30m預制預應力箱梁真空壓漿施工技術控制要點

吳愛國

中冶京誠工程技術有限公司，北京 100053

1 真空壓漿工藝概述

在后張預應力結構中，預應力筋主要依靠成孔材料和漿體包裹這兩層屏障進行防護。漿體除了具有保護預應力筋的作用外，還會對后張預應力混凝土強度產生重要影響。如果壓漿不飽滿，不僅會使梁的整體強度有所降低，還會導致裂縫提早出現。管道內漿體的空隙、裂縫和殘留的空氣和水也會導致預應力筋產生銹蝕，直接威脅到結構的安全性和耐久性。真空壓漿是近年發展起來的一項技術，他克服了傳統壓漿工藝的不足，從根本上解決了普通壓漿工藝固有的各種缺陷，既提高了孔道壓漿的飽滿度與密實性，確保預應力筋的防腐效果，也大大調高了結構的耐久性，延長了橋梁的使用壽命。

真空壓漿是將孔道系統封閉，一端用真空泵對孔道先進行抽真空，使之產生-0.06MPa～-0.1MPa的真空度，然后用壓漿泵將攪拌好的水泥漿體從孔道的另一端壓入，直至充滿整條孔道，并加以0.5MPa～0.7MPa的正壓力，當水泥漿從抽真空端流出且稠度與壓漿端基本相同，再經特定的位置采取排氣和保壓措施，從而使漿體獲得飽滿、密實的一種施工工藝。

