吳愛國

中冶京誠工程技術(shù)有限公司，北京 100053

1 真空壓漿工藝概述

在后張預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)中，預(yù)應(yīng)力筋主要依靠成孔材料和漿體包裹這兩層屏障進(jìn)行防護(hù)。漿體除了具有保護(hù)預(yù)應(yīng)力筋的作用外，還會對后張預(yù)應(yīng)力混凝土強(qiáng)度產(chǎn)生重要影響。如果壓漿不飽滿，不僅會使梁的整體強(qiáng)度有所降低，還會導(dǎo)致裂縫提早出現(xiàn)。管道內(nèi)漿體的空隙、裂縫和殘留的空氣和水也會導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力筋產(chǎn)生銹蝕，直接威脅到結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性。真空壓漿是近年發(fā)展起來的一項技術(shù)，他克服了傳統(tǒng)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(yù)應(yīng)力筋的防腐效果，也大大調(diào)高了結(jié)構(gòu)的耐久性，延長了橋梁的使用壽命。

真空壓漿是將孔道系統(tǒng)封閉，一端用真空泵對孔道先進(jìn)行抽真空，使之產(chǎn)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(dāng)水泥漿從抽真空端流出且稠度與壓漿端基本相同，再經(jīng)特定的位置采取排氣和保壓措施，從而使?jié){體獲得飽滿、密實的一種施工工藝。

2 真空壓漿的優(yōu)點

1）由于孔道內(nèi)和真空泵之間的正負(fù)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(nèi)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(fù)壓下將率先排出孔道，進(jìn)入負(fù)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(tài)下可被汽化，隨空氣一同被抽出；

4）在真空狀態(tài)下，減小了由于孔道高低彎曲而使?jié){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(yù)應(yīng)力筋更能體現(xiàn)真空壓漿的優(yōu)越性；

5）真空壓漿其孔道必須具有良好的密封性，這就使?jié){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(yōu)化，可減少漿體的離析、泌水和干硬收縮，同時提高漿體的強(qiáng)度。

真空壓漿過程是一個連續(xù)且迅速的過程，縮短了壓漿時間。

2 真空壓漿的質(zhì)量控制

2.1 優(yōu)化真空壓漿漿體的配合比設(shè)計

2.1.1 漿體配合比確定原則

漿體設(shè)計是壓漿工藝的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，合適的水泥漿應(yīng)具有以下特性：

1）流動性能好；

2）均質(zhì)性好，孔隙率低，滲透性?。?/p>

3）具有輕微的膨脹性；

4）抗壓強(qiáng)度滿足要求；

5）與孔道各單元牢固粘結(jié)；

6）泌水性小。

為防止水泥漿在灌注過程中產(chǎn)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(zhì)，降低水灰比，減少空隙泌水，消除離析現(xiàn)象；

2）降低硬化水泥漿的孔隙率，堵塞滲水通道；

3）減少和補(bǔ)償水泥漿在凝結(jié)硬化過程的收縮和變形，防止管道脫空現(xiàn)象和裂縫的產(chǎn)生。

2.2 對材料的要求

1）水泥：采用普通硅酸鹽水泥，水泥強(qiáng)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(jī)質(zhì)；

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

2.3 技術(shù)指標(biāo)

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(xù)測定的結(jié)果平均值<1%；拌合24小時內(nèi)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(qiáng)度指標(biāo)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(shè)計實例

青臨高速第*標(biāo)段30m箱梁真空壓漿配合比設(shè)計：采用山鋁水泥有限公司所產(chǎn)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(jī)（轉(zhuǎn)速為120轉(zhuǎn)/分）。經(jīng)各項技術(shù)指標(biāo)對比篩選，確定水灰比0.34，灌漿劑量為10%。

3 加強(qiáng)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(zhì)量有很大影響，但這個環(huán)節(jié)往往不為人重視，水泥漿拌合是利用機(jī)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(tài)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(xì)度一般較小，其粒徑大致分布于3um～32um。干燥狀態(tài)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(tuán)塊。當(dāng)水泥加入水中后，水泥粉團(tuán)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(tuán)以固定形式存在，并抵抗攪拌產(chǎn)生的破壞作用。

3.1 水泥漿的拌合原理

在攪拌過程中，機(jī)械的運(yùn)動部件在旋轉(zhuǎn)時對液體產(chǎn)生剪切作用，液體在流經(jīng)器壁和安裝在容器內(nèi)的各種固定構(gòu)件時，也要受到剪切作用，這些剪切作用范圍內(nèi)形成紊亂對流擴(kuò)散，引起許多局部渦流擴(kuò)散。

攪拌引起的主體對流擴(kuò)散和渦流擴(kuò)散，增加了不同物料間顆粒接觸的表面積，減少了擴(kuò)散距離，從而縮短了擴(kuò)散時間。若物料成分和摻量相同，不同效率的和設(shè)備，使?jié){體達(dá)到理想混合狀態(tài)所需的時間不同。

