真空輔助壓漿技術(shù)在某特大橋的應(yīng)用

真空輔助壓漿技術(shù)在三xx特大橋的應(yīng)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(jié)構(gòu)采用8×（5×30m）的八聯(lián)先簡支后連續(xù)預(yù)制箱梁結(jié)構(gòu)和1×（2×30m）的第九聯(lián)兩孔整體現(xiàn)澆箱梁結(jié)構(gòu)。其中預(yù)制部分為30米箱梁，共400片。預(yù)制箱梁張拉采用部分預(yù)應(yīng)力后張法施工，預(yù)應(yīng)力鋼筋采用Фj15.2鋼絞線，每片梁8束；下部結(jié)構(gòu)采用鉆孔灌注樁基礎(chǔ)，圓柱式橋墩。為確保三xx特大橋結(jié)構(gòu)的安全和耐久性，根據(jù)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(gòu)造后張法預(yù)應(yīng)力混凝土梁一律采用真空輔助壓漿工藝進行灌漿。2傳統(tǒng)壓漿與真空輔助壓漿對比在后張有粘接預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，預(yù)應(yīng)力筋和混凝土之間的共同工作以及預(yù)應(yīng)力筋的防腐蝕是通過在預(yù)埋孔道中灌滿水泥漿來實現(xiàn)的；另外，在預(yù)應(yīng)力狀態(tài)下為防止預(yù)應(yīng)力筋發(fā)生滑絲及長期放置發(fā)生預(yù)應(yīng)力筋腐蝕，在一批預(yù)應(yīng)力筋張拉完畢后，也要求立即對孔道灌漿。眾所周知，傳統(tǒng)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(nèi)外就灌漿的工程實踐和經(jīng)驗教訓(xùn)，使人們一直憂慮傳統(tǒng)壓力灌漿效果的問題。后張預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，預(yù)應(yīng)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(tǒng)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(xiàn)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)榭紫叮蔀樽杂伤木奂?。這些水可能含有有害成分，通過發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)而造成預(yù)應(yīng)力筋及構(gòu)件的腐蝕；在北方嚴寒的地區(qū)，由于溫度低，這些水會結(jié)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(chǎn)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(tǒng)壓漿工藝進行改進，將真空輔助壓漿工藝等技術(shù)應(yīng)用于預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力孔道中的空氣，使孔道內(nèi)的真空度達到80％以上，使之產(chǎn)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(nèi)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(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)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：圖13真空壓漿技術(shù)要求對后張預(yù)應(yīng)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(shù)要求有以下幾點：3.1預(yù)應(yīng)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(jié)，防止在孔道抽真空中，管道癟凹。3.2在預(yù)應(yīng)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(yīng)在封錨后24～48小時內(nèi)進行。3.3孔道及兩端必須密封，且孔道內(nèi)無雜物，孔道暢通。3.4真空泵的壓力表需預(yù)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(yīng)在24h內(nèi)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(shè)備4.1原材料4.1.1水拌制水泥漿的水應(yīng)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(zhì)量指標符合《公路橋涵施工技術(shù)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(zhì)量指標符合《公路橋涵施工技術(shù)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(yīng)性試驗。4.1.3預(yù)應(yīng)力孔道壓漿專用外加劑應(yīng)采用后張有粘結(jié)預(yù)應(yīng)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(zhì)。摻入后能使灌漿材料在整個水化硬化的不同階段產(chǎn)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(yīng)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(yīng)達到前文所述主要技術(shù)指標。本工程選用南京凱迪建材公司生產(chǎn)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(jié)果匯總?cè)绫?：表1水灰比水泥（kg）水（kg）FDN-8（kg）實測稠度（s）實測容重（kgg/m3）泌水率（%）膨脹率（%）7天抗壓強度Mppa28天抗壓強度Mppa0.35=1382\*AArabii41719902156.070.34.2預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁用波紋管預(yù)應(yīng)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(nèi)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(shù)指標要求應(yīng)符合《預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁用塑料波紋管》（JT/T529-2004）規(guī)定。金屬波紋管應(yīng)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(yīng)符合建設(shè)部行業(yè)標準《預(yù)應(yīng)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(zhì)保書，附有鋼帶的生產(chǎn)廠及質(zhì)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(xiàn)場后應(yīng)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(xiàn)象。