2 真空壓漿的優點

1）由于孔道內和真空泵之間的正負壓力差，孔道中原有的空氣和水被清除。同時，混雜在水泥漿中的氣泡和多余的自由水被釋放，大大提高孔道內漿體的飽滿和密實度；

2）由于密度的差異，漿體中的微沫及稀漿在真空負壓下將率先排出孔道，進入負壓容器。待稠漿流出后，孔道中漿體的稠度既可保持一致；

3）可以避免普通壓漿工藝漿體流動引起的氣泡?？椎乐袣埩舻乃衷诮咏婵盏臓顟B下可被汽化，隨空氣一同被抽出；

4）在真空狀態下，減小了由于孔道高低彎曲而使漿體自身形成的壓力差，便于漿體充盈整個孔道。對于彎型、U型、豎向預應力筋更能體現真空壓漿的優越性；

5）真空壓漿其孔道必須具有良好的密封性，這就使漿體的各向壓力一致，漿體保壓及充滿整個孔道得到保證；

6）工藝及漿體的優化，可減少漿體的離析、泌水和干硬收縮，同時提高漿體的強度。

真空壓漿過程是一個連續且迅速的過程，縮短了壓漿時間。

2 真空壓漿的質量控制

2.1 優化真空壓漿漿體的配合比設計

2.1.1 漿體配合比確定原則

漿體設計是壓漿工藝的關鍵環節之一，合適的水泥漿應具有以下特性：

1）流動性能好；

2）均質性好，孔隙率低，滲透性??；

3）具有輕微的膨脹性；

4）抗壓強度滿足要求；

5）與孔道各單元牢固粘結；

6）泌水性小。

為防止水泥漿在灌注過程中產生析水以及硬化開裂，并保證水泥漿在管道中的流動性，需摻加少量的外加劑。其作用是：

1）改善水泥漿的性質，降低水灰比，減少空隙泌水，消除離析現象；

2）降低硬化水泥漿的孔隙率，堵塞滲水通道；

3）減少和補償水泥漿在凝結硬化過程的收縮和變形，防止管道脫空現象和裂縫的產生。

2.2 對材料的要求

1）水泥：采用普通硅酸鹽水泥，水泥強度等級不低于42.5MPa；

2）水：水中硫酸鹽含量不能大于0.1%，氯鹽含量不能大于0.5%，水中不能含有糖分或懸浮有機質；

3）外加劑：不得含有對預應力筋或水泥有害的化學物質。尤其不得含有氯化物成分和硝酸鈣等腐蝕性介質。另外，添加劑中所含的膨脹成分嚴禁含有鋁粉。

2.3 技術指標

1）水灰比控制在0.3～0.38；

2）流動度30s～50s（青臨高速）；

3）漿體泌水性小于水泥漿初始體積的2%，四次連續測定的結果平均值<1%；拌合24小時內泌水被漿體吸收；

4）漿體初凝時間>6小時，終凝時間<24小時；

5）漿體膨脹率<2%；

6）充盈度：無肉眼可見水囊，無直徑>3mm的氣囊；

7）漿液溫度：5℃《T《35℃；

8）漿體強度指標滿足要求（青臨高速為50MPa）；

9）漿體對鋼絞線無腐蝕作用。

2.4 配合比設計實例

青臨高速第*標段30m箱梁真空壓漿配合比設計：采用山鋁水泥有限公司所產P.O42.5水泥、淄博華偉NOF-KG灌漿劑，水灰比分別選用0.30、0.34、0.38；灌漿劑劑量分別采用8%、10%、12%。拌合采用水泥膠砂攪拌機（轉速為120轉/分）。經各項技術指標對比篩選，確定水灰比0.34，灌漿劑量為10%。

3 加強真空壓漿漿體的拌合

在真空壓漿工藝中，拌合方式對漿體質量有很大影響，但這個環節往往不為人重視，水泥漿拌合是利用機械力和重力等，將多種物料均勻混合的過程。水泥漿拌合的目的主要有：

1）使外摻劑充分溶解，均勻分布在水泥漿體中；

2）使水泥材料以最小粒度（單顆粒）形態均勻地懸浮在漿體中；

3）排除外加劑和水泥粉料帶入漿體中的空氣。

水泥顆粒的細度一般較小，其粒徑大致分布于3um～32um。干燥狀態下，水泥顆粒之間的主要作用為靜電吸附作用，使其形成大小不一的團塊。當水泥加入水中后，水泥粉團迅速被水分子包裹，在其表面形成一層水膜，這層水膜的表面張力會維持粉團以固定形式存在，并抵抗攪拌產生的破壞作用。

3.1 水泥漿的拌合原理

在攪拌過程中，機械的運動部件在旋轉時對液體產生剪切作用，液體在流經器壁和安裝在容器內的各種固定構件時，也要受到剪切作用，這些剪切作用范圍內形成紊亂對流擴散，引起許多局部渦流擴散。

攪拌引起的主體對流擴散和渦流擴散，增加了不同物料間顆粒接觸的表面積，減少了擴散距離，從而縮短了擴散時間。若物料成分和摻量相同，不同效率的和設備，使漿體達到理想混合狀態所需的時間不同。

3.2 普通拌合

低速拌合設備因為產生渦流的沖擊力過小，可能無法克服粉團靜電吸附作用和水膜表面張力，從而難以達到上述的3條理想狀態。在試驗室條件下，因為拌合速度設備轉速有限，容易造成粉團存在。雖然肉眼無法分辨，但從不同轉速下漿體流動的顯著改變，明顯能證明這一點。尤其當粉團在重力作用下，其沉降速度大于液體流動速度時，則無法形成均勻的懸浮液。

3.3 高速拌合

當采用高速拌合機時，攪動引起的液體流速更高，在高速液流與周圍低速液流之間的界面上出現剪切作用，從而產生大量的局部性漩渦。這些漩渦迅速向四周擴散，又把更多的液體卷進漩渦中來，在小范圍內形成渦流擴散。更高的剪切作用和瞬間真空狀態導致的高速液體碰撞，能更有效地粉碎粉狀團塊、擠出其空隙中殘留的空氣，從而得到密度和材質更均勻的混合液體。

當然不管何種拌合，并不能改變粉狀固體的粒度。

高速拌合設備除了能改善漿體均勻狀態外，另一個更直觀的效果是大大提高了漿體的流動度。而流動度的提高顯然更有利于漿體的滲透、擴散，可以有效填充孔道空間，充滿孔道的角落和縫隙。

通過實踐比較，水灰比與灌漿劑摻量在合理范圍內的選擇對漿體的流動性有一定的影響，對其他指標無明顯影響。而拌合機的轉速對水泥漿的流動特性有較大影響，相對于普通拌和機，高轉速拌和機具有明顯優勢。所以在拌和機的選型上應加以注意，建議拌和機主軸轉速不低于1 000轉/min。

