基于檢測數(shù)據(jù)的PC梁壓漿質(zhì)量問題成因分析及控制

毛 敏

（山西省交通科技研發(fā)有限公司 橋梁工程防災(zāi)減災(zāi)山西省重點實驗室，山西 太原 030032）

1 研究背景

在后張法預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系中，預(yù)應(yīng)力筋張拉結(jié)束后的孔道壓漿是其關(guān)鍵施工工序之一，一旦管道壓漿不密實（見圖1），預(yù)應(yīng)力筋逐漸銹蝕（見圖2），使得預(yù)應(yīng)力筋的使用壽命和使用效率下降，甚至在運營期間出現(xiàn)因鋼絞線銹斷而導(dǎo)致橋毀人亡的重大事故。與此同時，孔道壓漿作為隱蔽工程，具有施工時間短、隱蔽性強(qiáng)，且發(fā)生質(zhì)量問題后難以修復(fù)的特點[1]。早在2001年交通運輸部就將后張預(yù)應(yīng)力孔道壓漿不密實問題列為公路橋梁建設(shè)中的十大質(zhì)量通病之一[2]。

孔道壓漿的主要作用如下：把預(yù)應(yīng)力筋封閉在堿性環(huán)境中，避免銹蝕；填充孔道以避免內(nèi)部積水凍脹；形成有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)，提高構(gòu)件剛度。因此，預(yù)應(yīng)力孔道的壓漿質(zhì)量是保證PC梁橋長期使用性能的重要影響因素之一。

圖1 剛建成橋梁孔道內(nèi)積水、梁體脹裂

圖2 運營數(shù)年橋梁鋼絞線銹蝕

隨著交通運輸部品質(zhì)工程建設(shè)的推進(jìn)，PC梁橋孔道壓漿被確定為施工質(zhì)量控制的重點之一。智能壓漿系統(tǒng)[3]、成品壓漿原料等新設(shè)備新材料的運用提高了壓漿質(zhì)量。與此同時，施工質(zhì)量管控也離不開先進(jìn)檢測手段的運用。孔道壓漿密實性檢測技術(shù)的發(fā)展、成熟，使得過去難以檢測的壓漿質(zhì)量如今逐漸成了一項常態(tài)化的檢測指標(biāo)，這也促使壓漿質(zhì)量管控向精細(xì)化方向發(fā)展。

2 孔道壓漿密實性檢測原理

目前橋梁預(yù)應(yīng)力孔道壓漿質(zhì)量檢測方法主要有鉆芯法、超聲波法、探地雷達(dá)法、沖擊回波法、射線輻射法（χ射線、γ射線）等。相較于其他方法，沖擊回波法具有可單面測試且快速簡便的優(yōu)點而被認(rèn)為更具有應(yīng)用前景[4]。

沖擊回波法檢測常用的判斷依據(jù)主要為傳播聲時，傳播聲時主要取決于沖擊回波的傳播路徑。理想狀態(tài)下，沖擊回波在預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中的傳播路徑如圖3所示。在預(yù)應(yīng)力孔道位置處混凝土表面利用瞬時的機(jī)械沖擊產(chǎn)生低頻的應(yīng)力波，應(yīng)力波傳播到結(jié)構(gòu)內(nèi)部，遇到聲阻抗有差異的界面如構(gòu)件底面或缺陷表面時將被反射回來，并在構(gòu)件表面、內(nèi)部缺陷表面或構(gòu)件底部之間來回反射產(chǎn)生瞬態(tài)共振，其共振頻率能在振幅譜中辨別出來，然后通過對反射回來的應(yīng)力波進(jìn)行時域分析與頻域分析，就能用于確定構(gòu)件厚度及其內(nèi)部缺陷的位置。沖擊回波法定位性檢測示意見圖4。

