摘 要:為了提高后張預應力結構耐久性，降低全壽命周期成本,通過對傳統壓力灌漿缺陷的分析，論述了真空壓漿的必要性,給出了真空壓漿施工工藝，漿體一般配比及工程應用實例與施工注意事項。該技術的應用保證了預應力混凝土結構施工的質量，可有效預防預應力筋銹蝕,能提高板梁使用壽命。

　　關鍵詞: 預應力 板梁 真空壓漿 施工技術

　　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

　　隨著我國預應力板梁的大量使用,對后張預應力孔道灌漿的常規方法已不能滿足質量或大跨度要求.按新規范對結構設計要安全可靠、耐久適用的要求[1],采用真空輔助灌漿施工的工藝顯得越來越重要,這就要求我們更加重視和掌握這項先進技術.

　　1　真空輔助灌漿的必要性

　　在后張有粘結預應力混凝土結構中，預應力和混凝土之間的共同工作以及預應力筋防腐蝕是通過在預埋孔道中灌滿水泥漿來實現的，另外，在預應力狀態下為防止預應力筋發生滑絲及長期放置發生腐蝕，在一批預應力筋張拉完畢后，也要求立即對孔道灌漿。眾所周知,傳統的做法是采用壓漿法來灌漿,即在0.5~1.0 MPa的壓力下,將水灰比0.4~0.45的稀水泥漿壓入孔道[2]。這種做法容易發生泥漿離析、析水、干硬后收縮，產生空隙，留下隱患。國內外灌漿的工程實踐和經驗教訓，使人們一直憂慮傳統壓力灌漿的效果問題。

　　后張預應力混凝土結構中，預應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，存集氣泡會變為孔隙，成為自由水的聚集地。這些水可能含有有害成分，易造成預應力筋及構件的腐蝕;在北方嚴寒地區，由于溫度低,這些水會結成冰，可能脹裂管道，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，析水后會產生空隙，致使漿體強度不夠，粘結不好，給工程留下了隱患。為此有必要將傳統壓漿工藝進行改進，將真空輔助壓漿工藝等技術應用于預應力孔道中，使灌漿工藝更加完善合理。其基本原理為：在壓漿之前，首先采用真空泵吸預應力孔道中的空氣，使孔道內的真空度達到80%以上，使之產生-0.06~0.1 MPa的真空度，然后用灌漿泵將優化后的水泥漿從孔道的另一端灌入，并加以≥0.7 MPa的正壓力。由于孔道內只有極少的空氣，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應力混凝土結構安全度和耐久性的有效措施.。

　　2　真空壓漿工藝特性及要求

　　2.1　工藝特性

　　(1)減少孔道中的阻力,加速了漿液的流動,形成一個連續且迅速的過程,縮短了灌漿時間,提高了生產工效。

　　(2)強化了漿液的慣性流動與沖擊及對孔道的充盈.在真空狀態下,孔道內的空氣、水分以及混在水泥漿中的氣泡被消除,減少孔隙、泌水現象,確保了孔道灌注的密實性和漿體的強度,以及預防和克服對預應力筋的腐蝕,從而最大限度地提高了結構的耐久性和安全性。

　　(3)封錨與壓漿可分開進行,也可一次完成,保證了結構的整體性和美觀。

　　(4)對孔道密封及預應力體系的錨固效率及安全性能提出了更高的要求.灌漿過程中因孔道具有良好的密封性,使漿液充滿整個孔道的要求得到保證。

　　2.2　工藝要求

　　(1)對水泥漿液的配合比提出更高要求。

　　(2)作為一個單項系統工程,在工序安排上,要從預應力布置開始實施配套;作為一項操作性很強的項目,又要求操作人員工作流程清晰,技術全面,配合協調好。

　　(3)對工藝及設備要求高.水泥漿的配比、外加劑型號及用量、水泥漿的溫度、孔道密封度等都將影響灌漿質量。

　　(4)使用壓力水沖洗過管道后,應及時使用高壓風將孔道內的水分吹干凈。

　　(5)真空壓漿的工藝流程:開動真空泵抽真空→混合料攪拌成漿→壓漿→清洗配件。

　　3　真空壓漿的形成與效果

　　3.1　真空壓漿的漿體在管道內靠推拉充盈形成，在封閉的孔道中，把漿液視為一流動的液體，進漿端的正壓力將液體源源不斷地壓注入管道，一方面給液柱施加強大的推力，另一方面，出漿口端的真空泵給液柱施加拉力，這一真空形成的拉力給傳統的壓漿賦予神奇的變化：(1)真空泵使孔道內空氣稀薄，液體在相對于空氣中的表面張力及表面能減小，真空作用使漿液更容易填充預應力筋的空隙并帶走殘存在預應力筋間隙的水分，漿體流動時不易形成氣泡(氣泡較多也可影響過漿面積)，從而密實填充成孔空間。(2)真空拉力形成液柱的導向作用，減少了液柱在孔道內的紊流情況，相應減少了孔道的阻力。(3)在真空作用下，液體內的氣泡和富余的水分向液柱端部移動，并在后期的傳統補壓穩壓過程中排除.這種效應對于長孔道更明顯.但需要說明的是，對于孔道中的較多留存水分，單靠真空泵的作用，處理效果不明顯,必須靠高壓風吹干凈。