3.2 普通拌合

低速拌合設(shè)備因為產(chǎn)生渦流的沖擊力過小，可能無法克服粉團(tuán)靜電吸附作用和水膜表面張力，從而難以達(dá)到上述的3條理想狀態(tài)。在試驗室條件下，因為拌合速度設(shè)備轉(zhuǎn)速有限，容易造成粉團(tuán)存在。雖然肉眼無法分辨，但從不同轉(zhuǎn)速下漿體流動的顯著改變，明顯能證明這一點。尤其當(dāng)粉團(tuán)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(dāng)采用高速拌合機(jī)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(xiàn)剪切作用，從而產(chǎn)生大量的局部性漩渦。這些漩渦迅速向四周擴(kuò)散，又把更多的液體卷進(jìn)漩渦中來，在小范圍內(nèi)形成渦流擴(kuò)散。更高的剪切作用和瞬間真空狀態(tài)導(dǎo)致的高速液體碰撞，能更有效地粉碎粉狀團(tuán)塊、擠出其空隙中殘留的空氣，從而得到密度和材質(zhì)更均勻的混合液體。

當(dāng)然不管何種拌合，并不能改變粉狀固體的粒度。

高速拌合設(shè)備除了能改善漿體均勻狀態(tài)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(kuò)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(nèi)的選擇對漿體的流動性有一定的影響，對其他指標(biāo)無明顯影響。而拌合機(jī)的轉(zhuǎn)速對水泥漿的流動特性有較大影響，相對于普通拌和機(jī)，高轉(zhuǎn)速拌和機(jī)具有明顯優(yōu)勢。所以在拌和機(jī)的選型上應(yīng)加以注意，建議拌和機(jī)主軸轉(zhuǎn)速不低于1 000轉(zhuǎn)/min。

對流動度的控制，現(xiàn)場測試為主，建議10s～18s為宜。

另外，為了灌漿施工的連續(xù)性，拌好的漿體需卸至集漿桶中存放。為防止固體顆粒發(fā)生沉淀，集漿桶應(yīng)具備慢速攪拌功能，壓漿期間保持葉片持續(xù)轉(zhuǎn)動。

4 管道系統(tǒng)密封方法選擇措施

真空壓漿工藝的優(yōu)點要得以實現(xiàn)，達(dá)到規(guī)定的真空度并在壓漿期間保持穩(wěn)定是關(guān)鍵，這就要求管道系統(tǒng)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(yù)應(yīng)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(qiáng)塑料波紋管，它具有密封性好、耐腐蝕、彎曲度和環(huán)剛度大、易于連接等優(yōu)點，施工中不易被振搗棒漏漿。目前主要有螺旋形和竹節(jié)形兩種，應(yīng)盡量采用螺旋結(jié)構(gòu)，可自旋入連接，操作方便，易于密封。

管節(jié)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(qiáng)度不足于抵抗灌漿時產(chǎn)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(qiáng)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(shè)備選型，采用優(yōu)質(zhì)連接部件，加強(qiáng)工前檢查，較易達(dá)到密封效果。

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

4.1 砂漿封錨的弊端

砂漿封錨是采用高強(qiáng)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(dá)到一定強(qiáng)度后進(jìn)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(qiáng)度低；

2）砂漿強(qiáng)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(yīng)于24小時內(nèi)壓漿）；

3）對于曲線預(yù)應(yīng)力管道，錨頭均設(shè)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(dá)不到要求，需敲掉重新封錨，延誤施工，相鄰孔道無法連續(xù)施工；

5）一旦砂漿密實性差造成漏氣，在0.7MPa穩(wěn)壓期時必然漏漿。嚴(yán)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(nèi)漿體不密實甚至脫空，難以補(bǔ)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(hù)罩，其杯底預(yù)留排氣孔，并與留有絲扣的金屬管焊接，金屬管外端設(shè)置球型閥門，可以在壓漿期間密閉。杯口外沿車出環(huán)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(yīng)安裝擠緊。杯口四角預(yù)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(nèi)知名的錨具廠家生產(chǎn)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(yīng)定型密封罩，需自行加工。自行加工的密封罩兩端直徑應(yīng)不等，內(nèi)端直徑易大出7mm，內(nèi)徑經(jīng)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(yōu)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(fù)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(nèi)漿體密實程度。這也可能是評定壓漿質(zhì)量的唯一手段；

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

5 設(shè)備選用

1）抽真空設(shè)備首選水環(huán)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(diào)節(jié)閥直接進(jìn)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(dá)到-0.07MPa以上的真空度；

2）壓漿機(jī)首選螺桿式壓漿機(jī)，它具有出漿速度快、流量和壓力調(diào)節(jié)簡單方便的特點，適用于各種長度、各種直徑的預(yù)應(yīng)力孔道壓漿。灌漿過程中，水泥漿在密封腔內(nèi)被螺桿勻速推進(jìn)，故輸送量均勻，壓力平穩(wěn)，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(zhuǎn)速低、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。由于活塞往復(fù)式運(yùn)動的特點，排氣不連續(xù)，導(dǎo)致氣流脈動，且有較大的振動。造成漿體前進(jìn)速度和壓力不均勻；

