【摘要】真空灌漿是后張預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)施工中的一項新技術(shù)，目前在歐洲應(yīng)用較普遍，但在我國應(yīng)用甚少。漿體的材料、配比及灌漿施工工藝是真空灌漿的關(guān)鍵，本文著重介紹了漿體配比的設(shè)計、試驗以及灌漿施工工藝及有關(guān)應(yīng)用試驗。試驗證明，采用真空灌漿工藝是提高后張預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)安全度和耐久性的有效措施。
【關(guān)鍵詞】真空灌漿 配比 試驗 施工工藝 應(yīng)用研究

一、概述
后張預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中，預(yù)應(yīng)力筋的腐蝕大部分是由于施工和混合料配制不好的結(jié)果，配合比是影響混凝土內(nèi)在質(zhì)量的一個主要因素，配合比是否合理，直接影響到灰漿強度和灌注密實度是否達到預(yù)定的設(shè)計要求。傳統(tǒng)的灌漿手段是壓力灌漿，漿體本身和施工工藝帶有一定的局限性，主要表現(xiàn)為：灌入的漿體中常會含有氣泡，當(dāng)混合料硬化后，存積氣泡處會變?yōu)榭紫叮蓾B透雨水的聚積地，這些水可能含有有害成分，易造成構(gòu)件的腐蝕；同時，在北方嚴(yán)寒的地區(qū)，由于溫度低，這些水會結(jié)成冰，可能會脹裂構(gòu)件，造成嚴(yán)重的后果；另外，水泥漿容易離析、析水，干硬后收縮，析水會產(chǎn)生孔隙，致使強度不夠，粘結(jié)不好，為工程留下了隱患。采用壓力灌漿的英國Ynys-Gwas大橋就因為預(yù)應(yīng)力筋被腐蝕而倒塌，事后的調(diào)查研究表明，該橋預(yù)應(yīng)力筋的腐蝕與漿體材料、施工方法有較大的關(guān)系。目前，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中有平直束、彎束、U形束的布筋方法，為了防止預(yù)應(yīng)力筋被腐蝕，提高結(jié)構(gòu)的安全度和耐久性，確保工程質(zhì)量，目前國外尤其是歐洲已開始普遍采用真空灌漿工藝，并取得了良好的效果。據(jù)了解，在我國，僅在南京長江二橋上試用真空灌漿。為了推廣應(yīng)用這一新技術(shù)、新工藝，現(xiàn)將我公司對該工藝的有關(guān)研究、試驗情況以及在武漢軍山長江大橋足尺節(jié)段模型試驗中的成功應(yīng)用，介紹如下。

二、灌漿漿體配比設(shè)計及試驗
1．配制的基本原則
①改善灰漿的性質(zhì)，降低水灰比，減少孔隙、泌水，消除離析現(xiàn)象。
②降低硬化灰漿的孔隙率，堵塞滲水通道。
③減少和補償灰漿在凝結(jié)硬化過程中的收縮變形，防止裂縫的產(chǎn)生。
這種高性能灰漿與普通灰漿相比，在原材料的配比方面主要差異為低水灰比和多成分，其目的是為了增加灰漿的密實度，改善灰漿性能，從而達到高強和耐久的目的。
2．漿體特性要求及對應(yīng)配比試驗
①流動度要求：攪和后的流動度為30～50s。采用流錐儀測定流動度，試驗結(jié)果表明，配比和水灰比不同，流動度也不同。水灰比越大，則流動度越大。
②水灰比：為滿足可灌性要求，一般選用水泥漿，水灰比應(yīng)在0.3～0.4之間。
③泌水性：a．小于水泥漿初始體積的2％；b.四次連續(xù)測試結(jié)果的差值小于1％；c．拌和后24h水泥漿的泌水應(yīng)能被吸收。
將攪拌好的灰漿裝人玻璃量筒內(nèi)，稍加振動后，加蓋玻璃板，防止水分蒸發(fā)。在室溫下靜置地后測定其泌水性。試驗結(jié)果如下：水灰比為0.33時，泌水性約為3.3％～5％；水灰比為0.3時，泌水性約為0.02％～l％。
④初凝時間：3h。
⑤體積變化率：0～2％。
將攪拌好的水泥漿裝人玻璃量杯內(nèi)，在室溫下靜置3h后測定其體積變化率。試驗結(jié)果如下：水灰比＜0.3時，體積變化率＜1％，水灰比＞0.33時，體積變化率＞4％。以上體積均呈收縮性。
⑤強度：7天齡期強度＞40MPa。
水泥漿試塊采用70.7mm*70.7mm*70.7mm的鋼模型，在常溫下24h后拆模，進行試驗室養(yǎng)護。試驗結(jié)果表明：水灰比越小，強度越高，用525號普硅水泥7d強度最大達到78MPa，大大超過所要求的強度。改選用425號普硅水泥，乃強度最大達到55MPa以上。因此，選用425號普硅水泥即可達到要求。根據(jù)以上試驗結(jié)果選出兩組效果最好配比，進行現(xiàn)場灌漿試驗。最后鋸開試塊檢查，選擇最優(yōu)的結(jié)果用于真空灌漿。
⑦漿體對鋼絞線無腐蝕作用。

