预应力管道真空辅助压浆施工工法

预应力管道真空辅助压浆施工工法前言随着施工工艺和建筑材料的不断改进和提高，大批大跨度、大吨位预制后张法预应力梁的应用和推广。传统的预应力孔道压浆材料、工艺的弊端逐渐显露出来。真空辅助压浆工艺是传统压浆工艺的改良，其基本原理是用真空机抽出管道内空气，孔道内空气稀薄，浆体内难以形成气泡，加之在浆体内掺入专用添加剂明显减少了浆体的用水量，浆体流动性、保水性良好，可保证浆体在管道内流动顺畅，硬化后盈饱满，质量稳定可靠。某大桥北起北岸海盐县何家头村，经乍浦港西约6Km的郑家埭，跨宽阔的海面及南岸滩涂地后，经十塘、九塘、八塘海堤，止于水路湾，全长36Km。某公司承建的50m预制后张法预应力箱梁采用塑料波纹管成孔，真空辅助压浆施工工艺顺利完成施工任务，取得了良好的社会效益和经济效益。工法特点质量稳定，可靠性高真空辅助压浆浆液由水泥、真空压浆专用辅助剂、水在高速造浆池内拌合而成。浆液的组分少利于各组成部分的准确称量，浆液在高速拌浆池内搅拌而成，可保证浆体各组成部分均匀混合，浆液质量易于保证和控制。真空压浆专用助剂是一种复合型材料，具有减水、阻锈等多种功效，可明显改善将体性能，有效抵抗外界侵蚀，提高结构耐久性。真空机抽出管道内的空气，浆液在大气负压和压浆机压力双重作用下，浆体流动顺畅，孔道内空气被抽出后，浆体内难以形成气泡、气孔和蜂窝。经改进后的配合比设计和新型材料的掺入，浆体不会发生泌水、干缩等问题，浆液硬化后密实饱满，各向性能均匀。操作简便、可行真空辅助压浆在施工场地、施工环境上无特别要求。其工作原理浅显易懂，工人经过培训后就能熟练操作。高速、优质真空辅助压浆工艺可显著提高压浆速度，对长大型预制构件其效果更为显著。对长大型孔道而言，由于孔道长度的增加，孔道壁和孔道弯头对浆液的阻抗就越大，浆液压头呈递减趋势，对浆液的畅通和压浆的密实度非常不利。真空辅助压浆工艺可有效克服类似问题，大幅度提高压浆速度。适用范围大跨度预制后张法构件大跨度预制构件管道长，对浆液流动的阻力大，若一味增大浆液的工作压力来克服管道阻力是非常不科学的。其势必增大对输浆管道承压能力要求，容易引发堵管和暴管现象，在管道有弯曲位置会因空气无法排除而产生空洞和气泡。在浆液压入的另一端会因浆液压力损失过大而导致浆体密实度不够，对压浆质量非常不利。采用真空辅助工艺可有效解决这个问题，管道内抽取0.1Mpa的真空度相当于增大了浆液0.1Mpa压力，同时消除了管道内空气对浆液的阻力，有效地解决了浆液压头损失造成的压力不足问题，同时，管道内空气被抽出后，浆液会在大气压力作用下自动填充管道孔隙位置，管道内不能够产生气泡或气孔现象，从而保证浆体致密、饱满。有侵蚀性恶劣环境在恶劣的环境下，有害介质物无孔不入，对结构物的耐久性和安全度造成极为不利的影响。真空辅助压浆工艺其浆体水灰比小，硬化后无析水、干缩现象，浆体致密、饱满、质量稳定可靠，可有效抵抗有害介质的侵入，延长建筑物的使用寿命。对竖向管道和质量有特殊要求部位竖向管道空气不易排除，管道内极易形成封闭的空气柱，采用真空辅助压浆工艺可有效解决此类问题。工艺原理真空辅助压浆施工工艺是在传统压浆工艺基础上的改良，将真空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，首先采用真空泵抽取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-0.08至-0.1Mpa的真空度，然后用灌浆泵将浆体从孔道的另一端以≥0.7Mpa压入管道。