真空辅助压浆技术在某特大桥的应用
1、工程概况
xx高速公路第二合同段三xx特大桥全长1268.2m，上部结构采用8×（5×30m）的八联先简支后连续预制箱梁结构和1×（2×30m）的第九联两孔整体现浇箱梁结构。其中预制部分为30米箱梁，共400片。
预制箱梁张拉采用部分预应力后张法施工，预应力钢筋采用Ф
j15.2钢绞线，每片梁8束；下部结构采用钻孔灌注桩基础，圆柱式桥墩。
为确保三xx特大桥结构的安全和耐久性，根据江苏省高速公路指挥部和xx高速公路总监理工程师办公室文件精神，桥梁上部构造后张法预应力混凝土梁一律采用真空辅助压浆工艺进行灌浆。
2、传统压浆与真空辅助压浆对比
在后张有粘接预应力混凝土结构中，预应力筋和混凝土之间的共同工作以及预应力筋的防腐蚀是通过在预埋孔道中灌满水泥浆来实现的；另外，在预应力状态下为防止预应力筋发生滑丝及长期放置发生预应力筋腐蚀，在一批预应力筋张拉完毕后，也要求立即对孔道灌浆。
众所周知，传统的做法是采用强制压力压浆法来灌浆，即在0.5-1.0Mpa的压力下，将水灰比0.4-0.45的稀水泥浆压入孔道。国内外就灌浆的工程实践和经验教训，使人们一直忧虑传统压力灌浆效果的问题。后张预应力混凝土结构中，预应力筋的腐蚀大部分是由于施
工工艺和浆体混合料配制不好造成的。传统压力灌浆中，浆体本身和施工工艺带有一定的局限性，主要表现为：灌入的浆体中常会含有气泡，当混合料硬化后，存集气泡会变为孔隙，成为自由水的聚集地。这些水可能含有有害成分，通过发生化学或电化学反应而造成预应力筋及构件的腐蚀；在北方严寒的地区，由于温度低，这些水会结成冰，可能会胀裂管道、形成裂缝，造成严重的后果。另外水泥浆容易离析，析水、干硬后收缩，析水后会产生孔隙，致使浆体强度不够，粘接不好，为工程留下了隐患。
为此有必要将传统压浆工艺进行改进，将真空辅助压浆工艺等技术应用于预应力孔道施工中，使灌浆工艺更加完善合理。其基本原理为：在压浆之前，首先采用真空泵抽吸预应力孔道中的空气，使孔道内的真空度达到80％以上，使之产生-0.06至-0.1Mpa的真空度，然后用灌浆泵将优化后的水泥浆从孔道的另一端灌入，并加以0.7Mpa的正压力。由于孔道内只有极少的空气，很难形成气泡。同时，由于孔道与压浆机之间的正负压力差，大大提高了
孔道压浆的饱满度和密实度。减小了水灰比，添加了专用的添加剂，提高了水泥浆的流动度，减小了水泥浆的的收缩，从而保证了浆体的可施工性、充盈孔道的密实性和提高硬化浆体的强度。因此真空压浆工艺是提高后张预应力混凝土结构安全度和耐久性的有效措施。且真空压浆过程是一个连续且迅速的过程，也缩短了压浆时间，加快工程施工进度。
真空辅助压浆的整体过程如图1所示：
3、真空压浆技术要求
对后张预应力孔道采用真空压浆施工工艺，须从孔道成型、水泥浆配制等方面进行施工前期控制，其技术要求有以下几点：
3.1预应力孔道用的管材必须具有一定的刚度和坚固性并不易被振捣棒凿破，必须与混凝土可靠粘结，防止在孔道抽真空中，管道瘪凹。
3.2在预应力张拉施工完成后，必须保证钢绞线外露量大于3cm，以便于封锚。封锚时，要将外露钢绞线、锚垫板、夹片等全部包裹，使覆盖层厚度>15mm，同时注意清理压浆孔和排气孔，压浆应在封锚后24～48小时内进行。
3.3孔道及两端必须密封，且孔道内无杂物，孔道畅通。