　　3.2　真空壓漿的漿體與波紋管、預應力筋的結合情況

　　目前常用的成孔材料為金屬波紋管和PT—PLUS2R塑料波紋管，而真空壓漿較理想的成孔材料為PT—PLUS2R塑料波紋管(以較小的孔道摩阻力及電絕緣性能取勝)，但金屬波紋管造價較塑料波紋管低。(1)漿體與波紋管的結合：塑料波紋管在壓漿時的孔道摩阻力較小,金屬波紋管的孔道摩阻力雖然滿足現行規范要求,但相對前者要大.摩阻力反映了波紋管表面粗糙度,說明金屬波紋管更粗糙,因而漿體與金屬波紋管的結合更牢固.(2)漿體與預應力筋的結合：預應力筋在張拉后,基本上是緊貼孔道.已壓注水泥漿的預應力筋的腐蝕,主要成因為電化學腐蝕.電化學腐蝕的要素除外電、感應電等存在的電流影響外，還需具備電解液(或有害氣體)。而真空壓漿技術恰恰在這方面從工藝上最大限度地減少了電解液的存在(孔道密實、氣泡少、填充預應力筋間隙密實、硬化漿液基本無自由水),也就基本杜絕了形成電化學腐蝕的條件,從而保證了漿體與預應力筋的牢固結合和預應力筋的耐久性。

　　4　漿體的配合比設計

　　4.1　漿體配合比確定

　　漿體設計是壓漿工藝的關鍵之處，要靈活運用《公路橋涵施工技術規范》[3]，合適的水泥漿應是：①和易性好(泌水性小、流動性好);②硬化后孔隙率低,滲透性小;③具有一定的膨脹性,確保孔道填充密實;④高的抗壓強度;⑤有效的粘接強度;⑥耐久性。為了防止水泥漿在灌注過程中產生析水以及硬化后開裂，并保證水泥漿在管道中的流動性，摻加少量的添加劑。為使水泥漿在凝固后密實,則摻入添加劑如超塑劑[3].改善水泥漿的性質，降低水灰比,減少孔隙、泌水,消除離析現象;降低硬化水泥漿的孔隙率，堵塞滲水通道;減少和補償水泥漿在凝結硬化過程的收縮和變形，防止裂縫的產生。

　　4.2　配合比的試拌及各項指標

　　(1)流動度要求：攪拌后的流動度為小于60 s。

　　(2)水灰比：0.3~0.4，為滿足可灌性要求，水泥漿的水灰比最好在0.3~0.38之間。

　　(3)泌水性：小于水泥漿初始體積的2%; 4次連續測試結果的平均值小于1%;拌和后24 h水泥漿的泌水應能被吸收。

　　(4)初凝時間：6 h

　　(5)體積變化率：0~2%

　　(6)強度：7 d齡期強度大于40 MPa

　　(7)漿液溫度:5℃≤T(漿液)≤25℃,否則漿體容易發生離析

　　5　應用實例

　　5.1　工程簡介

　　某立交橋,其上部結構為17 m + 27 m + 27 m + 17 m預應力混凝土連續結構箱梁,底板寬8 m，頂板寬12 m，有3道縱梁,每道縱梁分布6孔OVM15—17鋼絞線束(管道孔徑Φ內80 mm)，底板分布8孔BM15-4鋼絞線束(管道孔徑:22 mm×70 mm)。預應力孔道最長為89.3 m，兩張拉端曲線孔道部分切線的夾角之和為0.6845rad,兩張拉端高差3m.長達89余米的管道上，沒有預留任何排氣管或排漿管。

　　5.2　工藝及施工的確定

　　為確保壓漿的安全及質量,采取了以下措施：

　　5.2.1　空泵端設在高端壓漿端設在低端，因高差3 m引起的漿液靜力壓強為0.06~0.07 MPa，而柱塞式灌漿機的設備能力為0.8~1.0 MPa，那么對因高差造成的影響基本可忽略,卻有利于保證壓漿的質量。