在真空作用下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，提高了孔道压浆的饱满度和密实度。浆体内掺入真空压浆专用辅助剂，具有减水、阻锈、微膨胀等功效，可防止浆体泌水、干缩现象，有效实现浆体与原混凝土粘结。具体布置见下图：真空压浆原理图工艺流程及操作要点真空辅助压浆工艺与传统压浆工艺工艺流程基本相同：施工准备→安装密封构件→试真空抽取→拌制浆液→压浆→清洗机具→拆除密封装置。施工准备eq\o\ac(○,1)检查确认材料数量、种类是否齐备，品质合格；eq\o\ac(○,2)检查机具运转是否正常；eq\o\ac(○,3)由于管道压浆作业为后道工序，在预应力施工前应检查孔道内有无杂物、积水是否清理干净。密封构件安装真空辅助压浆工艺采用专用锚具组件，其锚垫板上预留压浆密封盖的螺栓孔，张拉完毕后，仔细检查有无断滑丝，经检验合格后切除多余的钢绞线，安装密封盖。密封盖是将管道及锚固体系进行安全密封的重要组件，其上有安装密封圈的凹槽，与锚垫板接触的顶面应涂上密封胶，保证与锚垫板的密贴和密封。在密封盖帽内侧涂刷脱模剂，以方便拆除和周转使用。密封盖帽上的进（出）浆口用约40cm长透明钢丝管与阀门连接，以便施工时观才浆液的稠度和饱满状况。安装密封盖帽时须注意排气口向上安置。在锚座上预留灌浆孔安装快换阀门，安装需牢固可靠，严密不漏浆。试真空抽取密封盖帽安装安装完毕后进行试真空抽取，将灌浆阀、排气阀完全关闭。启动真空泵抽取真空，观察真空压力表读数，当管道真空度维持在-0.08Mpa时，停泵约1min，若压力表读数恒定不变，则可认为管道密封性能良好，可以进入下一道工序。若压力表读数回升，则应仔细检查各个环节，找出空气溢入位置，采取处理措施。浆液拌制eq\o\ac(○,1)搅拌水泥浆之前要加水空转数分钟，使搅拌机内壁充分湿润。将积水倒尽，eq\o\ac(○,2)启动电机使搅拌机运转，首先将称量好的水、外加剂倒入拌浆灌中，搅拌2min，然后将水泥装入，搅拌3min，经稠度和泌水检验合格后出料。eq\o\ac(○,3)储浆罐浆体进口处设2.5mm×2.5mm过滤网，滤去杂物以防堵管。eq\o\ac(○,4)水泥浆出料后应马上进行泵送，否则要不停的搅拌，储浆池内搅拌机转速不得小于500r/min。eq\o\ac(○,5)必须严格控制用水量，否则多加的水不能完全部被浆体吸收，易造成泌水现象致使管道内密室程度不够。eq\o\ac(○,6)搅拌好的灰浆要做到一次性基本用尽，在全部浆体出料完全之前不得再投入未搅拌的材料，更不能采取边拌料边出料的方法。对未及时使用而降低了流动性的水泥浆严禁采用增加水的方法来增加灰浆的流动性。压浆eq\o\ac(○,1)压浆作业应由下而上进行，将压浆管通过快换接头接到锚座的压浆端快换接头上，关闭两端排气阀及阀4、阀3、开启真空机抽取真空。eq\o\ac(○,2)待管道内真空压力达到-0.08MPa时打开压浆端阀门4用低档慢速将浆体压入管道，同时保持真空机开启状态。观察输浆管道有无剧烈震动或局部膨胀现象，若无其他异常现象后转换至正常速度压入，压浆机的最大工作压力不得超过2.5MPa。否则则应立即停止压浆作业，找出原因及时处理，并且用大量清水清洗管道，保证管道不被堵塞。