真空灌浆技术在预应力砼中的运用

　　摘要：在后张预应力混凝土结构中，孔道中的灌浆是防止预应力筋锈蚀的重要防线。目前国内基本都采取压浆法进行孔道灌浆，该法容易造成灌浆不密实，从而导致预应力筋腐蚀，极易造成严重后果。本文介绍了真空灌浆技术的原理和主要技术特点，包括工艺流程及水泥浆设计等。
　　关键词：预应力结构，孔道，真空灌浆，施工工艺，水泥浆配比
　　在后张有粘结预应力混凝土结构中,预应力筋和混凝土之间的共同工作以及预应力筋的防腐蚀是通过在预埋孔道中灌满水泥浆来实现的。传统的做法是采用压浆法来灌浆，即在0.5～1.0MPa的压力下，将水灰比0.4～0.45的稀水泥浆体压入孔道。这种做法带有一定的局限性，主要表现为：水泥浆容易发生离析、析水、干硬后收缩，产生孔隙，致使强度不够、粘结不好；另外这些孔隙会成为渗透雨水的聚积地，这些水分可能含有有害成份而腐蚀构件；尤其是在北方严寒地区，这些水分会由于严寒而结冰膨胀损坏构件，造成严重后果。采用压浆法施工的英国Ynys-Gwas桥梁就是因为预应力筋的锈蚀而倒塌。事后调查表明，该桥的预应力筋锈蚀与浆体材料、施工方法有较大的关系。作为新型施工工艺的真空灌浆法，能够增加灌浆的饱满度与密实性，大大提高了结构的耐久性。
　　1真空灌浆施工工艺
　　1.1原理
　　真空灌浆是后张预应力砼结构中的一项新技术，其基本原理是：在孔道的一端采用真空泵对孔道进行抽真空，使之产生－0.08～－0.1MPa的真空度，然后用灌浆泵将水泥浆从孔道的另一端灌入，并加以≤0.7MPa的正压力，直至充满整条孔道。由于管道中只有极少的空气，很难形成气泡；另外，由于孔道与压浆机之间的正负压力差，大大提高了预应力孔道灌浆的饱满度和密实度；同时在水泥浆中减小了水灰比，添加了专用添加剂，提高了水泥浆的流动度，减小了水泥浆的收缩。图1为真空灌浆装置示意图。
　　1．2预应力筋管道预埋
　　采用真空灌浆技术施工的预应力管道预留应采用新型成孔材料——塑料波纹管，它比金属波纹管在成孔方面更能满足小半径的弯曲及U型束的布筋要求，同时具有高强度、高耐腐蚀性、高密封性、具有更好的绝缘和保护作用。
　　塑料波纹管的技术要求见表1。
　　
　　
　　塑料波纹管技术要求表1
　
　　
　　在浇筑砼构件以前，将该塑料波纹管固定于构件模板中用于成孔，并保证管道畅通。灌浆孔、排气孔（抽真空管）由水管引出，接头可靠，配置相应的螺纹。灌浆管设在预留管道下部，排气管设置在预留孔道的上部。
　　1.3真空灌浆施工设备
　　除了传统的压浆设备之外，真空灌浆还需要以下设备：
　　1）排量为2m³/min的SZ-2水环式真空泵1台、真空压力表1个、控制阀；
　　2）QSL-20型真空过滤器1个；
　　3）加筋泌水管或镀锌水管（要能够承受较大的负压）、气密阀门及气密锚帽、三通等若干。
　　1.4工艺流程
　　1.4.1准备工作
　　1）检查确认材料数量、种类是否齐全，规格品质是否有保证；
　　2）检查机械机具是否齐全、完好；
　　3）检查水电是否齐全、便用；
　　4）按配比称量浆体材料；
　　5）按图1所示连接好装置。在水泥浆出口及入口处接上密封阀门。将真空泵接在非压浆端上，压浆泵连接在压浆端上。以串联的方式将负压容器、三向阀门和锚具盖帽连接起来，其中锚具盖帽和阀门之间用一段透明的喉管连接。
　　1.4.2试抽真空
　　关闭所有排气阀门（连接至真空泵的除外）并启动真空泵，观察真空压力表读数,即管内的真空度,显示出真空负压力的产生，当管内的真空度保持稳定时，停泵1min，若压力能保持稳定不变即可认为孔道能达到并维持真空，否则则表示波纹管未能完全密封，需在压浆前进行检查及更正工作。
　　1.4.3搅拌水泥浆
　　1）搅拌前加水空转数分钟，将积水倒净，使搅拌机内壁充分湿润；
　　2）称量好水、水泥等拌合料倒入搅拌机搅拌2min；
　　3）倒入减水剂搅拌3min出料，要做到基本卸尽，在全部灰浆卸出之前不得再投入拌和的材料，更不能采取边出料边进料的方法，出料后应尽量马上进行泵送，否则要不停的搅拌；
　　4）必须严格控制用水量，否则水泌出后易造成管道顶部有空隙；
　　5）对未及时使用而降低了流动性的水泥浆，严禁采用增加水的办法来增加灰浆的流动性。
　　1.4.4灌浆
　　1）启动真空泵抽真空，当真空度达到并维持负压力0.08～0.1MPa后，在保持真空泵运作的同时，启动灌浆泵，打开灌浆阀开始往压浆端的水泥浆入口压浆。注意，在压浆过程中真空压力将会下降（约0.03MPa）。从透明的喉管中观察水泥浆是否已添满波纹管。继续压浆直至水泥浆到达安装在负压容器上方的三相阀门。
