摘要:本文结合张石高速公路二期明铺大桥工程中预应力桥梁的预制灌浆的实例，介绍真空吸浆技术的原理、工艺、技术要求、和施工程序。
关键词： 预应力混凝土梁、孔道灌浆、真空吸浆技术、 施工
THE NEW TECHNOLOGY FOR PRE-STRESSED GROUT POURING:THE VACUUM GROUT SUCTION TECHNOLOGY
Jiaqing-Zhu Zhangtian-liang
Shandong Expressway Group Engineering Consultants Co,Ltd
Qing Dao Bay Bridge Engineering Consultants Office
Abstract:Based on the Mingpu bridge built in the The second period Zhang—Shi Highway Road, the paper introduces the vacuum grout suction technology.
Keywords:Stressed-concrete beam grout-pouring the vacuum grout suction technology construction
一、引言：
张石高速二期高速公路L13标合同段位于张家口南蔚县山区海拔1500米处，全长2.18公里。其中隧道4条、路基3段、桥梁6座。明铺大桥是该合同段中一个重要的单位工程，全长1540m，包括明铺1号大桥、明铺2号大桥、明铺3号大桥各两座，共计344片预制梁。桥梁预制工艺为后张法工艺。
依据《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000），在后张预应力混凝土桥梁施工中，预应力钢绞线张拉到规定的张拉力后，必须对孔道进行灌浆。对孔道灌浆的主要目的是防止预应力钢绞线锈蚀，并通过凝固后的水泥净浆将预应力更为均匀地传递到混凝土结构中。在国内普遍使用的方法是:在结构混凝土内部预埋金属波纹管，在一定的压力下，用压浆机将水泥浆压入预应力孔道。这种传统的施工工艺容易使压入预应力孔道的水泥浆产生泌水、离析，凝固后干缩，出现空隙，使浆体不够饱满、不够密实。另外，空隙中滞留的水分也会使预应力钢绞线发生氧化锈蚀，直接影响到混凝土桥梁的安全性和耐久性。
本标段预制的桥梁灌浆工艺采用的是不同于传统压浆工艺的真空吸浆工艺。
二、真空吸浆工艺的优点：
真空吸浆工艺是一新型的管道注浆工艺，它的基本原理是：在灌浆之前，在密封孔道一端用真空泵对预应力孔道进行抽空，使之处于负压状态；在另一端用灌浆机以大于0.7MPa的压力将水泥浆注入孔道。由于孔道内只存有少量的空气，很难形成气泡；同时由于孔道与灌浆机之间的正负压力差，大大提高了孔道灌浆的密实度和饱满度。
与传统的工艺压浆技术相比，该技术具有很多的优点：首先，消除了传统工艺所引起的气泡、空隙，增强了浆体的密实度和饱满度。其次，浆体中的泡沫和浆体在真空负压环境下率先流入负压容器，孔道中的浆体稠度能够保持一致，使浆体的密实度和强度得到保证，特别是对于高低弯曲的空间孔道更能体现该施工技术的优越性。最后，真空吸浆技术施工连续、迅速，缩短了灌浆时间，同时也保证了孔道的密封。
三、真空吸浆的技术要求
1、真空吸浆技术要求预应力孔道及其两端必须形成全密封体系。这是该技术成功与否的关键。目前，采用该技术时，大多数都选用高密度聚乙烯塑料波纹管作为成孔材料。聚乙烯塑料波纹管与传统的金属波纹管相比，磨擦阻力系数小、耐腐蚀、密封性好。同时，还具有良好的绝缘性，可以有效地隔断杂散电流对预应力钢绞线的电化学腐蚀。真空吸浆技术和塑料波纹管配套使用，为后张预应力体系提供一种更为可靠的保护措施，更好地提高预应力结构的安全性和耐久性。
2、施工设备除了传统的压浆设备外，真空吸浆工艺还需要抽空气的真空泵，压力表和控制盘、压力瓶、干净的加筋输浆管、气密阀以及吸气密封锚帽。抽真空机是真空吸浆工艺的关键工具，在本工地现场使用的是一台SK-15型水环式真空泵，通过连续不断地抽去空气，在预应力管道内形成-0.1MPa左右的真空度，在工作过程中，工作水循环，抽取空气，水分被排进水气分离器，气体向上排走，水则流进泵内，循环使用。被抽吸的管道内杂质则留存在过滤器内通过排污阀用水冲洗去。灌浆用的水泥净浆需要具有一定的流动性。水灰比越大，流动性越大。水泥浆通过孔道越容易。同时，水灰比越大，浆体硬化后的收缩也越大，产生的空隙也越大，浆体强度也越低。这是传统压浆工艺的不足。真空吸浆工艺过程中，由于灌浆机与孔道间的压力差，水泥浆在孔道内的阻力变小，使得低水灰比、流动性小的水泥浆体也能快速地通过波纹管道并充满所有的空隙,最大可能的减少泌水、收缩，提高了孔道灌浆的密实性和饱满度，同时由于水灰比小使凝固后的浆体强度大大提高。
3、水泥灌浆配合比的设计：灌浆材料是影响灌浆质量的重要因素，优选最佳灌浆材料，要求对钢绞线要具有良好的抗腐蚀性能、足够的流动度和良好的抗泌水性。在《公路桥涵施工技术规范》JTJ041-2000“后张孔道压浆”中明确规定水泥浆的技术条件应符合下列规定：水灰比宜为0.4～0.45，掺入减水剂水灰比可减小到0.35；水泥浆的最大泌水率不超过3%。3h泌水率宜控制在2%，泌水应在 24h内重新被全部收回。水泥浆中掺入适量的膨胀剂膨胀率小于10%.水泥浆稠度14～18S.
