介绍一种新的压浆工艺

53一种新的预应力管道压浆工艺周泽兵1周孟纯1李劲松2（1江西科力咨询监理有限公司南昌330003）（2庐山公路分局庐山332900）摘要：在中江高速公路一些重要桥梁施工中，对后张法预应力管道压浆采用新型的真空压浆工艺。该工艺克服了普通压浆的一些缺陷，增加了浆体的强度和致密性，减少了对钢绞线的锈蚀，取得了很好的效果。本文着重从工艺、材料、设备、效果、注意事项等方面介绍真空压浆新工艺，建议推广使用。主题词：桥梁工程；预应力管道压浆；真空压浆；新工艺0前言对预应力管道压浆的传统工艺中存在一定的结构缺陷，如浆体不密实、不饱满，有气泡甚至局部形成孔洞，浆体强度较低，同时因为局部不密实和孔洞使水份和氧气有可能渗入预应力筋，预应力筋在水份和氧气长时间的作用下产生锈蚀，对桥梁的使用安全和耐久性有很大的影响。中江高速公路（江鹤高速公路）全线桥梁多，结构形式也较多，在后张法梁板的几个大型工程，如西江特大桥、江门大桥中江一标预制厂、江鹤五标预制厂等，对管道压浆采用了一种新型的压浆工艺——真空压浆。本文通过这些工程的实践，介绍这种注浆新工艺。1真空压浆工艺的历史和工作原理早在上世纪90年代，欧洲和北美已经普遍采用真空灌浆技术，取得了良好的效果；我国在本世纪初也在某些大型桥梁上开始使用真空压浆工艺。国内有的资料上叫做真空吸浆，其工艺特点是重在“吸”，但真空压浆除了有“吸”的工艺，还通过设备主动压浆使得工艺进一步完善，效果也就更好。真空压浆就是在接近真空的状态下进行压浆。即通过抽真空手段，使在预应力管道内达到一定的真空度。一般情况真空度达到80％以上，管内形成－1.0MPa左右的负压，然后通过压浆设备以一定的压力将水泥浆压入预应力管道，在管道内形成致密高强的浆体。2真空压浆的优点和以往的普通压浆工艺相比，真空压浆由于工艺上的改进和水泥浆性能的改善，使施工质量大为提高。主要表现在以下几个方面：2.1密实度和强度增加收稿日期：2005-03-11预应力管道在压浆前处于一定的真空状态，原来残留的水珠和大部分空气被抽出，使在浆体内气泡和水泡形成的机会大大减少；而在注浆过程中的负压保持，使水泥浆拌和过程中产生的泡沫在压入管道后能被抽出，浆体的气泡、空隙形成机会大大减少，密实度和强度都增加。2.2浆体强度提高采用真空压浆，其水泥浆的性能可以大大改善，水灰比大幅减小，浆体强度可以达到很高的程度。普通压浆方式的水灰比一般在0.4～0.45左右，稠度也在22s以下，试件强度在30MPa～40MPa之间，普通浆体容易产生离析、泌水，硬化后收缩大，因而产生较多的空隙、水泡气泡甚至孔洞；要达到50MPa以上强度时必须使用52.5以上的高标号水泥或降低水灰比。但一味地降低水灰比，其稠度过大，会使压浆工作难以进行，稍有不慎就容易造成压浆管道堵塞或抽浆不起来。如果局部孔道稍有堵塞，更容易使预应力管道压浆工作失败，处理起来更麻烦，造成较大的损失。而采用真空压浆，在可以保证顺利压浆的条件下，大大调整水泥浆性能。在中江高速公路西江特大桥采用的水泥浆试验参数见下表1：表1水泥标号水灰比（％）塑化剂（％）膨胀剂（％）稠度（s）泌水率（％）膨胀率（％）强度MPa7d28dP.o42.5R0.302.210280.41.256.872.6实践证明，该水泥浆稠度大，泌水少，少量的游离水可以在水泥浆水化期间全部吸收，浆体收缩小、强度高，不会在浆体内形成水泡和孔隙。2.3浆体更致密因为真空负压以及压浆的正压力所产生的压差，使浆体在低水灰比低流动性的条件下能够快速顺畅地通过管道；由于管内真空条件，可以使水泥浆充满每个空隙，在压浆后期停抽真空后保持压浆54图1建设中的雄伟的西江特大桥压力的阶段，使得浆体挤入每个细小空隙并使浆体更为致密。