真空灌浆法技术

真空灌浆法技术1.前言由于山东东营黄河大桥及连接线工程位于黄河三角洲，濒临渤海湾，地下水和空气中含有较高的cl-、so42-和其他侵蚀介质，对混凝土和预应力钢绞线有较为严重的腐蚀作用。为了确保本工程的质量，后张法预应力结构物中，采用真空灌浆法施工。2.真空灌浆与普通压浆在后张法预应力混凝土结构物中，为了保证预应力钢绞线的使用寿命，对孔道必须填充密实。工程中认为，灌浆对结构物有下列作用。作为填料，将预应力孔道填实；作为粘结料，将预应力钢绞线与混凝土粘结在一起，使钢绞线、填料、塑料波纹管和混凝土结构物结为整体；将预应力钢绞线上的力均匀地传入到结构物中；防止预应力钢绞线锈蚀，作为预应力钢绞线锈蚀的最后一道屏障。总之，浆体压入到孔道内，其在孔道内的密实度对结构物有着极其重要的作用。灌入浆体密实，则浆体和结构物有机的结合在一起；如果灌入浆体不密实，则浆体和结构物之间有一定的空隙，空隙内存有的水分将使预应力钢绞线锈蚀。怎样从施工方案及施工工艺上保证浆体对孔道充分密实，将对结构物的使用和耐久性起着关键性的作用。3.传统的压浆术传统的压浆是压力保持在0.5～1.0MPa的压力下，将混合料浆体压入预应力孔道。由于压浆施工中浆体较稀，施工中容易发生混合料离析、析水和干硬性收缩。由于析水、收缩的发生，致使孔道内预应力钢绞线和结构物粘结强度不够，留有一定的质量隐患。传统压浆技术的原材料要求为：水泥的强度不宜低于42.5，且不得有结块，同时水泥宜采用硅酸盐水泥和普通水泥；水宜采用清洁的引用水；外加剂宜采用低含水量、流动性好、最小渗出及膨胀性等特性的外加剂。同时它不得含有对预应力钢绞线或水泥有害的化学物质。水泥混合料应符合下列规定：水灰比宜为0.4～0.45，当掺入减水剂后，水灰比可减小到0.35；水泥浆的泌水率最大不得超过3％，拌和后3h泌水率宜控制在2％以内，泌水应在24h内重新全部被浆吸收；通过试验后，水泥浆中可掺入适量的膨胀剂，但其自由膨胀率应小于10％；水泥浆稠度宜控制在14～18s之间。压浆机械使用活塞式压浆泵，不得使用压缩空气。同时压浆时对孔道的排气孔和排水孔应按照规范使用，浆体应达到孔道的另一端饱满和出浆并应达到排气孔排出与规定稠度相同的水泥浆为止。为保证管道中充满灰浆，关闭出浆口后，应保持不小于0.5MPa的一个稳压期，该稳压期不应小于2min。4.真空灌浆技术4.1真空灌浆技术的特点真空灌浆和传统压浆相比，其从预应力孔道形成起，就为形成真空保证预应力孔道创造了条件。4.1.1真空灌浆孔道真空灌浆孔道一般采用高质量的HDPE波纹管形成孔道，波纹管之间的接头采用相同材质的专用连接管，波纹管和锚垫板连接采用专用连接头，确保管道密闭，摒弃铁质波纹管和胶带的缠绕连接。塑料波纹管内壁均匀光滑，无分解变色线及明显杂质；外壁波纹和颜色均匀一致，无气泡、裂口；内外壁紧密溶结，无脱开现象；塑料波纹管的环刚度应大于6.3MPa，垂直方向加压到外径变形量40％时，立即缷载，试样不破裂，不分层；在温度0℃时，高度在1米的条件下，用1Kg重锤冲击10次以上不开裂；在低温-30℃时，高度1米的条件下，自由落下管体不开裂，不变形；耐水压密封试验在20℃时，压力50KPa的条件下，保持24小时随机抽取试样无渗漏，变曲度应小于2％；纵向收缩率小于3％；管道最小弯曲半径应在0.9～1.5米；同时要求塑料管道摩擦系数小于0.14。