑料波紋管有著毋庸置疑的優(yōu)勢，我們知道，預應力筋在張拉后，基本上是緊貼孔道。已壓注水泥漿的預應力筋的腐蝕，主要成因為電化學腐蝕。電化學腐蝕的要素除外電、感應電等存在的電流影響外，還需具備電解液或有害氣體。而真空壓漿技術恰恰在這方面從工藝上最大限量地減小了電解液的存在（密實、氣泡少、填充預應力筋間隙密實、硬化漿液基本無自由水），也就是說基本杜絕了形成電化學腐蝕的條件，從而保證了預應力筋的耐久性。
3）金屬波紋管與混凝土及壓注漿液結合強度較好。
4）金屬波紋管較塑料波紋管成本節(jié)省接近一倍。
綜合考慮以上因素，三xx特大橋預制箱梁場采用的是內徑55mm的圓形雙波紋鍍鋅金屬波紋管。
4.3 真空輔助灌漿設備
4.3.1壓漿設備包括：螺旋強制式壓漿泵、1000轉/min高速循環(huán)水泥漿體攪拌機、計量設備、壓力表、儲漿桶、過濾器、高壓橡膠管、連接頭和控制閥。
4.3.2 真空輔助設備包括：排量為2m
3/min 的SZ-2 型真空泵、壓力表、控制盤、壓力瓶、加筋透明輸漿管、氣密閥和氣密蓋帽。真空泵有空壓機抽真空和水循環(huán)抽真空兩種，均可使用。本預制場采用后者。
5、施工工藝流程及工序操作關鍵點
5.1 工藝流程
壓漿用水泥配合比專項試驗→波紋管留孔→壓漿設備準備→切割錨頭部分鋼絞線→封錨→錨頭安裝控制閥門→連接真空泵對孔道抽真空→制漿并壓漿→做好施工記錄并制作標準養(yǎng)生試塊。
5.2 工序操作關鍵點
5.2.1本預制場箱梁金屬波紋管定位鋼筋的布設間距在曲線部分采用50cm，直線部分采用100cm，并檢查確保波紋管無偏位且線形通暢。
5.2.2金屬波紋管接長時采用大一號金屬波紋管接頭連接，并用密封膠帶纏繞密封。金屬波紋管接長如圖2示意：
5.2.3錨頭封錨
預應力張拉完成后，經檢測符合設計和規(guī)范后，端部鋼絞線用砂輪鋸進行切割，外露3～5cm左右，嚴禁采用電焊切割。
清理錨墊板表面和壓漿孔內的水泥漿和其它雜物，保證表面平整和孔道暢通。
本工程采用混凝土封錨，采用C40以上細石混凝土封堵，封堵時保證混凝土澆搗密實，并保證錨具外側有5～7cm以上的封堵厚度，以防止抽真空時漏氣或壓漿時漏漿。且需在封堵完成48小時后壓漿。壓漿之前進行檢查，對有漏氣的情況，使用玻璃膠處理，以確?？椎烂芊?。
5.2.4灌漿準備
?。?）檢查確認材料數量、種類是否齊全、質量是否保證。
?。?）檢查孔道是否干爽、清潔、密封。必要時應沖洗清除有害材料，對于可能發(fā)生的油污，可采用對預應力筋和管道無腐蝕作用的中性洗滌劑或皂液，用水稀釋后沖洗。沖洗后，應使用不含油的壓縮空氣將孔道內的所有積水吹出。
?。?）檢查機具是否齊全、完好。
?。?）檢查供水、供電是否齊全、方便。
5.2.5試抽真空
將灌漿閥、排氣閥全部關閉，抽真空閥打開，起動真空泵抽真空，觀察真空壓力表讀數，當壓力表讀數固定在-0.06～-0.1Mpa之間某值不再變化時，停泵約1 分鐘，若壓力表讀數保持不變即認為孔道密閉良好，滿足真空灌漿條件。
5.2.6漿體攪拌
初次攪拌水泥漿，應使攪拌機內壁充分濕潤，并不得有積水。攪拌好的灰漿要做到基本卸盡。在全部灰漿卸出之前不得再投入未拌和的材料，更不能采取邊出料邊進料的方法。
裝料順序：先將稱量好的水加入攪拌機、開機再加入稱量好的專用外加劑攪拌約1分鐘;然后加入全部水泥后攪拌3 min 出料。首次攪拌的水泥漿出料后先做泌水、稠度試驗，合格后應盡量馬上進行泵送，否則要不停的攪拌。
5.2.7制作試塊