2.4真空压浆工艺采用聚乙稀塑料波纹管真空压浆的工艺要求采用高强高密度耐高温的聚乙烯塑料波纹管（通过中江高速公路总监办中心实验室的试验数据表明，该波纹管在80℃时可以保持原来的强度且不变形，在超过120℃时开始产生塑性变形和软化，完全能满足桥梁波纹管的要求），其良好的绝缘性能可以有效减少钢绞线的电化腐蚀，加上高致密性的浆体也可以防止氧气和水份对钢绞线的锈蚀，从而提高预应力结构的安全性和耐久性；真空压浆也可以采用传统的金属波纹管作为预应力管道，但必须认真注意管道的密封性。3真空压浆的设备及工艺要求真空压浆除普通压浆工艺外，关键是真空度的实现。真空度的实现通过抽真空设备以及密封系统来完成，所以必须增加一套抽真空设备和必要的密封部件。3.1设备及材料除了普通的压浆设备、水泥净浆配制设备外，还必须配备抽真空设备及辅助管道、压力表、控制盘、开关阀门、密封罩等，一套齐全的抽真空设备费用在2万元左右。采用的抽真空设备是柳州欧维姆机械有限责任公司生产的ZKB120型水环式真空泵，配备过滤器、观察管等。在西江特大桥及江鹤五标预制小箱梁全部采用的高密度高强聚乙烯塑料波纹管；但西江桥和江门大桥主桥依旧采用金属波纹管，效果良好。3.2工艺过程3.2.1切除纲绞线并冲洗管道预应力钢束张拉完成后，按照封锚和封端要求切除钢绞线，冲洗管道，并用高压空气吹洗干净。3.2.2密封短管道主要密封工作在封锚端，而对于长度很长、管道曲线较大的，须在管道最低点和最高点留设排气、排水、排浆的辅助管道，也要注意密封好，保证抽真空达到足够的负压。在封锚端一般采用２种密封形式：a、密封罩：密封罩比锚具稍大，能罩住整个锚具及切割剩下的钢绞线头，用锚垫板上的安装孔用螺栓固定（注意必须采用密封橡胶垫，橡胶垫上均匀涂抹玻璃胶加强密封效果，刚开始时采用黄油密封，但在抽真空时因为负压作用，有的黄油被吸入管道内，对钢绞线有污染，所以用黄油的方式不妥），密封罩密封密封效果较好，速度快，密封后半个小时就可以进行抽真空作业，且密封罩可以多次使用。因此，采用密封罩方式较多。第二种办法是用高标号水泥砂浆封锚，为保证密封效果，封锚厚度须保证20cm左右，封锚24h后才可以进行抽真空作业。由于封锚砂浆养生难以控制，容易产生一些裂纹而影响密封效果，同时因封锚太厚，封端时必须将该处砂浆凿除一部分，必将碰触锚具，容易造成滑丝等其它问题。3.2.3压浆前准备压浆前的准备工作有安装真空泵机组、抽真空端的开关、抽气管道、观察管道、压力表、空气滤清器、排浆阀及普通压浆系统，同时对管道密封情况进行检查，检查无问题后即可准备抽真空。3.2.4抽真空及配置浆液设备准备妥当后，关闭吸气开关以外的所有阀门，开始抽真空，使真空度达到-0.8MPa以上，并保证在停机1s时间真空度不低于-0.6MPa（如果无法保持，说明密封效果不好，应立即检查密封系统，直至达到负压要求）。在负压满足条件后立即按照试验确定的水灰比拌制水泥净浆，由于该水泥浆的水灰比小、流动性差，在进入压浆设备前必须不停的搅动。3.2.5压浆在真空度满足要求，浆液配置充足后，启动注浆泵（注意刚开始的浆液不能直接注入管道，先排出观察，达到正常浓度后慢慢打开进浆阀门，关闭观察阀），开始往管道内压浆。在压浆过程中，真空泵必须连续工作，且保证一定的负压。3.2.6停抽真空和保压在真空泵与抽气管道中设置一段透明加筋管道，也可以用玻璃管道，作为观察管道。如果看到观察管道内有水泥浆通过，立即关闭吸气开关，防止水泥浆进入空气滤清器，停抽真空。