4.1.2真空灌浆浆体材料及技术指标真空灌浆应采用真空灌浆剂配制的特种浆体，其一般水泥采用水泥强度不低于42.5MPa的普通硅酸盐水泥，水采用引用水；外加剂采用超塑剂和阻滞剂（两种外加剂一般各为水泥用量的3％）。对于真空压浆浆体要求一般为：泌水性应小于水泥浆体的2%；水灰比控制在0.3～0.35；水泥浆体体积变化控制在小于2%的范围内；初凝时间应大于6h；一般构造物（主要构造物）的7天强度应大于30MPa（35MPa），28天强度达到40MPa（50MPa）以上；同时在压浆期间抽出的真空应保持在-0.08～-0.1MPa内。4.2真空灌浆的配套设备真空灌浆除了传统的压浆施工设备外，真空灌浆还应具有专用设备。灌浆泵一般采用UBL3螺杆灌浆泵，其最大压力应达到2.5MPa，其最大压力应达到2.5MPa，同时配备达到3.0MPa压力表；SZ-2型真空泵（极限真空4000Pa）；SL-20型空气率清器及配件；PHL塑料焊接机及DN20mm控制阀；气密锚帽等真空灌浆专用设备。4.3真空灌浆施工工艺真空灌浆施工设备连接图如下：构件阀2阀3阀4空气滤清器压力表阀1（DN20mm）（QSL-20）真空泵灌浆泵（UBL3）吸浆管搅拌机（SL-2）在真空灌浆施工中，灌浆施工机械连接简图如上。在施工中应认真执行《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）的有关规定，并应严格按照以下程序执行操作。4.3.1浆体严格按照配合比进行称量配料，同时搅拌机在拌制灌注浆体前，应加水空转搅拌数分钟，将积水排净，并使其内壁充分湿润，在全部浆体用完之前再投入原材料，更不能采取边出料边进料的方法，搅拌好的水泥浆须一次用完。4.3.2在预应力钢绞线施工完成后，切除外露的钢绞线，用无收缩水泥砂浆封锚，并将锚板、夹片、外露钢绞线全部包裹，覆盖层大于15mm，封锚后36～48小时内进行真空灌浆。4.3.3在压浆前，孔道和两端必须采用气密锚帽密封，且孔道内无石、砂及其他杂物，确保孔道畅通、清洁、干爽；同时清理锚垫板上的灌浆孔，保证灌浆孔与孔道畅通连接；确定抽出真空端与灌浆端，安装引出管、球阀和接头，并检查其功能，确保施工安全、顺利。4.3.4灌浆首先启动真空泵抽真空，使孔道真空达到-0.08～-0.1MPa且保持稳定，同时对拌制好存储在储存罐中浆体采用1.2mm的筛网过滤后加入到灌浆泵中，当灌浆泵输出的浆体稠度达到要求稠度时，灌浆泵上的输送管接到锚垫板上的引出管上，开始灌浆。灌浆过程中保持真空泵连续工作，待抽真空端的空气滤清器中有浆体经过时，关闭空气滤清器前端的阀门，稍后打开排气阀，当浆体从排气阀顺畅流出且稠度与灌入的浆体相同时，关闭抽真空端的所有阀门。灌浆泵继续工作，并沿着管道的由高到低将排气孔打开，待排气孔流出的浆体稠度与灌入的浆体稠度相同时，由低到高关闭排气孔，在≤0.7MPa的压力下，持压1～2分钟，然后关闭灌浆泵及灌浆端所有阀门，完成灌浆。拆除外接管及各种附件，清洗空气滤清器及阀门等。4.3.5灌浆顺序根据结构物的特点，灌浆顺序应从孔道的下层孔道开始，对于曲线孔道和竖向孔道应从最低点灌浆孔灌入，并且由最高点的排气孔排出水和泌水。4.3.6压力和速度在真空灌浆过程中，一般情况下压力控制在0.5～0.7MPa。当孔道较长时，压力可以达到1.0MPa，同时应经常检查孔道真空度的稳定性；灌浆时速度一般控制在5～15m/min，对竖向孔道的灌浆宜采用低限，对较长或直径较大的管道或在炎热气候条件下，压浆应采用较快的速度，但应注意压浆软管和孔道内的压力情况，防止超压将软管压裂事故的发生。