3.4真空泵的压力表需预先标定，抽真空时，真空度控制在-0.06～-0.1Mpa之间。
3.5水灰比控制在0.3～0.4之间，本工程取0.35。
3.6浆体净浆马氏锥（1.725L）流动度14～18秒。
3.7浆体泌水率宜控制在2%，泌水应在24h内重新全部被浆吸回。
3.8浆体初凝时间为6～8小时。
3.9浆体体积收缩率＜2%。
3.10浆体7天龄期强度≥40Mpa；
3.11浆体对钢绞线无腐蚀作用。
4、真空辅助压浆施工的原材料及设备
4.1 原材料
4.1.1水
拌制水泥浆的水应采用自来水或者纯净的河水，本工程采用后者，取水于三xx，其质量指标符合《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）对混凝土拌和用水的要求；并且每升水中的氯化物离子或其它任何有机物含量不超过500mg。
4.1.2水泥
水泥宜采用42.5级以上的硅酸盐水泥或硅酸盐袋装水泥，本工程采用42.5级的普通硅酸盐袋装水泥，其质量指标符合《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）对混凝土用水泥的要求。并在施工前先做了与专用孔道压浆剂匹配的适应性试验。
4.1.3预应力孔道压浆专用外加剂
应采用后张有粘结预应力混凝土高性能压浆专用外加剂，其主要性能具有高效减水、增强的功能，基本无泌水，无毒、无辐射、不含引起钢材锈蚀的物质。掺入后能使灌浆材料在整个水化硬化的不同阶段产生适度的微膨胀（＜10%），以补偿水泥浆体的塑性收缩、干燥收缩、和自身体积收缩变形，并应具有适度缓凝和保持流动性的能力。掺用专用外加剂后拌制的浆体应达到前文所述主要技术指标。
本工程选用南京凯迪建材公司生产的高效减水专用孔道灌浆剂FDN-8。
4.1.4水泥浆配合比：
本工程采用水泥浆配合比：水泥：水：专用外加剂=1382：484：124.4=1：0.35：0.09
各项指标实测试验结果汇总如表1：
4.2 预应力混凝土桥梁用波纹管
预应力混凝土桥梁用波纹管可采用塑料或者金属波纹管，塑料波纹管进场检测的主要内容为：外观、环刚度、局部横向荷载、柔韧性以及抗冲击性，试验方法及具体技术指标要求应符合《预应力混凝土桥梁用塑料波纹管》（JT/T529-2004）规定。
金属波纹管应采用镀锌双波纹金属波纹管，成品的规格、尺寸、性能、试验方法应符合建设部行业标准《预应力混凝土桥梁用金属螺旋管》（JG/T3013-94）中的规定。且金属波纹管必须有质保书，附有钢带的生产厂及质量证明书，还有抗均布荷载、抗集中荷载及抗渗透
性能的检验报告。金属波纹管进入现场后应逐根检查外观，表面不得有油污附着物、空洞和不规则的折皱，咬口无开裂和脱扣现象。
钢带的厚度应满足表2要求：
圆形波纹管规格和技术条件 mm 表2
目前常用的成孔材料为金属波纹管，而真空压浆较理想的成孔材料为高密度聚乙烯塑料波纹管（以较小的孔道摩阻力及电绝缘性能取胜），考虑目前的预应力结构设计及施工单位的成本承受力，这里对真空压浆与金属波纹管的结合使用做一个讨论。
（1）孔道摩阻方面：塑料波纹管孔道摩阻较小，但金属波纹管的孔道摩阻依然能满足现行规范要求。
