摘 要:为了提高后张预应力结构耐久性，降低全寿命周期成本,通过对传统压力灌浆缺陷的分析，论述了真空压浆的必要性,给出了真空压浆施工工艺，浆体一般配比及工程应用实例与施工注意事项。该技术的应用保证了预应力混凝土结构施工的质量，可有效预防预应力筋锈蚀,能提高板梁使用寿命。
关键词: 预应力 板梁 真空压浆 施工技术
Abstract: In order to enhance the pre-stressed structure durability, reduces the total life cost. Through the defect analysis on the traditional pressure grouting method, the necessity of vacuum grouting was introduced as well as its construction technology, mixing proportion, application example, and construction precautions. The present technique provided the pre-stressed concrete structure construction quality and effectively prevented the pre-stress bar from corrosion. It could hereby enhance the service life.
Key words: pre-stress force; plate beam; the vacuum presses grouting; construction technique
随着我国预应力板梁的大量使用,对后张预应力孔道灌浆的常规方法已不能满足质量或大跨度要求.按新规范对结构设计要安全可靠、耐久适用的要求[1],采用真空辅助灌浆施工的工艺显得越来越重要,这就要求我们更加重视和掌握这项先进技术.
1 真空辅助灌浆的必要性
在后张有粘结预应力混凝土结构中，预应力和混凝土之间的共同工作以及预应力筋防腐蚀是通过在预埋孔道中灌满水泥浆来实现的，另外，在预应力状态下为防止预应力筋发生滑丝及长期放置发生腐蚀，在一批预应力筋张拉完毕后，也要求立即对孔道灌浆。众所周知,传统的做法是采用压浆法来灌浆,即在0.5~1.0 MPa的压力下,将水灰比0.4~0.45的稀水泥浆压入孔道[2]。这种做法容易发生泥浆离析、析水、干硬后收缩，产生空隙，留下隐患。国内外灌浆的工程实践和经验教训，使人们一直忧虑传统压力灌浆的效果问题。
后张预应力混凝土结构中，预应力筋的腐蚀大部分是由于施工工艺和浆体混合料配制不好造成的。传统压力灌浆中，浆体本身和施工工艺带有一定的局限性，主要表现为：灌入的浆体中常会含有气泡，当混合料硬化后，存集气泡会变为孔隙，成为自由水的聚集地。这些水可能含有有害成分，易造成预应力筋及构件的腐蚀;在北方严寒地区，由于温度低,这些水会结成冰，可能胀裂管道，形成裂缝，造成严重的后果;另外水泥浆容易离析、析水、干硬后收缩，析水后会产生空隙，致使浆体强度不够，粘结不好，给工程留下了隐患。为此有必要将传统压浆工艺进行改进，将真空辅助压浆工艺等技术应用于预应力孔道中，使灌浆工艺更加完善合理。其基本原理为：在压浆之前，首先采用真空泵吸预应力孔道中的空气，使孔道内的真空度达到80%以上，使之产生-0.06~0.1 MPa的真空度，然后用灌浆泵将优化后的水泥浆从孔道的另一端灌入，并加以≥0.7 MPa的正压力。由于孔道内只有极少的空气，很难形成气泡;同时，由于孔道与压浆机之间的正负压力差，大大提高了孔道压浆的饱满度和密实度，减小了水灰比，添加了专用的添加剂，提高了水泥浆的流动度，减小了水泥浆的收缩，从而保证了浆体的可施工性、充盈孔道的密实性和提高硬化浆体的强度。因此真空压浆工艺是提高后张预应力混凝土结构安全度和耐久性的有效措施.。
2 真空压浆工艺特性及要求
2.1 工艺特性
(1)减少孔道中的阻力,加速了浆液的流动,形成一个连续且迅速的过程,缩短了灌浆时间,提高了生产工效。
(2)强化了浆液的惯性流动与冲击及对孔道的充盈.在真空状态下,孔道内的空气、水分以及混在水泥浆中的气泡被消除,减少孔隙、泌水现象,确保了孔道灌注的密实性和浆体的强度,以及预防和克服对预应力筋的腐蚀,从而最大限度地提高了结构的耐久性和安全性。