4.3.7在整个灌浆过程中（包括灌浆孔数和位置）应做好记录，以防漏灌。同时每一工作班应留取不少于3组的70.7×70.7×70.7mm的立方试件，并进行标准养护，以便检查真空灌浆质量。4.3.8施工注意事项曲线管道的每个波峰的最高点靠同一端设置观察阀，高出混凝土200mm；输浆管应采用高强度橡胶管（抗压能力≥2.0MPa），并注意连接牢固；灌浆工作宜在浆体流动性下降前进行（约30～50min内），孔道一次连续灌注；中途调换压浆管道时，应继续启动灌浆泵，真空泵应连续工作，让浆体循环流动；储浆罐中的浆体体积必须大于所需灌浆的一道预应力孔道的体积；对极端条件下（如炎热或寒冷天气）的孔道压浆，应严格执行国家制定的有关规范的规定；灌浆后，必须将所有粘有浆体的设备清洗干净。5.结束语在东营黄河公路大桥施工过程中，施工严格按照规范、设计要求和真空灌浆特点进行，保证了该工程的現浇箱梁后张法孔道的灌浆质量，并积累了真空灌浆技术的相关施工经验，为其他相类施工提供技术参考。真空压浆技术在白果渡嘉陵江大桥施工中的应用张中伟摘要本文介绍了真空压浆技术在武合高速公路白果渡嘉陵江大桥预应力施工中的应用，为后张预应力结构孔道压浆提供了一种新技术。关键词预应力孔道真空压浆1工程概况白果渡嘉陵江大桥全长1433.78m，是国道212线四川武胜（川渝界）至重庆合川高速公路的重点控制工程，位于重庆合川云门镇，该桥设计桥面全宽24.5m，分左、右两幅，每幅采用单箱单室截面，每幅箱梁顶板宽11.9m，底板宽7m，外翼缘板悬臂长2.45m，箱梁高度从箱梁根部的13.0m按二次抛物线过渡到合拢段的4.0m。其中主桥全长490m，主桥上部结构为130m+230m+130m三跨预应力混凝土连续刚构，全桥共有4个“T”构，每幅桥每个“T”构纵向有114束φ120mm预应力束管道，设计全部采用真空压浆。2真空压浆原理2.1真空压浆是后张预应力混凝土结构施工中的一项新技术，其基本原理是：在孔道的一端采用真空泵对孔道进行抽真空，使之产生-0.1Mpa左右的真空度，然后用灌浆泵将优化后的特种水泥浆从孔道的另一端灌入，直至充满整条孔道，并加以≤0.7Mpa的正压力，以提高预应力孔道灌浆的饱满度和密实度。采用真空压浆工艺是提高后张预应力混凝土结构安全性和耐久性的有效措施。2.2预应力钢束使用塑料波纹管与真空辅助灌浆的新工艺，能解决目前大跨度预应力连续刚构中超长的预应力孔道成型、预应力张拉伸长量不足及预应力孔道灌浆难于饱满的问题。2.3真空辅助灌浆利用真空泵先行清除孔道中的空气，使孔道内达到负压状态，然后压浆机以正压力将水泥浆注入预应力孔道，由此排除了孔道中的气泡，提高了孔道内压浆的饱满度，使预应力孔道质量和压浆质量都上了一个新台阶。3真空压浆的技术优点真空辅助压浆的水灰比最小可达0.33，在灰浆可灌性、管道密实性、浆体强度等方面均比普通压浆要好。其优点体现为：3.1在真空状态下，孔道的空气、水份以及混在水泥浆中的气泡被消除，减少了预应力管道内部的孔隙，降低了水泥浆的泌水现象。3.2灌浆过程中孔道良好的密封性，使浆体保压及充满整个孔道得到保证。3.3施工工艺及水泥浆的优化，消除了裂缝的产生，使灌浆的饱满性及强度得到保证。3.4真空压浆过程是一个连续且迅速的过程，内径φ120mm、长度15m的预应力束管道，抽真空只要十几秒钟，压浆只要5分钟，而普通压力压浆约需15分钟，因此极大地缩短了压浆施工时间，提高了工作效率。