圖3 理想狀態(tài)下沖擊回波在預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中的傳播路徑圖

圖4 沖擊回波定位檢測示意圖

3 PC梁壓漿存在的主要質(zhì)量問題

結(jié)合近幾年來省內(nèi)外十余條高速公路PC梁橋壓漿質(zhì)量檢測結(jié)果分析，目前存在的主要質(zhì)量問題見表1。

表1 PC梁孔道壓漿質(zhì)量問題一覽表

4 PC梁壓漿質(zhì)量問題主要原因分析

4.1 壓漿原材料質(zhì)量問題

4.1.1 壓漿漿液的性能特征

為了保證PC梁孔道壓漿的質(zhì)量和耐久性，所用壓漿漿液的性能應(yīng)具備如下特征：

a）有高流動度。

b）適宜的凝結(jié)時間。

c）不泌水、不離析、不沉降。

d）塑性階段具有良好的補(bǔ)償收縮能力且硬化后產(chǎn)生微膨脹。

e）具有一定的抗折抗壓強(qiáng)度[5]。

4.1.2 不合格原材料情況

在某條高速公路橋梁交工驗收檢測過程發(fā)現(xiàn)，部分PC梁橋腹板順橋向沿預(yù)應(yīng)力孔道走向開裂、伴白華。現(xiàn)場隨機(jī)鉆孔抽檢結(jié)果見圖5，孔道內(nèi)空管且壓漿料呈現(xiàn)灰白色片狀，強(qiáng)度較低。這說明施工現(xiàn)場采用了不合格的壓漿料原材料。究其原因，不合格原材料分如下幾種情況：

a）原材料出廠質(zhì)量不合格。

b）現(xiàn)場存儲時間超過保質(zhì)期導(dǎo)致失效。

c）現(xiàn)場保管不當(dāng)導(dǎo)致失效。

圖5 腹板波紋管空且壓漿料成片狀

4.2 壓漿料水膠比問題

如今，在交通運輸部、質(zhì)量監(jiān)督機(jī)構(gòu)以及項目業(yè)主的大力推動下，成品壓漿原料已經(jīng)廣泛運用到了實際工程中。這使得現(xiàn)場制漿環(huán)節(jié)的質(zhì)量控制變得相對簡單，投料過程中按照要求控制水和成品壓漿原料的比例（簡稱水膠比）即可。但是在現(xiàn)場檢測過程中還是發(fā)現(xiàn)部分預(yù)制梁孔道內(nèi)壓漿料壓注一周后并未凝固（見圖6）。為了分析水膠比變化對壓漿料硬化質(zhì)量的影響，現(xiàn)場制作了一組對比試驗，試驗結(jié)果見表2。試驗過程中發(fā)現(xiàn)水膠比偏大后，拌制后的壓漿料出現(xiàn)明顯的分層離析、漿液泌水性提高、保水性下降的現(xiàn)象，且上層未凝固段壓漿料終凝后幾乎沒有強(qiáng)度。該對比試驗也正好解釋了現(xiàn)場檢測過程中發(fā)現(xiàn)的壓漿料難以硬化的現(xiàn)象。

表2 壓漿料水膠比試驗結(jié)果一覽表

圖6 孔道內(nèi)壓漿料未硬化

圖7 現(xiàn)場配合比驗證試驗

綜合分析現(xiàn)場水膠比超限的原因，可能主要存在以下幾方面問題：

a）投料攪拌時，計量器具計量不準(zhǔn)確等原因?qū)е聰嚢栌盟砍鲈O(shè)計值。

b）現(xiàn)場應(yīng)急準(zhǔn)備工作不到位。如夏季壓漿過程中突降大雨，而現(xiàn)場未能及時遮蓋壓漿設(shè)備投料罐、儲漿罐；導(dǎo)致大量雨水進(jìn)入使得壓漿料水膠比變大。