（2）保证预应力筋的耐久性：无疑塑料波纹管有着毋庸置疑的优势，我们知道，预应力筋在张拉后，基本上是紧贴孔道。已压注水泥浆的预应力筋的腐蚀，主要成因为电化学腐蚀。电化学腐蚀的要素除外电、感应电等存在的电流影响外，还需具备电解液或有害气体。而真空压浆技术恰恰在这方面从工艺上最大限量地减小了电解液的存在（密实、气泡少、填充预应力筋间隙密实、硬化浆液基本无自由水），也就是说基本杜绝了形成电化学腐蚀的条件，从而保证了预应力筋的耐久性。
3）金属波纹管与混凝土及压注浆液结合强度较好。
4）金属波纹管较塑料波纹管成本节省接近一倍。
综合考虑以上因素，三xx特大桥预制箱梁场采用的是内径55mm的圆形双波纹镀锌金属波纹管。
4.3 真空辅助灌浆设备
4.3.1压浆设备包括：螺旋强制式压浆泵、1000转/min高速循环水泥浆体搅拌机、计量设备、压力表、储浆桶、过滤器、高压橡胶管、连接头和控制阀。
4.3.2 真空辅助设备包括：排量为2m
3/min 的SZ-2 型真空泵、压力表、控制盘、压力瓶、加筋透明输浆管、气密阀和气密盖帽。真空泵有空压机抽真空和水循环抽真空两种，均可使用。本预制场采用后者。
5、施工工艺流程及工序操作关键点
5.1 工艺流程
压浆用水泥配合比专项试验→波纹管留孔→压浆设备准备→切割锚头部分钢绞线→封锚→锚头安装控制阀门→连接真空泵对孔道抽真空→制浆并压浆→做好施工记录并制作标准养生试块。
5.2 工序操作关键点
5.2.1本预制场箱梁金属波纹管定位钢筋的布设间距在曲线部分采用50cm，直线部分采用100cm，并检查确保波纹管无偏位且线形通畅。
5.2.2金属波纹管接长时采用大一号金属波纹管接头连接，并用密封胶带缠绕密封。金属波纹管接长如图2示意：
5.2.3锚头封锚
预应力张拉完成后，经检测符合设计和规范后，端部钢绞线用砂轮锯进行切割，外露3～5cm左右，严禁采用电焊切割。
清理锚垫板表面和压浆孔内的水泥浆和其它杂物，保证表面平整和孔道畅通。
本工程采用混凝土封锚，采用C40以上细石混凝土封堵，封堵时保证混凝土浇捣密实，并保证锚具外侧有5～7cm以上的封堵厚度，以防止抽真空时漏气或压浆时漏浆。且需在封堵完成48小时后压浆。压浆之前进行检查，对有漏气的情况，使用玻璃胶处理，以确保孔道密封。
5.2.4灌浆准备
（1）检查确认材料数量、种类是否齐全、质量是否保证。
（2）检查孔道是否干爽、清洁、密封。必要时应冲洗清除有害材料，对于可能发生的油污，可采用对预应力筋和管道无腐蚀作用的中性洗涤剂或皂液，用水稀释后冲洗。冲洗后，应使用不含油的压缩空气将孔道内的所有积水吹出。
（3）检查机具是否齐全、完好。
（4）检查供水、供电是否齐全、方便。
5.2.5试抽真空
将灌浆阀、排气阀全部关闭，抽真空阀打开，起动真空泵抽真空，观察真空压力表读数，当压力表读数固定在-0.06～-0.1Mpa之间某值不再变化时，停泵约1 分钟，若压力表读数保持不变即认为孔道密闭良好，满足真空灌浆条件。
5.2.6浆体搅拌
初次搅拌水泥浆，应使搅拌机内壁充分湿润，并不得有积水。搅拌好的灰浆要做到基本卸尽。在全部灰浆卸出之前不得再投入未拌和的材料，更不能采取边出料边进料的方法。
装料顺序：先将称量好的水加入搅拌机、开机再加入称量好的专用外加剂搅拌约1分钟;然后加入全部水泥后搅拌3 min 出料。首次搅拌的水泥浆出料后先做泌水、稠度试验，合格后应尽量马上进行泵送，否则要不停的搅拌。
5.2.7制作试块
每次压浆时，每一工作班应留取不少于三组的70.7mm×70.7mm×70.7mm立方体试件，标准养护7天、28天，测定其抗压强度。试块7天和28天的强度应分别不小于30Mpa和50Mpa。