3.5真空压浆提供均匀、密实不透水的灰浆保护后，预应力管道内水泥浆的密实度可达99%以上，浆体强度上升很快（7天强度达40Mpa以上），为主桥箱梁快速施工打下了良好的基础。4真空压浆施工工艺4.1真空压浆施工示意图如下：4.2真空压浆的施工步骤如下：准备工作试抽真空搅拌浆体压浆清洗结束4.2.1准备工作4.2.1.1检查确认压浆用材料数量、种类是否齐备，质量是否符合要求；4.2.1.2检查真空压浆配套设备（HB6-3型螺杆式灌浆机及真空泵，配以UJW3强制式灰浆拌合机）的齐备及完好状态；4.2.1.3将孔道排气孔、泌水孔密封好，再将孔道两端的锚头用专用锚头盖密封好；4.2.1.4检查供水、供电是否齐备、方便、安全；4.2.1.5按配合比称量浆体材料，首先将减水剂溶于一部分水中待用；4.2.1.6检查孔道的质量，如发现管道残留有水分或杂物，则需考虑用高压缩风机将残留在管道中的水分或杂物排出，确保后续工作能顺利进行；4.2.1.7按真空压浆设备操作要求连接安装各部件。4.2.2试抽真空4.2.2.1将灌浆阀、排气阀全部关闭，使整个孔道形成一个全密封的系统；4.2.2.2打开抽真空阀，启动真空泵抽真空；4.2.2.3观察真空压力表读数（即管内的真空度），当管内达到一定的真空度时（即管内压强达到-0.1Mpa），停止真空泵1分钟时间，若管内压强能保持不变即可认为能达到并维持真空。4.2.3搅拌浆体4.2.3.1搅拌浆体之前要求拌浆机先加水空转3分钟，再将积水排尽，使拌浆机内壁充分湿润。搅拌好的浆体要做到基本卸尽，在全部浆体卸尽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办法。4.2.3.2配制浆体⑴根据施工规范要求，通过试验确定真空压浆水泥浆的配合比为：水：水泥：减水剂：膨胀剂=0.38：1：0.01：0.01；⑵首先将称量好的水（应扣除用于溶解减水剂的那部分）、水泥、膨胀剂按照配合比倒入拌浆机，搅拌2-3分钟；⑶将溶于水的减水剂倒入拌浆机中，再搅拌3分钟出料；⑷严格控制搅拌水泥浆的用水量，否则多加的水全部泌出，易造成管道顶端有空隙；⑸对于未及时使用而降低了流动性的浆体，严禁采用增加水的办法来增加浆体的流动性。4.2.4压浆将搅拌好的浆体加至灌浆泵中，在灌浆泵的高压橡胶管出口打出浆体，待打出的浆体浓度与灌浆泵中浆体浓度一样时，关闭灌浆泵,将高压橡胶管连接到预应力孔道的灌浆管上，并绑扎牢固；4.2.4.2关闭灌浆阀，启动真空泵，当孔道内真空度达到并维持在-0.06～-0.09Mpa时，启动灌浆泵，打开灌浆阀开始灌浆，当浆体经过空气过滤器时，关闭真空泵及抽气阀，打开排气阀；4.2.4.3随时观察排气管的出浆情况，当浆体浓度与灌入之前一样时，关掉排气阀，仍继续灌浆2～3分钟，并且保持管道内有0.7Mpa左右的压力，最后关闭灌浆阀。4.2.5清洗4.2.5.1拆下真空管的2个活接头，卸下真空泵；4.2.5.2拆下带有空气过滤器的灌浆胶管；4.2.5.3清洗灌浆泵、灰浆搅拌机、阀门、空气过滤器以及沾有灰浆的工具。5真空压浆施工注意事项5.1严格控制浆体材料的配合比，配料误差不得超过下表所列值：材料名称水水泥减水剂膨胀剂误差不大于（%%）1.01.01.01.05.2配制浆体的材料（即：水、水泥、减水剂、膨胀剂）不得含有对预应力筋或水泥有害的化学物质；配制浆体的水泥强度等级不宜低于42.5级；所添加的膨胀剂其自由膨胀率应小于10%。