每次壓漿時，每一工作班應留取不少于三組的70.7mm×70.7mm×70.7mm立方體試件，標準養(yǎng)護7天、28天，測定其抗壓強度。試塊7天和28天的強度應分別不小于30Mpa和50Mpa。
5.2.8真空灌漿
?。?）將水泥漿加到灌漿泵中，在灌漿泵的高壓橡膠管出口打出漿體，待這些漿體濃度與灌漿泵中的濃度一樣時，關掉灌漿泵，將高壓橡膠管此端接到孔道的灌漿管上，扎牢。
?。?）關掉灌漿閥，起動真空泵，當真空度達到并維持在-0.06～-0.09MPa中一值時，啟動灌漿泵，打開灌漿閥，開始灌漿，當漿體經過空氣濾清器時，關掉真空泵及抽氣閥，打開排氣閥。觀察排氣管的出漿情況，當漿體稠度和灌入之前稠度一樣時，關掉排氣閥，使管內保持0.7MPa 的壓力，持壓2分鐘，最后關掉灌漿閥。
?。?）預應力孔道灌漿順序為：從下至上，兩側對稱進行，即N4→N3→N2→N1。如圖3所示：
5.2.9清洗
拆下抽真空管的兩個活結，卸下真空泵；拆下空氣濾清器和灌漿膠管，清洗灌漿泵、攪拌機、閥門、空氣濾清器以及粘有灰漿的工具。
5.2.10養(yǎng)護
壓漿過程及壓漿后48h 內，結構混凝土的溫度不得低于5℃，否則應采取保溫措施，當氣溫高于35 ℃ 時，壓漿應在夜間進行。
6、注意事項
6.1錨頭一定要密封好，最好在密封后24h 開始灌漿。
6.2灌漿管應選用牢固結實的高強橡膠管，抗壓能力大于等于1MPa，帶壓灌漿時不能破裂，連接要牢固，不得脫管。
6.3嚴格掌握材料配合比，對未及時使用而降低了流動性的水泥漿，嚴禁采用加水的辦法來增加其流動性。
6.4水泥漿攪拌好合格后應盡量馬上進行灌漿，否則要不停攪拌，以免漿體沉淀發(fā)生堵管。灌漿應在水泥漿流動性沒有下降的30～45 min 時間內進行，孔道灌注要連續(xù)。
6.5灰漿進入灌漿泵之前應通過1.2mm的篩網。
6.6儲漿罐的體積應大于一條孔道的漿體的體積。
6.7中途換管道時間內，繼續(xù)啟動灌漿泵，讓漿體循環(huán)流動。
6.8注意波紋管的連接、管道端部與閥門的鏈接及排氣孔與排氣閥的連接，連接部位結合要緊密，閥門氣密性要好，這樣才能達到預定的真空效果。
6.9抽真空用的真空泵為水循環(huán)式SZ-2型真空泵，啟動真空泵前，檢查進水管是否連接好，應注意進水閥門是否打開（否則容易把泵燒壞），真空泵啟動時應注意泵是否正轉。
6.10同一孔道壓漿應一次完成，不得中途停壓，因故中途停壓不能連續(xù)一次壓滿時，應立即用壓力水沖干凈，研究處理后再完成持續(xù)壓漿。
7、結束語
作為后張預應力混凝土結構施工中的一項新技術，真空壓漿也存在其不足之處：真空壓漿的施工設備須增加一臺真空泵及其附屬配件，在技術上要求孔道密封而要求孔道成型盡量采用塑料波紋管（塑料波紋管每延米采購價約為鐵皮波紋管的3倍），增加了資金投入，真空壓漿工藝在施工操作程序上略顯繁瑣。此外，真空壓漿施工在對長度短、孔道直徑?。ㄈ?
箱梁橫向、豎向孔道）的預應力孔道漿時反而比普通壓力壓漿耗時。同時真空輔助壓漿的高質量控制也要求施工現場具有高水平的管理和操作隊伍。/L
但我們施工追求的核心是高質量和高耐久性能，真空壓漿工藝在孔道壓漿的施工質量控制上令人滿意，三xx特大橋采用真空壓漿工藝施工后，預應力孔道中沒有出現過管道堵塞、壓漿不飽滿的情況，從長遠角度看，該工藝給本工程和xx高速公路帶來宏觀效益遠遠大于其增加的費用，真空壓漿工藝是目前提高后張預應力混凝土結構安全度和耐久性的最有效措施，具有極大的發(fā)展前景和應用空間。
建筑資質代辦咨詢熱線：13198516101
咨詢熱線：13198516101 