eq\o\ac(○,3)待水泥浆从出浆端接往负压容器的透明喉管压出时，关闭真空泵，关闭出浆端阀门2、打开阀门3和出浆端排气阀。检查所压出水泥浆的稠度，直至稠度均匀一致流动顺畅后，关闭出浆端阀门1和出浆端排气阀，打开压浆端排气阀，排除压浆端不合格浆体后关闭阀门。eq\o\ac(○,4)开动压浆机，保持压力于0.7MPa，持压2分钟。关闭压浆机及压浆端阀门，完成压浆。压出的废浆液集中统一处理，压浆作业完毕后及时清洗机具。填写完备的压浆记录，包括每个管道的压浆日期、水灰比及掺加料、压浆压力、试块强度、障碍事故细节及需要补做的工作。eq\o\ac(○,5)管道内浆体终凝后及时拆除密封盖帽、阀门等设施，进行清理维护。主要材料原材料浆液的配置质量将直接影响到压浆质量，为保证其质量均匀，浆液在1300r/min的高速制浆机内拌制而成。各组成材料的具体要求：水泥：采用新鲜的P.Ⅱ.42.5硅酸盐水泥，龄期不超过一个月；水：采用饮用水，水中硫酸盐含量小于0.1%，氯盐含量小于0.5%，水中不能含有糖分或悬浮有机质；真空压浆专用助剂：采用安徽合肥威胜利工程有限公司辅助压浆专用助剂,东南大学材料试验室根据JTJ270-98、QB/HFC-01-2001中的试验方法对其进行检验,结果见下表：辅助压浆专用助剂性能指标表1性能指标试验项目标准指标检验结果评定结果企控指标流速(s)≤2518合格60min后流流速损失≤31合格泌水率(%)≤21.4合格膨胀率(%)≤52.4合格氯离子含量(%%)<0.60.05合格防锈性盐水浸渍试验失重率减少400%以上45.6合格电化学综合试验验电荷跌落值不超超过50mVV25合格对钢筋锈蚀作用用对钢筋无锈蚀对钢筋无锈蚀合格对混凝土性能影影响试验抗压强度比(%%)3d≥90104合格7d105合格28d101合格抗渗性不降低不降低合格凝结时间(miin)初凝-60∽+1200(对比基准组)+35合格终凝+40合格备注辅助压浆专用助助剂掺量为为水泥的11%配合比设计eq\o\ac(○,1)稠度试验水泥浆的稠度按《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）附录G.11进行测试。水泥浆稠度测试采用流锥法，是将一定量的水泥浆（1725ml）自由地从一个标准尺寸的流锥中流出，水泥浆全部流完所需要的试验即为水泥浆稠度，单位为时间单位秒（S），每组至少做两次取其平均值。eq\o\ac(○,2)泌水率、膨胀率试验水泥浆的泌水率、膨胀率按《公路桥涵施工技术规范》（JTJ041-2000）附录G.10进行测试。向试验容器中灌注水泥浆约100mm深，测试其高度α1(mm)，然后盖严。置3h和24h后测试其离析水水面的高度α2(mm)和水泥浆膨胀面的高度α3（mm），然后按下试计算：eq\o\ac(○,3)斜管试验斜管试验的目的是展示水泥浆在孔道中的实际情况和确认真空辅助压浆浆体的泌水率、膨胀率，以及真空辅助压浆浆体的饱和度和密实度。加水，加外加剂，搅拌2分钟；加水泥搅拌3分钟。浆体稠度测试合格后，开启压浆机压浆，将压浆机中的空气及水排掉。开启真空机，一直抽到真空机压力表读数为-0.08MPa后开始压浆。压浆过程中真空机保持抽真空工作。当浆从试管顶端流出时，关闭出口阀门，关闭真空机。压浆机继续工作，压力在0.7MPa左右，保压2分钟。停掉压浆泵，关掉压浆口阀门，结束压浆。