對流動度的控制，現場測試為主，建議10s～18s為宜。

另外，為了灌漿施工的連續性，拌好的漿體需卸至集漿桶中存放。為防止固體顆粒發生沉淀，集漿桶應具備慢速攪拌功能，壓漿期間保持葉片持續轉動。

4 管道系統密封方法選擇措施

真空壓漿工藝的優點要得以實現，達到規定的真空度并在壓漿期間保持穩定是關鍵，這就要求管道系統具有良好的密封性。各單元體的密封包括成孔管材密封、管道接頭密封、錨墊板與工作錨間密封、預應力筋穿孔處密封、管道各接頭處密封。

成孔材料主要采用高強塑料波紋管，它具有密封性好、耐腐蝕、彎曲度和環剛度大、易于連接等優點，施工中不易被振搗棒漏漿。目前主要有螺旋形和竹節形兩種，應盡量采用螺旋結構，可自旋入連接，操作方便，易于密封。

管節間和管道與錨墊板的密封采用膠帶纏繞即可。但管道自身強度不足于抵抗灌漿時產生的高壓，還需要管道外混凝土的握裹作用提供支撐，若包裹管道或錨后混凝土不密實，極易撐破管道，造成漏漿或串漿。所以要加強管道附近的混凝土振搗，以保證密封性能。

管路接頭只要做好設備選型，采用優質連接部件，加強工前檢查，較易達到密封效果。

而錨頭部位的密封有一定難度，因為沒有統一規定，各項目采用的方法和工具混亂，存在較大質量隱患。

4.1 砂漿封錨的弊端

砂漿封錨是采用高強砂漿將工作錨、夾片、外露力筋全部包裹，等待40小時以上，砂漿達到一定強度后進行壓漿。

這種封錨方式存在如下弊端：

1）水泥砂漿易裂縫，不密實、強度低；

2）砂漿強度增長需要一定時間，所以張拉與壓漿間隔時間較長，鋼絞線張拉后易生銹。（有資料表明，鋼絞線張拉后銹蝕速度增加6倍以上，應于24小時內壓漿）；

3）對于曲線預應力管道，錨頭均設在管道最高處，壓漿完成后對該處漿體的密實程度無法檢測；

4）采用此法封錨，若真空度達不到要求，需敲掉重新封錨，延誤施工，相鄰孔道無法連續施工；

5）一旦砂漿密實性差造成漏氣，在0.7MPa穩壓期時必然漏漿。嚴重者封錨砂漿破碎，壓力損失造成孔道漿體流失。這時真空壓漿就蛻變成普通壓漿。

6）如果造成孔道內漿體不密實甚至脫空，難以補救。

4.2 密封罩封錨

密封罩是通過鑄造或車削形成的杯狀金屬護罩，其杯底預留排氣孔，并與留有絲扣的金屬管焊接，金屬管外端設置球型閥門，可以在壓漿期間密閉。杯口外沿車出環形凹槽，以備安裝O型密封圈。杯口直徑與工作錨直徑或錨墊板匹配，便于對應安裝擠緊。杯口四角預留螺栓孔，與錨墊板四角的絲孔對齊，用螺栓固定。

目前，已有幾個國內知名的錨具廠家生產配套的錨墊板和密封罩，尺寸精度高，密封效果好。但大部分廠家不供應定型密封罩，需自行加工。自行加工的密封罩兩端直徑應不等，內端直徑易大出7mm，內徑經過車削比較光滑，這樣更容易脫模，不致破壞封錨混凝土。

使用密封罩能完全克服砂漿封錨的缺點，具有以下優點。

1）施工簡單，將密封罩安裝在錨墊板上，螺栓擰緊即可壓漿。底面與錨墊板間加橡膠密封圈，密封性好；

2）密封罩可重復使用，水泥漿終凝后即可拆除；

3）密封罩自帶排氣孔，管道頂部殘留的水分、空氣、混夾在水泥漿的氣泡和多余的自由水可全部排除，減少空隙；

4）密封罩拆除后，通過錨頭漿體的密實和飽滿狀況，可直觀判斷出管道內漿體密實程度。這也可能是評定壓漿質量的唯一手段；

5）使用密封罩封錨，施工過程連續、迅速，有效地縮短了壓漿時間，提高了生產工效。

5 設備選用

1）抽真空設備首選水環式真空泵，其工作原理是利用偏心葉輪帶動工作液，通過截止閥和調節閥直接進入泵的工作室，同時泵工作時的工作液隨氣體一起排出，這種連接可獲得高的極限真空，很容易達到-0.07MPa以上的真空度；