5.2.8真空灌浆
（1）将水泥浆加到灌浆泵中，在灌浆泵的高压橡胶管出口打出浆体，待这些浆体浓度与灌浆泵中的浓度一样时，关掉灌浆泵，将高压橡胶管此端接到孔道的灌浆管上，扎牢。
（2）关掉灌浆阀，起动真空泵，当真空度达到并维持在-0.06～-0.09MPa中一值时，启动灌浆泵，打开灌浆阀，开始灌浆，当浆体经过空气滤清器时，关掉真空泵及抽气阀，打开排气阀。观察排气管的出浆情况，当浆体稠度和灌入之前稠度一样时，关掉排气阀，使管内保持0.7MPa 的压力，持压2分钟，最后关掉灌浆阀。
（3）预应力孔道灌浆顺序为：从下至上，两侧对称进行，即N4→N3→N2→N1。如图3所示：
5.2.9清洗
拆下抽真空管的两个活结，卸下真空泵；拆下空气滤清器和灌浆胶管，清洗灌浆泵、搅拌机、阀门、空气滤清器以及粘有灰浆的工具。
5.2.10养护
压浆过程及压浆后48h 内，结构混凝土的温度不得低于5℃，否则应采取保温措施，当气温高于35 ℃ 时，压浆应在夜间进行。
6、注意事项
6.1锚头一定要密封好，最好在密封后24h 开始灌浆。
6.2灌浆管应选用牢固结实的高强橡胶管，抗压能力大于等于1MPa，带压灌浆时不能破裂，连接要牢固，不得脱管。
6.3严格掌握材料配合比，对未及时使用而降低了流动性的水泥浆，严禁采用加水的办法来增加其流动性。
6.4水泥浆搅拌好合格后应尽量马上进行灌浆，否则要不停搅拌，以免浆体沉淀发生堵管。灌浆应在水泥浆流动性没有下降的30～45 min 时间内进行，孔道灌注要连续。
6.5灰浆进入灌浆泵之前应通过1.2mm的筛网。
6.6储浆罐的体积应大于一条孔道的浆体的体积。
6.7中途换管道时间内，继续启动灌浆泵，让浆体循环流动。
6.8注意波纹管的连接、管道端部与阀门的链接及排气孔与排气阀的连接，连接部位结合要紧密，阀门气密性要好，这样才能达到预定的真空效果。
6.9抽真空用的真空泵为水循环式SZ-2型真空泵，启动真空泵前，检查进水管是否连接好，应注意进水阀门是否打开（否则容易把泵烧坏），真空泵启动时应注意泵是否正转。
6.10同一孔道压浆应一次完成，不得中途停压，因故中途停压不能连续一次压满时，应立即用压力水冲干净，研究处理后再完成持续压浆。
7、结束语
作为后张预应力混凝土结构施工中的一项新技术，真空压浆也存在其不足之处：真空压浆的施工设备须增加一台真空泵及其附属配件，在技术上要求孔道密封而要求孔道成型尽量采用塑料波纹管（塑料波纹管每延米采购价约为铁皮波纹管的3倍），增加了资金投入，真空压浆工艺在施工操作程序上略显繁琐。此外，真空压浆施工在对长度短、孔道直径小（如
箱梁横向、竖向孔道）的预应力孔道浆时反而比普通压力压浆耗时。同时真空辅助压浆的高质量控制也要求施工现场具有高水平的管理和操作队伍。/L
但我们施工追求的核心是高质量和高耐久性能，真空压浆工艺在孔道压浆的施工质量控制上令人满意，三xx特大桥采用真空压浆工艺施工后，预应力孔道中没有出现过管道堵塞、压浆不饱满的情况，从长远角度看，该工艺给本工程和xx高速公路带来宏观效益远远大于其增加的费用，真空压浆工艺是目前提高后张预应力混凝土结构安全度和耐久性的最有效措施，具有极大的发展前景和应用空间。
建筑资质代办咨询热线：13198516101
咨询热线：13198516101 