5.3搅拌好的浆体性能应达到下表所列值：稠度：14-18S泌水率：<1%密实度：>988%初凝时间：3hh强度：PO42..5级水泥7天强度达40Mppa以上体积变化率：<<2%5.4压浆操作人员应通过培训合格后，方可上岗操作。5.5压浆操作人员应佩带防护眼镜、胶皮手套及通讯联系设备。5.6压浆应选用牢固结实的高压橡胶管，保证压浆过程中管道不破裂。5.7锚垫板端板上应有与锚具盖帽连接的螺孔，锚垫板与波纹管的连接处需专用的连接管连接。5.8浆体进入灌浆泵之前应通过40目的过滤网。5.9真空泵启动时先将真空泵的水阀打开再开泵，关闭时先关水阀再停泵。5.10水泥浆自拌制至压入孔道的时间应控制在30分钟以内，水泥浆在使用前和压注过程中应连续搅拌。6结束语真空压浆施工工艺克服了以往普通压浆施工的众多弊端，排除了预应力孔道中的气泡，提高了预应力孔道内压浆的饱和度，使预应力孔道质量和灌浆质量都上了一个新台阶，使后张法预应力混凝土结构的安全性和耐久性得到了很大提高。武合嘉陵江特大桥主墩承台大体积混凝土温度裂缝的施工控制陈作光摘要随着桥梁工程的发展，设计跨度越来越大，大体积混凝土施工更趋常见。如何有效地防止大体积混凝土施工中温度裂缝的产生显得尤为重要。本文重点阐述了大体积混凝土温度裂缝产生的原因以及武合嘉陵江特大桥11#主墩承台大体积混凝土施工中防止产生温度裂缝的控制措施和具体做法。关键词大体积混凝土温度裂缝控制1概述武合嘉陵江特大桥位于国道212线武胜(川渝界)至重庆合川高速公路D合同段，桥梁全长1433.78米。主桥上部结构为130m+230m+130m预应力混凝土连续刚构，引桥为40m预应力混凝土简支T梁，基础为Ø2.3m钻孔灌注桩。11#主墩承台长18.70m，宽10.20m，厚5.0m，混凝土浇注方量为953.7m3，设计标号为C30。由于该桥开工晚，主墩位于嘉陵江主河道边，桩基施工难度大，承台施工受洪水影响，必须在嘉陵江汛期来到之前完成，所以工期条件不允许主墩承台混凝土分次浇注。无论从结构尺寸还是混凝土一次浇注方量看，该主墩承台施工都属于典型的大体积混凝土施工。2大体积混凝土温度裂缝产生的原因2.1大体积混凝土的温度应力大体积混凝土结构物浇注初期水泥硬化将产生大量水化热，内部温度会迅速升高，体积膨胀，此时由于受基岩或先期混凝土的约束会产生压应力，而对于先期（或外围）混凝土来说则会产生拉应力（如图1）。在混凝土硬化后期冷却收缩时，由于内外存在温差导致内部混凝土与先期(或外围)混凝土的收缩量不一致，在内部混凝土和先期(或外围)混凝土之间的某一界面将会产生拉应力（如图2）。这种由于水泥硬化过程中释放大量水化热产生的拉应力以及温差收缩产生的拉应力称之为温度应力。拉应力假想界面外围混凝土内部混凝土假想界面拉应力外围混凝土内部混凝土拉应力假想界面外围混凝土内部混凝土假想界面拉应力外围混凝土内部混凝土图1图22.2大体体积混凝土土的温度裂裂缝当大体积混凝土土的温度应应力超过混混凝土自身身的极限抗抗拉应力时时，就会在在其内部产产生裂缝，并并可能发展展成为贯穿穿裂缝，从从而对结构构造成极大大的危害。这这种不良裂裂缝通常主主要由于大大体积混凝凝土结构物物浇注混凝凝土过程中中及浇注完完成后体内内外温差过过大而造成成的，所以以称之为温温度裂缝。至至此大体积积混凝土温温度裂缝产产生的原因因也就显而而易见了。由由此可见如如何控制大大体积混凝凝土水泥水水化热升温温和混凝土土结构物内内外温差是是控制大体体积混凝土土温度裂缝缝的关键。