三、真空灌漿施工工藝
1．各項裝置的布置如圖1所示。

2．預(yù)應(yīng)力筋成孔管材
預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中有采用直束、彎曲和U形束、圓形束等布筋方式，金屬波紋管在預(yù)應(yīng)力筋管成孔方面將不能滿足小半徑的彎曲及U形束、圓形束的布筋要求，故采用新型成孔材料--塑料波紋管。與金屬波紋管相比，具有更好的密封住和耐腐蝕性，能為預(yù)應(yīng)力筋提供更好的保護作用，其技術(shù)要求見表1。

3．主要施工設(shè)備
①排量為2立方米／min的SZ-2水環(huán)式真空灌漿泵1臺；
②真空壓力表1個，QSL-20型空氣過濾器1個，15kg左右秤1臺；
③灌漿泵1臺，配套高壓橡膠管1根；
④灰漿攪拌機1臺；
4．施工步驟
（l）準(zhǔn)備工作
a．檢查確認材料數(shù)量，種類是否齊備，品質(zhì)是否保證；
b．檢查機具是否齊備、完好；
C．檢查供水、供電是否齊全、方便；
d．按配方秤量漿體材料，減水劑首先溶于一部分水，待用。
e．按圖1所示連接裝好各部件。
（2）試抽真空
將灌漿閥、排氣閥全都關(guān)閉，抽真空閥打開；啟動真空泵抽真空，觀察真空壓力表讀數(shù)，即管內(nèi)的真空度，當(dāng)管內(nèi)的真空度維持在時（壓力盡量低為好），停泵約lmin時間，若壓力能保持不變即可認為孔道能達到并維持真空。
（3）攪拌水泥漿
A．?dāng)嚢枰?br> 攪拌水泥漿之前，加水空轉(zhuǎn)數(shù)分鐘，將積水倒凈，使攪拌機內(nèi)壁充分濕潤。攪拌好的灰漿要做到基本卸盡。在全部灰漿卸出之前不得再投入未拌合的材料，更不能采取邊出料邊進料的方法。
B．裝料順序
a．首先將稱量好的水（扣除用于溶化減水劑的那部分水）、水泥、膨脹水泥、粉煤灰倒入攪拌機，攪拌2min；
b．將溶于水的減水劑倒入攪拌機中，攪拌3min出料；
C．水泥漿出料后應(yīng)盡量馬上進行泵送，否則要不停地攪拌。
d．必須嚴(yán)格控制用水量，否則多加的水全部泌出，易造成管道頂端有空隙。
e．對未及時使用而降低了流動性的水泥漿，嚴(yán)禁采用增加水的辦法來增加灰漿的流動性。
（4）灌漿
a．將灰漿加到灌漿泵中，在灌漿泵的高壓橡膠管出口打出漿體，待這些漿體濃度與灌漿泵中的濃度一樣時，關(guān)掉灌漿泵，將高壓橡膠管此端接到孔道的灌漿管上，扎牢。
b．關(guān)掉灌漿閥，啟動真空泵，當(dāng)真空度達到并維持在-0.06～-0.09MPa值時，啟動灌漿泵，打開灌漿閥，開始灌漿，當(dāng)漿體經(jīng)過空氣濾清器時，關(guān)掉真空泵及抽氣閥，打開排氣閥。
C．觀察排氣管的出漿情況，當(dāng)漿體稠度和灌入之前稠度一樣時，關(guān)掉排氣閥，仍繼續(xù)灌漿2～3min，使管道內(nèi)有一定的壓力，最后關(guān)掉灌漿閥。
（5）清洗
拆下抽真空管的兩個活接，卸下真空泵；拆下空氣濾清器和灌漿膠管，清洗灌漿泵、攪拌機、閥門、空氣濾清器以及粘有灰漿的工具。
4．注意事項
（l）錨頭一定要密封好，最好在密封后24h開始灌漿。
（2）灌漿管應(yīng)選用牢固結(jié)實的高強橡膠管，抗壓能力≥1MPa，帶壓灌漿時不能破裂，連接要牢固，不得脫管。
（3）嚴(yán)格掌握材料配合比，否則多加的水會全部泌出，易造成管道頂端有空隙。對未及時使用而降低了流動性的水泥漿，嚴(yán)禁采用加水的辦法來增加其流動性。漿體材料誤差不能超過表2的規(guī)定值。