　　2）操作阀门以隔离真空泵及水泥浆，将水泥浆导向废浆桶的方向。继续压浆直至所溢出侧水泥浆形成流畅及一致性，没有不规则的摆动。
　　3）关闭真空泵，关闭设在压浆泵出浆处的阀门。
　　4）将设在压浆盖帽排气孔上的小盖打开。打开压浆泵出浆处的阀门直至所溢出的水泥浆形状均匀。在压浆盖帽的排气管上安装小盖，并保持压力在0.4MPa下继续压浆2～3分钟，使管道内有一定的压力。
　　5）关闭设在压浆泵出浆处的阀门，关闭压浆泵。
　　1.4.5清洗
　　拆下真空管的两个活接，卸下真空泵；拆下空气过滤器和灌浆胶管，清洗灌浆泵、搅拌机、阀门、空气滤清器以及粘有灰浆的工具、设备。
　　1.4.6灌浆操作注意事项
　　1）拌料时严格按配比设计控制各种配料用量，灌浆工作宜在灰浆流动性没有下降的时间内连续进行；
　　2）在灰浆进入灌浆泵之前必须经过1.2mm的筛子，以免有杂物进入损坏设备、堵塞管道，灌浆管要有足够的强度，满足压力要求而不致破裂；
　　3）真空泵启动与关闭要遵循先开水阀后开泵和先关水阀后关泵的原则，在使用时放置要低于整条管道；
　　1.5水泥灰浆配置
　　1.5.1配置原则
　　水泥浆设计是灌浆工艺的关键之处，配置合适的水泥浆的基本原则是：
　　1）改善灰浆的性质，降低水灰比，以减少孔隙、泌水，消除离析现象并具有良好的和易性；
　　2）降低硬化后灰浆的孔隙率，使之渗透性小以利堵塞渗水通道；
　　3）具有一定的膨胀性，以减少和补偿灰浆在凝结硬化过程中的收缩变形，确保孔道填充密实，防止裂缝的产生；
　　4）具有高的抗压强度；
　　5）具有有效的粘结强度；
　　6）具有良好的耐久性。
　　1.5.2灰浆的配置
　　大量的实践证明，真空灌浆法采用的水泥浆要符合以下要求：
　　1）水泥应采用普通硅酸盐水泥，标号不低于425号；
　　2）掺加适量的外加剂如超塑剂、缓凝剂；
　　3）水灰比采用0.30～0.35；
　　4）水泥浆拌合后3h内泌水率控制在2%；
　　5）在1.725L漏斗中，水泥浆的稠度应为10～15s，最多不得大于18s。
　　与普通灰浆相比，这种高性能灰浆具有低水灰比和多成分的性质，主要目的是增加灰浆的密实度，改善灰浆性能，防止水泥浆灌注过程中产生析水以及硬化后干裂，并保证水泥浆在管道中的流动性，从而达到高强和耐久的目的。
　　表2为广州某立交工程F匝道桥水泥灰浆配合比。
　　
　　
　　1.6密封孔道
　　采用真空灌浆施工工艺的孔道成型采用预埋高密度聚乙烯塑料波纹管，具有更好的密封性和防腐性，为预应力筋防腐又增加了一道坚实的屏障。灌浆完毕后，用无收缩水泥砂浆将锚板及夹片、外露钢绞线全部包裹，覆盖层厚度大于15mm。
　　1.7温度控制
　　灌浆液的温度要控制在25℃以下，否则浆体容易发生离析。夏季高温季节施工，为避免浆液的温度过高，可采用不超过7℃的水拌制水泥浆，必要时加入冰块。
　　2真空灌浆的技术优点
　　1）在真空辅助下，可消除气泡的产生，增加了浆体的密实度，减少了工程隐患；
　　2）因为在灌浆前要进行孔道压力测试（真空或正压力），这为孔道密封提供了保证，而且灌浆的过程是一个连续且迅速的过程，缩短了灌浆时间；
　　3）浆体中的微沫浆及稀浆在真空负压下率先流入负压容器，待稠浆流出后，孔道中浆体的稠度即能保持一致，使浆体密实度和强度得到保证；
　　4）在真空状态下，减小了由于孔道高低弯曲而使浆体自身形成的压头差，便于浆体充实整个孔道，尤其是一些关键部位。对于弯型、U型、竖向预应力筋更能体现真空灌浆的优越性；
　　5）采用正确的混合料设计和合适的灌浆程序后，真空灌浆能提供一个均匀的、无孔隙的填浆，并消除积聚于预应力筋附近的有害水；
　　6）塑料波纹管是绝缘体，有更强的耐腐蚀性，大大改善了构件的防腐蚀性能，同时减少了张拉过程中的预应力摩擦损失，提高了预应力筋的耐疲劳能力；
　　7）作为一种全面的技术，真空灌浆要求施工现场具有一支高水平的施工技术、高水平的指挥管理、高水平的操作施工队伍，这就决定了它具有高水平的质量控制。
　　3工程实例
　　广州某大型立交桥为四层互通立交。其中F匝道桥为苜蓿叶型双车道，桥宽9.8米，梁高1.8m，为后张有粘结预应力C50混凝土现浇箱梁结构，在本匝道连续梁桥跨预应力施工中，采用真空灌浆技术，取得了良好的效果。
　　4结论
　　在真空灌浆技术正逐步普及的今天，成功掌握和应用灌浆技术是工程技术人员所必须的。大量的试验和工程实例，证明了采用合适配比的水泥浆并结合高水平的质量控制方法，真空灌浆技术是确保高质量灌浆的一个强有力的手段，对确保工程质量、杜绝质量隐患、保证结构耐久性、提高经济效益有着重大的意义。
　　参考文献：《公路桥涵施工技术规范》
　　《预应力混凝土工程基本原理》东北林业大学土木工程学院桥梁工程教研室