(3)封锚与压浆可分开进行,也可一次完成,保证了结构的整体性和美观。
(4)对孔道密封及预应力体系的锚固效率及安全性能提出了更高的要求.灌浆过程中因孔道具有良好的密封性,使浆液充满整个孔道的要求得到保证。
2.2 工艺要求
(1)对水泥浆液的配合比提出更高要求。
(2)作为一个单项系统工程,在工序安排上,要从预应力布置开始实施配套;作为一项操作性很强的项目,又要求操作人员工作流程清晰,技术全面,配合协调好。
(3)对工艺及设备要求高.水泥浆的配比、外加剂型号及用量、水泥浆的温度、孔道密封度等都将影响灌浆质量。
(4)使用压力水冲洗过管道后,应及时使用高压风将孔道内的水分吹干净。
(5)真空压浆的工艺流程:开动真空泵抽真空→混合料搅拌成浆→压浆→清洗配件。
3 真空压浆的形成与效果
3.1 真空压浆的浆体在管道内靠推拉充盈形成，在封闭的孔道中，把浆液视为一流动的液体，进浆端的正压力将液体源源不断地压注入管道，一方面给液柱施加强大的推力，另一方面，出浆口端的真空泵给液柱施加拉力，这一真空形成的拉力给传统的压浆赋予神奇的变化：(1)真空泵使孔道内空气稀薄，液体在相对于空气中的表面张力及表面能减小，真空作用使浆液更容易填充预应力筋的空隙并带走残存在预应力筋间隙的水分，浆体流动时不易形成气泡(气泡较多也可影响过浆面积)，从而密实填充成孔空间。(2)真空拉力形成液柱的导向作用，减少了液柱在孔道内的紊流情况，相应减少了孔道的阻力。(3)在真空作用下，液体内的气泡和富余的水分向液柱端部移动，并在后期的传统补压稳压过程中排除.这种效应对于长孔道更明显.但需要说明的是，对于孔道中的较多留存水分，单靠真空泵的作用，处理效果不明显,必须靠高压风吹干净。
3.2 真空压浆的浆体与波纹管、预应力筋的结合情况
目前常用的成孔材料为金属波纹管和PT—PLUS2R塑料波纹管，而真空压浆较理想的成孔材料为PT—PLUS2R塑料波纹管(以较小的孔道摩阻力及电绝缘性能取胜)，但金属波纹管造价较塑料波纹管低。(1)浆体与波纹管的结合：塑料波纹管在压浆时的孔道摩阻力较小,金属波纹管的孔道摩阻力虽然满足现行规范要求,但相对前者要大.摩阻力反映了波纹管表面粗糙度,说明金属波纹管更粗糙,因而浆体与金属波纹管的结合更牢固.(2)浆体与预应力筋的结合：预应力筋在张拉后,基本上是紧贴孔道.已压注水泥浆的预应力筋的腐蚀,主要成因为电化学腐蚀.电化学腐蚀的要素除外电、感应电等存在的电流影响外，还需具备电解液(或有害气体)。而真空压浆技术恰恰在这方面从工艺上最大限度地减少了电解液的存在(孔道密实、气泡少、填充预应力筋间隙密实、硬化浆液基本无自由水),也就基本杜绝了形成电化学腐蚀的条件,从而保证了浆体与预应力筋的牢固结合和预应力筋的耐久性。
4 浆体的配合比设计
4.1 浆体配合比确定
浆体设计是压浆工艺的关键之处，要灵活运用《公路桥涵施工技术规范》[3]，合适的水泥浆应是：①和易性好(泌水性小、流动性好);②硬化后孔隙率低,渗透性小;③具有一定的膨胀性,确保孔道填充密实;④高的抗压强度;⑤有效的粘接强度;⑥耐久性。为了防止水泥浆在灌注过程中产生析水以及硬化后开裂，并保证水泥浆在管道中的流动性，掺加少量的添加剂。为使水泥浆在凝固后密实,则掺入添加剂如超塑剂[3].改善水泥浆的性质，降低水灰比,减少孔隙、泌水,消除离析现象;降低硬化水泥浆的孔隙率，堵塞渗水通道;减少和补偿水泥浆在凝结硬化过程的收缩和变形，防止裂缝的产生。
4.2 配合比的试拌及各项指标
(1)流动度要求：搅拌后的流动度为小于60 s。
(2)水灰比：0.3~0.4，为满足可灌性要求，水泥浆的水灰比最好在0.3~0.38之间。
(3)泌水性：小于水泥浆初始体积的2%; 4次连续测试结果的平均值小于1%;拌和后24 h水泥浆的泌水应能被吸收。
(4)初凝时间：6 h
(5)体积变化率：0~2%
(6)强度：7 d龄期强度大于40 MPa
(7)浆液温度:5℃≤T(浆液)≤25℃,否则浆体容易发生离析
5 应用实例
5.1 工程简介