3）拌和設(shè)備推薦拌和一體機(jī)，它集成了拌和、儲漿、壓漿等各項功能，結(jié)構(gòu)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(zhì)量控制

真空壓漿工藝的核心是保證孔道內(nèi)的漿體飽滿密實，所有的質(zhì)量控制都應(yīng)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(xiàn)癥狀

1）壓漿初凝后，從進(jìn)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(jìn)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(nèi)部隱蔽缺陷而漏漿；

6）封錨不嚴(yán)而漏漿；

7）上下或左右孔道串孔等。

通過上述現(xiàn)象均可判斷孔道漿體不密實，內(nèi)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(fā)現(xiàn)并妥善處理，將直接影響結(jié)構(gòu)物的使用壽命。

6.2 造成孔道壓漿不密實的原因分析

設(shè)計方面的原因：

1）設(shè)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(shè)計孔道曲線長、曲率小、曲折點多；

3）設(shè)計規(guī)定的材質(zhì)不佳，孔道內(nèi)摩阻系數(shù)大。

施工工藝方面的原因：

1）施工中成孔質(zhì)量不好。孔道直徑粗細(xì)不均勻或有偏孔、頸縮現(xiàn)象，力筋勉強(qiáng)可以穿入，但水泥漿無法通過；

2）成孔材質(zhì)選用不當(dāng)?？妆诖植?、坍落、掉皮、波浪、折皺等；

3）孔道串孔、內(nèi)漏、封錨不嚴(yán)，不能保壓持荷；

4）排氣孔設(shè)置不當(dāng)。特別是連續(xù)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(jìn)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(wǎng)狀栓塞，壓漿時此處過水過氣而不過漿；

6）制漿不規(guī)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(dāng)。水灰比過大，不但強(qiáng)度降低，而且泌水率增大，水被吸收或蒸發(fā)后，即形成空洞；

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

8）壓漿機(jī)性能不好。壓力不夠或無法保壓持荷，致使孔道內(nèi)水泥漿不能長距離運(yùn)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(xì)微空間。

在以往的項目上，我們通過調(diào)查總結(jié)，對易發(fā)問題進(jìn)行了排列，圖表如下：

箱梁壓漿質(zhì)量問題調(diào)查表

經(jīng)計算，影響箱梁壓漿施工質(zhì)量的主要因素是端頭處飽和度、拆閥時間、漿體質(zhì)量、機(jī)械設(shè)備，其累計頻率達(dá)92%，是解決問題的主要對象。其中端頭不飽滿是關(guān)鍵，因為它是密封管道系統(tǒng)的一部分，且處在最不利位置，所以它既是判斷孔道內(nèi)漿體狀況的最直觀依據(jù)，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(jī)、物、法、料5個方面的分析調(diào)查，我們總結(jié)出相關(guān)因素的邏輯關(guān)系，見以下關(guān)聯(lián)圖。

經(jīng)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(dǎo)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(zhì)上也導(dǎo)致孔道內(nèi)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(huán)利用。（壓漿后6小時內(nèi)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(yīng)嚴(yán)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(jìn)行排氣、放漿操作，有均勻濃漿出現(xiàn)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(fù)同樣步驟。

3）保壓時間不夠

放漿完成后，關(guān)閉除進(jìn)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(bǔ)償。亦可防止在自身重力和內(nèi)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(jìn)氣

在施工過程中經(jīng)常出現(xiàn)連接部位漏漿現(xiàn)象，降低了壓漿質(zhì)量。主要原因是橡膠圈老化變形、凹槽內(nèi)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(yīng)加強(qiáng)清理檢查，易損件及時更換。密封罩安裝時，應(yīng)對角交替擰緊其固定螺栓，使其密貼于錨墊板。排氣孔應(yīng)位于上端。

5）底板混凝土振搗質(zhì)量差

由于底板混凝土振搗質(zhì)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(cè)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(qū)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(jìn)行孔道密閉性檢查，即往孔道內(nèi)灌注清水以查清是否泄漏，同時起到?jīng)_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(zhǔn)確

拌漿過程中，由于水泥材料計量不準(zhǔn)確，可能造成漿體的稠度忽高忽低，無法滿足要求。應(yīng)根據(jù)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(biāo)記。此項措施即保證了計量準(zhǔn)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(yīng)為水—外加劑—水泥，水泥應(yīng)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?？倲嚢钑r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(fā)生離析，過高易發(fā)生早凝?；覞{溫度過高一般由水泥溫度過高導(dǎo)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(yīng)采用水泥提前幾天分裝成袋，陰涼處存放降溫。夏季環(huán)境溫度較高時，各種原材料經(jīng)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(shù)規(guī)范》.

[2]《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTJ041-2000）.

[3]《公路工程質(zhì)量檢驗評定標(biāo)準(zhǔn)》(JTG-F80-2004).