c）壓漿時，孔道內(nèi)積水未清除干凈，使得壓漿過程中管內(nèi)積水稀釋壓漿料，導(dǎo)致水膠比變大。

4.3 壓漿設(shè)備的選用

采用性能良好的壓漿設(shè)備是保證壓漿質(zhì)量的重要手段和前提。目前壓漿泵有風(fēng)壓式和活塞式兩類。鑒于風(fēng)壓式設(shè)備有使空氣串入壓漿漿液中產(chǎn)生氣孔的風(fēng)險，推薦采用可連續(xù)壓漿的活塞式壓漿設(shè)備。為了保證在規(guī)定時間內(nèi)漿液攪拌均勻的要求，攪拌機(jī)的轉(zhuǎn)速應(yīng)不低于1 000 r/min。為了保證壓漿漿液的流動性，用于臨時儲存漿液的儲料罐也應(yīng)具備攪拌功能，且應(yīng)設(shè)置網(wǎng)格尺寸小于3 mm的過濾網(wǎng)。

4.4 忽視現(xiàn)場操作細(xì)節(jié)

除了性能優(yōu)異的壓漿設(shè)備、質(zhì)量合格的壓漿料外，壓漿質(zhì)量的好壞還有待于現(xiàn)場操作細(xì)節(jié)的把控。如圖8所示，某預(yù)制梁拆模后發(fā)現(xiàn)腹板存在一處空洞，且波紋管外露，當(dāng)時施工單位簡單處理后開始壓漿。從圖9可以看出，壓漿過程中漿液從空洞處冒出，由于漿液壓力較大，土工布、模板封堵效果并不理想，這也導(dǎo)致整個壓漿過程持續(xù)時間大幅延長。

圖8 梁體腹板空洞波紋管外露

圖9 壓漿過程中腹板 空洞區(qū)域冒漿

5 PC梁壓漿質(zhì)量控制措施

本文依托現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)，從檢測人員視角展開了壓漿質(zhì)量問題成因分析。為了進(jìn)一步提高PC梁的壓漿質(zhì)量，建議從以下幾個方面展開工作：

a）確保壓漿前的準(zhǔn)備工作充分。檢查設(shè)備工作正常，材料配備齊全，確保整個壓漿管路連接暢通、密封；確保計量工具檢定合格。

b）正確估計投料數(shù)量。由于現(xiàn)場各環(huán)節(jié)配合不到位，使得可能出現(xiàn)管道內(nèi)部還沒有灌滿時儲漿桶內(nèi)的壓漿料就已經(jīng)用完的情況，導(dǎo)致現(xiàn)場中斷壓漿。再次拌制后還需將原先壓入漿體排空后重新壓漿。

其中：壓漿料的凈用量=（預(yù)留孔道截面積-預(yù)應(yīng)力筋材截面面積）×孔道長度×（1+現(xiàn)場損耗率）。

c）考慮溫度的影響。溫度對壓漿的影響主要體現(xiàn)在兩方面：（a）影響漿液的流動性；（b）影響漿體強(qiáng)度。在冬季施工時如果壓漿料在未凝固前發(fā)生冰凍會造成波紋管脹裂，漿體材料強(qiáng)度降低，壓漿料和預(yù)應(yīng)力筋間的黏結(jié)力降低。在低溫冰凍天氣壓漿前，應(yīng)先用熱水沖洗管道以排除積冰，再用熱壓縮空氣將積水吹凈以避免重新凍結(jié)。在壓漿過程中以及壓漿后48 h內(nèi)，如環(huán)境溫度低于5℃應(yīng)采取保溫措施。環(huán)境溫度高于35℃時，壓漿應(yīng)避開午后高溫時段。

d）嚴(yán)格控制壓漿時間。壓漿持續(xù)時間過長會造成漿液流動性降低，壓漿阻力增大，且不易密實。在整個壓漿過程中要保持連續(xù)攪拌，以確保漿液的流動度。

e）及時控制進(jìn)出口壓漿閥門的開合。壓漿時，出漿口先后排出空氣、積水、稀漿、濃漿；在出漿口開始排出濃漿時應(yīng)及時關(guān)閉出漿口閥門。為了保證孔道壓漿的充盈度滿足要求，出漿口封閉后，在維持不小于0.5 MPa的壓力3～5 min后關(guān)閉壓漿口閥門。