（4）灰漿進入灌漿泵之前應(yīng)通過70目的篩子。
（5）灌漿工作宜在灰漿流動性沒有下降的30～45min時間內(nèi)進行，孔道一次灌注要連續(xù)。
（6）中途換管道時間內(nèi)，繼續(xù)啟動灌漿泵，讓漿體循環(huán)流動。

四、應(yīng)用試驗
在進行了大量的材料配比試驗確定最佳配比后，根據(jù)以上制定的施工工藝，在公司內(nèi)進行了6組真空灌漿試驗（試件長7m），并于1999年8月至9月在大橋局橋研院進行了"武漢軍山長江大橋索塔錨固區(qū)大曲率預(yù)應(yīng)力筋足尺節(jié)段模型實地灌漿試驗"。試件尺寸為：700cm*400cm*255cm。共灌漿12根，其中8根為U形束，灌漿段長12m，其余4根為直束，灌漿段長7.5m，平均每灌一根約需要25min。28d之后打開試件兩端進行檢查，結(jié)果如下。
（1）從外形上看，整根波紋管呈圓形。剝開頂部局部的波紋管，整個漿體結(jié)構(gòu)呈圓形，漿它密實無空隙，與波紋管結(jié)合密實。
（2）均勻性：灌漿口近端和排氣孔近端的漿體的結(jié)構(gòu)形狀幾乎一樣，表明均勻性較好。
（3）用從排氣孔處接的灰漿進行漿體特性試驗，結(jié)果完全符合要求，如表3所示。

1999年12月12日由京珠高速公路武漢軍山長江大橋項目部主持，在武漢召開了“軍山長江大橋索塔錨固區(qū)足尺節(jié)段模型試驗研究”項目評審會。來自鐵道部大橋局設(shè)計院、中交公路規(guī)劃設(shè)計院、西南交大、浙江大學(xué)等單位的專家、教授出席了會議。會議一致認為，該橋模型試驗中采用的真空灌漿材料和施工工藝都是可行的，建議采用。
為了確保武漢軍山長江大橋索塔錨固區(qū)的灌漿萬無一失，2000年4月又在軍山長江大橋工地進行了一個足尺節(jié)段模型真空試驗，共灌漿10根，其中6根為U形束，灌漿段長12m，其余4根為直束，灌漿段長7.5m，平均每灌一根約需要20min。同時在模型外做了兩根U形裸管真空灌漿試驗，一根為15m，另一根為6.5m。7天后打開試件觀察，效果較好，經(jīng)計算，灌滿率在99％以上，通過了由京珠高速公路武漢軍山長江大橋項目部主持的專家評審，現(xiàn)正應(yīng)用于武漢軍山長江大橋。

五、結(jié)論
研究試驗結(jié)果表明，與普通壓力灌漿相比，真空灌漿具有以下優(yōu)點：

（1）可消除氣泡的產(chǎn)生。在灌漿之前，孔道中90％的空氣被抽出；
（2）可消除混在稀漿中的氣泡，減少有害水分的聚積地；
（3）真空灌漿工藝能提供連續(xù)、快速的施工，對于長15m、內(nèi)徑φ92mm的管道，抽真空只需幾秒鐘，灌漿只需2～3min；
（4）能提供均勻、密實的灰漿，灌滿率在99％以上；
（5）對于彎束、U形束、豎向束的孔道灌漿，則更能體現(xiàn)真空灌漿的優(yōu)越性。
總之，由于真空灌漿施工工藝本身有較高水平的質(zhì)量控制，加上采用合理配比的混合料，采用真空灌漿技術(shù)將能保證孔道灌漿的均勻性，能形成一個密實、不透水的保護層，并能消除孔隙。另外，塑料波紋管是絕緣體，與金屬波紋管相比，具有更強的耐腐蝕性，大大改善了構(gòu)件的防腐蝕性能。因此真空灌漿技術(shù)是確保高質(zhì)量灌漿的一個強有力的手段。