eq\o\ac(○,4)模拟压浆试验模拟压浆试验的目的是熟悉真空辅助压浆施工流程，了解水泥浆性能，检验压浆效果，为完善压浆工艺和优化配备压浆设备（含配件）提供依据。施工配合比孔道压浆理论配合比设计：孔道压浆配合比表2编号水泥（kg）辅助压浆专用助助剂(kg)水（kg）110.110.33浆液的各项技术指标如下：孔道压浆配合比测试结果表３检测项目名称及及单位浆体性能指标测试结果单项判定水灰比，%0.30-0..350.33合格初凝，h：miin>3:0011:20合格终凝，h：miin<24:0012:35合格稠度，s14-1816合格密度，kg/mm32011泌水率，%<20合格膨胀率，%<50合格28天抗压强度，MMpa40.062.3合格机具设备制浆、压浆设备：VSL搅拌机一台，技术参数见下表：表４搅拌桶容量(L)储浆桶容量(L)制浆电机功率储浆电机功率压浆电机功率最大工作压力((MPa))最大流量(L//h)144903kW1420r/mmin1.1kW68r/minn4.4kW100,2000r/miin2.00.3MPa::210001.4MPa::900真空机：采用SK-1.5型真空机一台，技术参数见下表：表５抽气速率(m33/h)极限压力(MPa)转速(r/min)功率(kW)整机重量(kg)1202028904120劳动组织现场指挥员1人；密封器具安装2人；压浆机拌浆人员1人，辅助装料工人2人；真空机及抽真空端操作人员2人；压浆口操作人员1人；合计：9人质量保证措施1、水泥浆的强度应符合设计规定，设计无具体规定时，应不低于主体结构混凝土强度的80℅。2、压浆前除进行常规浆体配比实验外，还应进行斜管试验、密实度试验和模拟压浆试验。3、压浆时，每一工作班应留取不少于3组试样（每组为70.7mm×70.7mm×70.7mm立方体试件3个），标准养生28d，检查其抗压强度，作为评定水泥浆质量的依据。4、当气温或箱体温度低于5℃时，不得进行压浆。水泥浆温度不得超过32℃。5、管道压浆应尽可能在预应力钢筋张拉完成和监理工程师同意压浆后立即进行，一般不得超过3d。压浆时，由孔道压浆端压入浆体，从抽真空端排出浆体，直到流出的稠度达到注入的稠度。管道应充满水泥浆。简支梁的管道压浆，应自梁一端注入，而在另一端流出，流出的稠度须达到规定的稠度。6、水泥浆自调制至压入孔道的延续时间，不宜超过40min，水泥浆在使用前和压注过程中应保持流动状态。7、按真空辅助压浆工艺，当浆体从孔道抽真空端流出时，应在孔道两端进行废浆排除作业，然后在0.7MPa下保压不少于2min。压满浆的管道应进行保护，使在一天内不受震动。管道内水泥浆在注入后48h内，结构混凝土温度不得低于5℃，否则应采取保温措施。当白天气温高于35℃时，压浆宜在夜间进行。在压浆后两天，应检查注入端及出气孔的水泥浆密实情况，需要时进行处理。8、水泥浆拌和机应采用转速达1300r/min的高转速拌和机。压浆泵应能连续均匀地压浆，可进行0.7Mpa以上的恒压工作,压浆泵应具有压浆量、进浆压力可调功能；浆体养护缸的搅拌速度不能大于500r/min。真空泵：采用水环式真空泵，循环水用自来水，水温不能超过40℃。其抽真空的能力应大于90%(-0.09Mpa),抽真空的效率应不小于40m3/h。安全、环境保护措施压浆所使用的压浆机、输浆管道和密封连接装置必须符合压浆工效和耐压能力要求，输浆管道必须具备