3大体积混混凝土的温温度裂缝的的控制3.1大体体积混凝土土的温度预预测参照有关的资料料并结合现现场实际施施工条件，首首先对武合合嘉陵江特特大桥11#主墩承台大体积混混凝土体内内实际最高高温度进行行预测。其其计算如下下：Tm=T0+T1++Tmaxx·§=24＋22＋[(3993×2558)/((0.966×24000)]××0.822=62.11贑式中：T0为为混凝土的的入模温度度，承台施施工时间是是六月份,由于采取取了相关降降温措施，混混凝土入模模温度实测测平均为24贑。T1为为某一龄期期混凝土收收缩当量温温差。一般般在混凝土土水泥硬化化的最初3～5d内，混凝凝土体内将将达到最高高温度，当当量温差通通常可取T1=2贑来近似似代替。Tmaax为大体体积混凝土土内部绝热热最高升温温温度。Tmax=((W·Q))D((c·ρ)；W-----每立方米米混凝土水水泥用量（kg/mm3）；该桥桥承台标号号为C30，由于当当地地材不不是很好，尤尤其是细骨骨料是采用用机制砂与与细砂参配配而成，为为保证强度度满足设计计要求，水水泥用量为为393kg//m3，另外考考虑降低水水化热，采采用32.5级P·F (粉煤灰水水泥)。Q-----每千克水水泥最终水水化热量（J/kg）；取值值应为258J/kg。c-----混凝土比比热；一般般取0.966J//(kgg·贑)。ρ----混凝土土的质量密密度；取22400kg//m3。§为一定龄期混凝凝土内部实实际最高温温度与绝热热升温的最最高温度之之间的相关关系数；该相关系数与大大体积混凝凝土的浇注注厚度有关关，根据冶冶金建筑研研究院王铁铁梦教授几几十年的经经验，该桥桥主墩承台台浇注厚度度为5米，则相关关系数可取取0.82。从以上计算可知知，在不采采取任何措措施的情况况下，承台台大体积混混凝土内部部实际最高高温度将达达到62.11贑。混凝凝土体外温温度可取平平均气温为为26贑，则承承台混凝土土内外温差差将达62.1－26=336.1贑；大量量的工程实实践表明，大大体积混凝凝土内外温温差若超过过25贑就可能能导致混凝凝土产生温温度裂缝。故故须采取相相关措施来来控制温度度裂缝，以以保证该承承台混凝土土的施工质质量。3.2温温度裂缝的的控制措施施依据设计计文件及现现场实际施施工条件，对对该桥主墩墩承台大体体积混凝土土施工采取取了以下温温度裂缝的的控制措施施：⑴在承承台内预埋埋循环冷却却水管通水水降低大体体积混凝土土内部水化化热升温及及内外温差差。（如图图3）图3承台冷却却水管布置置图⑵选用低水化热的的粉煤灰水水泥拌制混混凝土，以以减少混凝凝土的水化化热量。⑶采用用深层江水水冲淋粗骨骨料及拌和和混凝土，降降低混凝土土入模温度度。⑷承台台上方用彩彩条布搭设设遮阳棚，避避免阳光直直射入模混混凝土。这里要提的一点点是，如果果工期允许许，大体积积混凝土分分层浇注（减减小一次浇浇注的厚度）对温度裂缝缝的控制非非常有效。因因为根据冶冶金建筑研研究院王铁铁梦教授的的研究经验，浇注混凝土土厚度越小小，相关系系数§值越小，混混凝土内部部实际最高高温度也越越低，则不易导致温度度裂缝的产产生。该桥桥因受工期期制约，没没有采取分分层浇注的的措施。3.3温度度裂缝控制制的具体做做法对对应于相关关的措施在在施工中的的具体做法法如下：⑴全过程监测循环环水管出水水管的水温温。当浇注注的混凝土土刚刚覆盖盖到循环水水管时，该该层循环水水管即开始始通水。在在每层循环环水管出水水口安设温温度计，并并安排专人人每2小时记录录一次出水水温度（如如表1）。11#墩承台浇浇注冷却水水管水温监监测记录表表1时间项目目6月9