某立交桥,其上部结构为17 m + 27 m + 27 m + 17 m预应力混凝土连续结构箱梁,底板宽8 m，顶板宽12 m，有3道纵梁,每道纵梁分布6孔OVM15—17钢绞线束(管道孔径Φ内80 mm)，底板分布8孔BM15-4钢绞线束(管道孔径:22 mm×70 mm)。预应力孔道最长为89.3 m，两张拉端曲线孔道部分切线的夹角之和为0.6845rad,两张拉端高差3m.长达89余米的管道上，没有预留任何排气管或排浆管。
5.2 工艺及施工的确定
为确保压浆的安全及质量,采取了以下措施：
5.2.1 空泵端设在高端压浆端设在低端，因高差3 m引起的浆液静力压强为0.06~0.07 MPa，而柱塞式灌浆机的设备能力为0.8~1.0 MPa，那么对因高差造成的影响基本可忽略,却有利于保证压浆的质量。
5.2.2 管道密封及封锚封锚做法：张拉完毕,将多余钢绞线切割,锚具端部留有3 cm左右,用湿润水泥团封堵,为确保水泥团不掉落及养护期间不开裂[4]，在水泥封锚做出后，又用双层塑料薄膜密封并绑扎固定在锚具上.对于其他可能漏气的连接点，采用玻璃胶及密封生料进行密封，从而保证管道的密封。封锚提前2 d进行，在压浆之前进行检查，对有漏气的情况，再进行玻璃胶处理，以确保孔道密封。为进一步验证孔道的密封和通畅情况，在抽取真空达到要求后，将进浆端球阀开启少许，则可听到气流的尖锐啸声，同时真空表数下降。
5.2.3 工作水的循环因真空泵工作用水不方便,准备了一个2m3的水箱，与真空泵形成循环，从而节约了用水。
5.2.4 施工时间考虑浆体的稳定及对压浆的影响，将压浆时间安排在夜间进行。
5.2.5 浆体配比及指标，拌浆的连贯性在管道较长，且不能实现灌浆接力的情况下，为减小孔道对浆体的阻力，修正后配比为水泥∶水∶高效减水剂=1∶0.38∶0.4，浆体流动度控制在(22±2)s，其他指标满足规范要求。为保证灌浆的连续性和考虑储备,每拌和0.5 m3后,才予以连续灌浆。
5.2.6 工艺
(1)检查设备连接及水源、水管路、材料到位情况,施工平台.检查封锚及孔道密封工作,用高压水洗孔并用高压风将孔内积水吹干。
(2)每压浆2~3孔为一组，每一组在灌浆之前先用水灰比0.45的稀浆压入孔道少许润滑孔道,以减小孔道对浆液的阻力。
(3)两端抽真空管及灌浆管安装完毕后，关闭进浆管球阀，开启真空泵。真空泵工作1 min后压力稳定在-0.075 ~ -0.08 MPa，继续稳压1min后,开启进浆管球阀并同时压浆。
(4)压浆：对于圆管，从开始灌浆至出浆口真空泵透明喉管冒浆历时310 s左右，各管道比较一致;对于扁管,灌浆历时150 s左右,各管道也比较一致。
(5)补压及稳压:真空泵、灌浆机停机,将抽真空连接管卸下，将出浆端球阀关闭，用预先准备的4磅铁锤将出浆端封锚水泥敲散，露出钢绞线间隙，再用灌浆机正常补压稳压，此时，从钢绞线缝隙中会逼出水泥浆，在持续补压稳压过程中，水泥浆由浓变稀，由稀变清，由流量大至滴出清水，此时灌浆及压力表稳定在0.8~1.0 MPa。补压稳压结束，关闭球阀(这里需要说明的是,利用水泥浆在高压下易泌水的特点，通过排除多余的水分，降低孔道内浆液的实际水灰比，从而进一步提高孔道内浆液的物理化学性质)。补压稳压历时3 min。球阀拆除清洗在0.5~1 h之间进行。
(6)转入下一个孔道压浆。
5.3 效果
(1)通过现场试验水泥浆净浆各项指标及送检水泥净浆试块,3 d强度超过30 MPa,认为水泥浆合格。(2)补压时，出浆端压力较大，通过钢绞线间隙泌出水分及稀浆，可喷出4 m远。补压结束以泌水基本跑空为度,稳压时间达到规范要求。(3)孔道清洗吹干较仔细，灌浆净液较均匀一致。(4)拆除两端球阀观察，锚垫板上进、排浆孔水泥浆较为硬实，不流淌，用手指按压，能够留下模糊指印。(5)压浆2 d后观察，压浆孔硬化水泥浆有轻微外凸。
6 结束语
后张预应力孔道灌浆中采用真空辅助灌浆法施工，能保证孔道灌浆的均匀性，消除孔道内的孔隙，更加保证了预应力混凝土结构施工的质量，有效预防预应力筋锈蚀，提高板梁使用寿命。随着真空技术的发展,真空辅助压浆法将有更广阔的应用空间。
参考文献
[1] JTGD 62—2004,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].
[2] 曲磊.真空灌浆工艺在后张预应力施工中的应用[C].济南:济南出版社,2006.
[3] JTG/T F50-2011, 公路桥涵施工技术规范[S].
[4] 姜渊.浅谈混凝土裂缝产生的原因与防治[J].青岛理工大学学报,2007,28:34.