2）壓漿機首選螺桿式壓漿機，它具有出漿速度快、流量和壓力調節簡單方便的特點，適用于各種長度、各種直徑的預應力孔道壓漿。灌漿過程中，水泥漿在密封腔內被螺桿勻速推進，故輸送量均勻，壓力平穩，無空氣滲入，且停止輸送后可保壓。

而活塞式壓漿泵的缺點是轉速低、結構復雜。由于活塞往復式運動的特點，排氣不連續，導致氣流脈動，且有較大的振動。造成漿體前進速度和壓力不均勻；

3）拌和設備推薦拌和一體機，它集成了拌和、儲漿、壓漿等各項功能，結構緊湊、操作簡單，減少了大量外露接頭和連接部件，具有較高的可靠性。

6 真空壓漿的質量控制

真空壓漿工藝的核心是保證孔道內的漿體飽滿密實，所有的質量控制都應該圍繞這個核心考慮。下面分別分析孔道壓漿不密實的癥狀和原因。

6.1 孔道壓漿不密實的表現癥狀

1）壓漿初凝后，從進漿孔或排氣孔用探測棒可探測到是否飽滿，有無空洞；

2）計算漿體壓進孔道總量小于孔道總空隙量；

3）曲線孔道，特別是豎向多波曲線孔道波峰頂排氣孔未冒漿；

4）壓漿增壓時，不能保證恒定的壓力；

5）梁體因蜂窩、凹洞、裂縫等內部隱蔽缺陷而漏漿；

6）封錨不嚴而漏漿；

7）上下或左右孔道串孔等。

通過上述現象均可判斷孔道漿體不密實，內部缺陷的部位往往隱蔽且隱患程度不易判斷。如果這些缺陷未及時發現并妥善處理，將直接影響結構物的使用壽命。

6.2 造成孔道壓漿不密實的原因分析

設計方面的原因：

1）設計孔道空隙狹窄，穿入力筋后擁堵孔道，水泥漿不宜壓入；

2）設計孔道曲線長、曲率小、曲折點多；

3）設計規定的材質不佳，孔道內摩阻系數大。

施工工藝方面的原因：

1）施工中成孔質量不好?？椎乐睆酱旨毑痪鶆蚧蛴衅?、頸縮現象，力筋勉強可以穿入，但水泥漿無法通過；

2）成孔材質選用不當?？妆诖植?、坍落、掉皮、波浪、折皺等；

3）孔道串孔、內漏、封錨不嚴，不能保壓持荷；

4）排氣孔設置不當。特別是連續梁、多波段、豎曲線超長孔道若波峰處的排氣孔不通，在某些曲線段易形成空氣滯留穴，阻止進漿而造成空洞；

5）力筋編束捆扎時，扎絲過密、松弛，穿束時扎絲在孔道不暢處受阻，堆積擠壓形成網狀栓塞，壓漿時此處過水過氣而不過漿；

6）制漿不規范。稀稠失控或過濾不好，有硬塊雜物造成孔道堵塞。水灰比不當。水灰比過大，不但強度降低，而且泌水率增大，水被吸收或蒸發后，即形成空洞；

7）外加劑用量不當。如膨脹劑，用量過小膨脹效果不明顯，若膨脹系數小于水泥收縮系數，會造成脫空；

8）壓漿機性能不好。壓力不夠或無法保壓持荷，致使孔道內水泥漿不能長距離運送，也無法借助壓力使水泥漿充實到孔道各處不易暢通的細微空間。

在以往的項目上，我們通過調查總結，對易發問題進行了排列，圖表如下：

箱梁壓漿質量問題調查表

經計算，影響箱梁壓漿施工質量的主要因素是端頭處飽和度、拆閥時間、漿體質量、機械設備，其累計頻率達92%，是解決問題的主要對象。其中端頭不飽滿是關鍵，因為它是密封管道系統的一部分，且處在最不利位置，所以它既是判斷孔道內漿體狀況的最直觀依據，也是其它問題的間接反映，下面著重分析：