张石二期高速公路明铺大桥桥梁预制管道灌浆所用的水泥浆原材料：山西大同P.O42.5R水泥添加北京科宁ADD-10膨胀剂、ADD-NS高效减水剂与水混合后，水泥浆的性能以及硬化后的强度都达到了设计的要求。该水泥净浆配合比符合《桥涵施工技术规范》，能够满足设计施工要求。
各材料的性质指标见下表
P.O42.5R水泥、高效减水剂、水、膨胀剂性能指标
2006年5月7日，预制梁厂对明铺一号大桥的第一片19.8m预制梁进行了预应力管道注浆，从注浆现场试块强度情况来看，试块7d强度36.8MPa；28d强度42.9MPa。该配合比是满足要求的，吸浆工艺是成功的。
四、吸浆工艺的注意要点：
真空吸浆工艺成功与否，关键在于能否进行管道的密封、在于波纹管接头的密封以及工作锚垫板的密封、在于工具的封锚和水泥浆体的封锚。
合适的水泥浆配合比是有效发挥真空吸浆工艺优势的重要保证。试验室要认真选择、比较不同水泥和外加剂的适应性，进行水泥浆配合比的优化设计，选择最佳水泥浆配合比。灌浆设备要保持良好的工作性能，操作规范合理，设备清理及时。
五、结束语：
通过对灌浆后的预应力孔道的几个样点的检查，表明孔道内的浆体饱满密实钢绞线间充满水泥浆体，灌浆效果明显。事实证明真空吸浆技术能够保证预应力孔道灌浆均匀、可提高预应力混凝土结构的安全性和耐久性，可以在施工中推广应用。
|
厂家 |
细度
% |
安定性 |
凝结时间 |
标准稠度% |
强度MPa | ||||
|
抗折强度 |
抗压强度 | ||||||||
|
初凝 |
终凝 |
3d |
28d |
3d |
28d | ||||
|
大同水泥厂 |
4.4 |
合格 |
3h22min |
4h28min |
28.4 |
6.1 |
8.3 |
26.5 |
46.3 |
|
北京科宁外加剂厂 |
细度（%） |
含水率（%） |
PH |
对钢筋有
无锈蚀性 |
推荐掺量（%） |
种类 |
|
6.8 |
0.5 |
7.6 |
无 |
0.8～1.5 |
萘系粉剂 |
|
水 |
PH值 |
不溶物，mg/L |
可溶物，mg/L |
Cl-，mg/L |
SO42-，mg/L |
当量Na2O, mg/L |
|
蔚县 |
7.01 |
116 |
104 |
140.92 |
324.34 |
11.42 |
|
厂家 |
名称 |
细度（0.08mm）% |
限制膨胀率%（空气中21 d） |
抗折强度MPa |
抗压强度MPa |
凝结时间 | |||
|
7 d |
28d |
7 d |
28d |
初凝min |
终凝h | ||||
|
北京科宁外加剂厂 |
膨胀剂ADD-10 |
8 |
-0.006 |
4.7 |
6.9 |
26.7 |
48.3 |
148 |
5.2 |
孔道注浆配合比及试配、强度情况
|
大同水泥 |
科宁膨胀剂 |
科宁高效减水剂 |
水 | |||
|
P.O42.5R |
ADD-10 |
ADD－NS |
饮用水 | |||
|
1.0 |
0.06 |
0.01 |
0.35 | |||
|
试配情况 |
大同水泥 |
科宁膨胀剂 |
科宁高效减水剂 |
水 | ||
|
6.00kg |
360g |
60g |
2.1kg | |||
|
容重 |
实际w/c |
稠度 |
膨胀率 |
泌水率 |
备注 | |
|
1990kg/m3 |
0.342 |
15.5s |
8.6% |
1.2% |
实际用水2050g，24小时，所作试件已经凝固。 | |
|
强度MPa |
试件尺寸mm |
7 d |
28d | |||
|
70.7×70.7×70.7 |
42.3 |
39.7 |
45.9 |
44.8 | ||
|
38.7 |
43.7 | |||||
|
41.2 |
46.1 | |||||
|
36.7 |
44.5 | |||||
|
39.8 |
43.8 | |||||
|
39.5 |
44.8 | |||||
2006年5月7日，预制梁厂对明铺一号大桥的第一片19.8m预制梁进行了预应力管道注浆，从注浆现场试块强度情况来看，试块7d强度36.8MPa；28d强度42.9MPa。该配合比是满足要求的，吸浆工艺是成功的。
四、吸浆工艺的注意要点：
真空吸浆工艺成功与否，关键在于能否进行管道的密封、在于波纹管接头的密封以及工作锚垫板的密封、在于工具的封锚和水泥浆体的封锚。
合适的水泥浆配合比是有效发挥真空吸浆工艺优势的重要保证。试验室要认真选择、比较不同水泥和外加剂的适应性，进行水泥浆配合比的优化设计，选择最佳水泥浆配合比。灌浆设备要保持良好的工作性能，操作规范合理，设备清理及时。
五、结束语：
通过对灌浆后的预应力孔道的几个样点的检查，表明孔道内的浆体饱满密实钢绞线间充满水泥浆体，灌浆效果明显。事实证明真空吸浆技术能够保证预应力孔道灌浆均匀、可提高预应力混凝土结构的安全性和耐久性，可以在施工中推广应用。
参考文献：
1、《桥涵施工技术规范》JTJ041-2000
2、《张石高速公路二期施工技术指南》