同时打开排浆阀和排气阀（此时压浆不能停止），水泥浆溢出，当溢出的水泥浆浓度和压入的浓度一致时关闭排浆阀和排气阀（此时排气阀流出的也是浓浆），按规范要求在1.0MPa的压力下保持2min，再关闭进浆阀，压浆工作完成。3.2.7工后清理工作压浆工作完成，立即清洗设备或转入其它压浆，注意密封罩应在压浆完成2h～4h拆除，管道上的阀门设备也要在水泥浆终凝完成后才能拆除，拆除后立即清洗，进行必要的检查后才允许重复使用。53图2中江高速公路西江特大桥工地的试验梁4真空压浆的注意事项：4.1真空度达到要求真空度的实现关键在于密封工作，在锚头位置的密封必须细致。如果管道很长，需要设置多处排浆和排气管，同样必须做好这些位置的密封工作，以保证真空度达到规定要求。4.2准备工作充分准备工作必须充分，指挥协调有序。各道工序衔接娴熟顺利，尤其是抽真空、注浆、关阀、停抽真空、排浆、关阀、保压工作必须流畅，阀门的操作不得随意，要及时、迅速，以保证负压状态压浆和足够的保压阶段。这样浆体才能充满所有间隙，浆体才能致密，达到高强度、高致密性要求。4.3检查和保养设备设备、阀门要勤检查和保养，及时更换有问题的管道和阀门。工作过程中不能出现故障，严格按照操作规程操作，保证工序顺利。4.4外加剂水泥浆的配置要以试验为前提，相应加入与水泥适应性相匹配的外加剂，如膨胀剂、塑化剂等。配置时用料准确，保证浆液性能符合试验要求，才能保证浆体达到预期的高强度和高致密性。5结语为了准确了解浆体的质量情况，在中江高速公路西江特大桥做了一片试验梁，梁长20m，预应力管道成曲线布置。到龄期后进行破坏性检查，在所有浆体内没有出现以往的那些气孔和气泡，浆体致密、饱满、均匀；在曲线位置最高的管道内也没有出现气室，浆体与管道贴合良好；同时钢绞线与浆体握裹良好，单根钢绞线的钢丝内也布满水泥浆。在对施工中抽取的试件平均7天强度达到56.8MPa，28天强度72.6MPa，表明真空压浆取得了良好的效果。通过实践证明，真空压浆工艺比普通压浆工艺更为合理。只要水泥浆严格认真配制，抽真空及压浆过程操作认真，工序衔接顺畅，压浆形成的管道内浆体饱满、密实、均匀、高强度，有效的减少水泡、气泡，大大减少后期预应力损失，减少预应力筋的水化、氧化腐蚀；加上绝缘管道的使用，也会减少电化腐蚀的可能性，为预应力体系的安全性、耐久性提供了良好的保障。真空压浆工艺值得推广应用。参考文献：[1]JTJ041-2000公路桥涵施工技术规范[S][2]JTJ023-85,公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范[S].伸长量可以直接用下式计算得出：△Lz=PkLz/(AyEg)3结语综上所述，我们量测的钢绞线的伸长量ΔLs加上初应力时的伸长量ΔLc，再减去工作长度的伸长量ΔLz，才是钢绞线的实际伸长量。设钢绞线的实际伸长量为ΔLsj，计算公式如下：△Lsj=△Ls+△Lc-△Lz=△Ls+△Ls(Pc/(Pk-Pc))-PkLk/(AyEg)=△Ls/(1+Pc/(Pk-Pc))-PkLk/(AyEg)=△Ls/(1-Pc/Pk)-PkLk/(AyEg)用文字表达则为公式：实际伸长量钢绞线的实际伸长量=------------------------1-初张拉应力/控制张拉力控制张拉力×工作长度—-------------------------预应力筋截面积×弹性模量参考文献：[1]JTJ041——2000,公路桥涵施工技术规范[S].[2]姚玲樊.桥梁工程[M].北京:人民交通出版社,1990.[3]程葆真.冷拔丝预应力构件设计与施工[M].北京:人民交通出版社,1987.