　　5.2.2　管道密封及封錨封錨做法：張拉完畢,將多余鋼絞線切割,錨具端部留有3 cm左右,用濕潤水泥團封堵,為確保水泥團不掉落及養護期間不開裂[4]，在水泥封錨做出后，又用雙層塑料薄膜密封并綁扎固定在錨具上.對于其他可能漏氣的連接點，采用玻璃膠及密封生料進行密封，從而保證管道的密封。封錨提前2 d進行，在壓漿之前進行檢查，對有漏氣的情況，再進行玻璃膠處理，以確保孔道密封。為進一步驗證孔道的密封和通暢情況，在抽取真空達到要求后，將進漿端球閥開啟少許，則可聽到氣流的尖銳嘯聲，同時真空表數下降。

　　5.2.3　工作水的循環因真空泵工作用水不方便,準備了一個2m3的水箱，與真空泵形成循環，從而節約了用水。

　　5.2.4　施工時間考慮漿體的穩定及對壓漿的影響，將壓漿時間安排在夜間進行。

　　5.2.5　漿體配比及指標，拌漿的連貫性在管道較長，且不能實現灌漿接力的情況下，為減小孔道對漿體的阻力，修正后配比為水泥∶水∶高效減水劑=1∶0.38∶0.4，漿體流動度控制在(22±2)s，其他指標滿足規范要求。為保證灌漿的連續性和考慮儲備,每拌和0.5 m3后,才予以連續灌漿。

　　5.2.6　工藝

　　(1)檢查設備連接及水源、水管路、材料到位情況,施工平臺.檢查封錨及孔道密封工作,用高壓水洗孔并用高壓風將孔內積水吹干。

　　(2)每壓漿2~3孔為一組，每一組在灌漿之前先用水灰比0.45的稀漿壓入孔道少許潤滑孔道,以減小孔道對漿液的阻力。

　　(3)兩端抽真空管及灌漿管安裝完畢后，關閉進漿管球閥，開啟真空泵。真空泵工作1 min后壓力穩定在-0.075 ~ -0.08 MPa，繼續穩壓1min后,開啟進漿管球閥并同時壓漿。

　　(4)壓漿：對于圓管，從開始灌漿至出漿口真空泵透明喉管冒漿歷時310 s左右，各管道比較一致;對于扁管,灌漿歷時150 s左右,各管道也比較一致。

　　(5)補壓及穩壓:真空泵、灌漿機停機,將抽真空連接管卸下，將出漿端球閥關閉，用預先準備的4磅鐵錘將出漿端封錨水泥敲散，露出鋼絞線間隙，再用灌漿機正常補壓穩壓，此時，從鋼絞線縫隙中會逼出水泥漿，在持續補壓穩壓過程中，水泥漿由濃變稀，由稀變清，由流量大至滴出清水，此時灌漿及壓力表穩定在0.8~1.0 MPa。補壓穩壓結束，關閉球閥(這里需要說明的是,利用水泥漿在高壓下易泌水的特點，通過排除多余的水分，降低孔道內漿液的實際水灰比，從而進一步提高孔道內漿液的物理化學性質)。補壓穩壓歷時3 min。球閥拆除清洗在0.5~1 h之間進行。

　　(6)轉入下一個孔道壓漿。

　　5.3　效果

　　(1)通過現場試驗水泥漿凈漿各項指標及送檢水泥凈漿試塊,3 d強度超過30 MPa,認為水泥漿合格。(2)補壓時，出漿端壓力較大，通過鋼絞線間隙泌出水分及稀漿，可噴出4 m遠。補壓結束以泌水基本跑空為度,穩壓時間達到規范要求。(3)孔道清洗吹干較仔細，灌漿凈液較均勻一致。(4)拆除兩端球閥觀察，錨墊板上進、排漿孔水泥漿較為硬實，不流淌，用手指按壓，能夠留下模糊指印。(5)壓漿2 d后觀察，壓漿孔硬化水泥漿有輕微外凸。

　　6　結束語

　　后張預應力孔道灌漿中采用真空輔助灌漿法施工，能保證孔道灌漿的均勻性，消除孔道內的孔隙，更加保證了預應力混凝土結構施工的質量，有效預防預應力筋銹蝕，提高板梁使用壽命。隨著真空技術的發展,真空輔助壓漿法將有更廣闊的應用空間。

　　參考文獻

　　[1] JTGD 62—2004,公路鋼筋混凝土及預應力混凝土橋涵設計規范[S].

　　[2] 曲磊.真空灌漿工藝在后張預應力施工中的應用[C].濟南:濟南出版社,2006.

　　[3] JTG/T F50-2011, 公路橋涵施工技術規范[S].

　　[4] 姜淵.淺談混凝土裂縫產生的原因與防治[J].青島理工大學學報,2007,28:34.