鋼帶的厚度應(yīng)滿足表2要求：圓形波紋管規(guī)格和技術(shù)條件mm表2內(nèi)徑556065707580859095100～1255鋼帶厚度標準型0.30.30.30.30.3增強型0.350.350.350.360.4～0.55波紋高度雙波2.5雙波3.0雙波3.5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(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)設(shè)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(jié)合使用做一個討論。（1）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(xiàn)行規(guī)范要求。（2）保證預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力筋在張拉后，基本上是緊貼孔道。已壓注水泥漿的預(yù)應(yīng)力筋的腐蝕，主要成因為電化學(xué)腐蝕。電化學(xué)腐蝕的要素除外電、感應(yīng)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(shù)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(yù)應(yīng)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(xué)腐蝕的條件，從而保證了預(yù)應(yīng)力筋的耐久性。3）金屬波紋管與混凝土及壓注漿液結(jié)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(yù)制箱梁場采用的是內(nèi)徑55mm的圓形雙波紋鍍鋅金屬波紋管。4.3真空輔助灌漿設(shè)備4.3.1壓漿設(shè)備包括：螺旋強制式壓漿泵、1000轉(zhuǎn)/min高速循環(huán)水泥漿體攪拌機、計量設(shè)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(shè)備包括：排量為2m3/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(yù)制場采用后者。5施工工藝流程及工序操作關(guān)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(shè)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(guān)鍵點5.2.1本預(yù)制場箱梁金屬波紋管定位鋼筋的布設(shè)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：圖25.2.3錨頭封錨預(yù)應(yīng)力張拉完成后，經(jīng)檢測符合設(shè)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(nèi)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(cè)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?？椎烂芊狻?.2.4灌漿準備（1）檢查確認材料數(shù)量、種類是否齊全、質(zhì)量是否保證。（2）檢查孔道是否干爽、清潔、密封。必要時應(yīng)沖洗清除有害材料，對于可能發(fā)生的油污，可采用對預(yù)應(yīng)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(yīng)使用不含油的壓縮空氣將孔道內(nèi)的所有積水吹出。（3）檢查機具是否齊全、完好。（4）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(guān)閉，抽真空閥打開，起動真空泵抽真空，觀察真空壓力表讀數(shù)，當壓力表讀數(shù)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(shù)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(yīng)使攪拌機內(nèi)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3min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(yīng)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(yīng)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(yīng)分別不小于30Mpa和50Mpa。5.2.8真空灌漿（1）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(guān)掉灌漿泵，將高壓橡膠管此端接到孔道的灌漿管上，扎牢。（2）關(guān)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(jīng)過空氣濾清器時，關(guān)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(guān)掉排氣閥，使管內(nèi)保持0.7MPa的壓力，持壓2分鐘，最后關(guān)掉灌漿閥。（3）預(yù)應(yīng)力孔道灌漿順序為：從下至上，兩側(cè)對稱進行，即N4→N3→N2→N1。如圖3所示：圖35.2.9清洗拆下抽真空管的兩個活結(jié)，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(nèi)，結(jié)構(gòu)混凝土的溫度不得低于5℃，否則應(yīng)采取保溫措施，當氣溫高于35℃時，壓漿應(yīng)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(yīng)選用牢固結(jié)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(yīng)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(yīng)在水泥漿流動性沒有下降的30～45min時間內(nèi)進行，孔道灌注要連續(xù)。6.5灰漿進入灌漿泵之前應(yīng)通過1.2mm的篩網(wǎng)。6.6儲漿罐的體積應(yīng)大于一條孔道的漿體的體積。6.7中途換管道時間內(nèi)，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(jié)合要緊密，閥門氣密性要好，這樣才能達到預(yù)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(yīng)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(yīng)注意泵是否正轉(zhuǎn)。6.10同一孔道壓漿應(yīng)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(yīng)立即用壓力水沖干凈，研究處理后再完成持續(xù)壓漿。7結(jié)束語作為后張預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)施工中的一項新技術(shù)，真空壓漿也存在其不足之處：真空壓漿的施工設(shè)備須增加一臺真空泵及其附屬配件，在技術(shù)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