通過QC方法的人、機、物、法、料5個方面的分析調查，我們總結出相關因素的邏輯關系，見以下關聯圖。

經過判定和篩選，以下問題需要重點解決：

1）拆閥時間過早

為防止水泥凝固后導致閥門報廢，操作人員傾向于盡早拆閥，致使端頭漿體流失，其本質上也導致孔道內漿體外泄。解決的方法是每次使用前，將閥門拆開，涂上油脂材料隔離灰漿，即可保證循環利用。（壓漿后6小時內所有的閥門不宜打開）

2）放氣放漿量不夠

由于排氣、放漿控制不到位，致使管道端部和孔道高點存留空氣、水汽和稀漿。所以應嚴格遵守排氣—放漿—排氣—放漿的步驟。首先在抽真空端，依次開放真空閥門和排氣閥門進行排氣、放漿操作，有均勻濃漿出現才能停止，保證漿柱前部的氣體和稀漿全部排凈。在壓漿端重復同樣步驟。

3）保壓時間不夠

放漿完成后，關閉除進漿口外的閥門，在壓力大于0.7Mpa的條件下保壓2min。這是必不可少的步驟，不能省略。這既是對放氣、放漿過程中可能的壓力損失的一種補償。亦可防止在自身重力和內外壓力差的作用下，漿體可能流出而不飽滿。

4）閥門和連接部位進氣

在施工過程中經常出現連接部位漏漿現象，降低了壓漿質量。主要原因是橡膠圈老化變形、凹槽內有雜物使其不能緊貼；有時由于錨墊板密封罩的螺絲孔被水泥漿堵塞，螺桿安裝不全，使密封罩偏心受壓、被擠開而漏漿。應加強清理檢查，易損件及時更換。密封罩安裝時，應對角交替擰緊其固定螺栓，使其密貼于錨墊板。排氣孔應位于上端。

5）底板混凝土振搗質量差

由于底板混凝土振搗質量差而不密實，造成壓漿時孔道串漿，即壓某一管道時，漿體從鄰側管道流出，或漿體脹破薄弱部位外泄。解決這個問題，需高度重視底板混凝土和波紋管密集區域混凝土的振搗，采取有效措施保證混凝土密實。

壓漿前需進行孔道密閉性檢查，即往孔道內灌注清水以查清是否泄漏，同時起到沖洗管道的作用；也可以防止干燥的孔壁吸收水泥漿中的水分而降低漿液的流動性，試水過后必須用壓縮空氣清理孔道，

6）計量不準確

拌漿過程中，由于水泥材料計量不準確，可能造成漿體的稠度忽高忽低，無法滿足要求。應根據每桶漿體的材料用量提前稱量裝袋，拌漿時直接倒入拌漿桶，水箱中做好每次用水量的標記。此項措施即保證了計量準確，又方便工人操作。

7）攪拌時間不夠

攪拌時，原材料添加順序應為水—外加劑—水泥，水泥應緩慢添加，不得整袋一次倒入。水泥加入后攪拌時間不少于5min。總攪拌時間不少于6min。

8）水泥溫度高

壓漿時，灰漿溫度為5℃～35℃，溫度過低會發生離析，過高易發生早凝?；覞{溫度過高一般由水泥溫度過高導致，或者直接使用到場溫度較高的水泥，或者水泥金屬罐在陽光下暴曬，溫降較慢。

解決這個問題應采用水泥提前幾天分裝成袋，陰涼處存放降溫。夏季環境溫度較高時，各種原材料經熱工計算無法滿足上述溫度限制時，可采用冰塊降溫。

[1]青臨高速山東省項目辦編制的《青臨高速施工技術規范》.

[2]《公路橋涵施工技術規范》（JTJ041-2000）.

[3]《公路工程質量檢驗評定標準》(JTG-F80-2004).