預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁孔道壓漿材料的研制與應(yīng)用

黃 冬 ，王兆林 ，諸 岧 ，張 鵬

（1.上海市城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究院，上海200125.上海滬申高速公路建設(shè)發(fā)展有限公司，上海200000；3.上海隧道工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司，上海201109）

0 引言

在后張法預(yù)應(yīng)力工法施工中，如何使套管壓漿密實(shí)、不分層、強(qiáng)度均勻，鋼鉸線不銹蝕,預(yù)應(yīng)力損失小，是近年來橋梁等結(jié)構(gòu)工程使用100 a以上必須考慮的問題。在歐洲，因采用鋁粉作膨脹源、套管壓漿不密實(shí)、強(qiáng)度下降等因素曾導(dǎo)致三座橋梁倒塌，兩座是英國(guó)的Bickton Meadoms橋和Ynysy Gwas橋，另一座是比利時(shí)的Schelde橋。

近年來隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，公路交通流量逐年增加，隨之而來也引發(fā)了公路橋梁的損壞。國(guó)內(nèi)的一些橋梁事故和舊橋加固改造等現(xiàn)象層出不窮，通過對(duì)損壞橋梁的檢查，發(fā)現(xiàn)大部分也是由于因孔道壓漿不飽滿而導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力鋼筋受腐蝕而造成橋梁的損壞。

預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁的主要承載能力大部分是由預(yù)應(yīng)力鋼筋所賦予的。當(dāng)預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)力施加完成后必須進(jìn)行孔道壓漿以對(duì)其進(jìn)行保護(hù)；但如果在壓漿過程中未控制好質(zhì)量，勢(shì)必會(huì)造成壓漿泌水和不密實(shí)的情況。當(dāng)后張預(yù)應(yīng)力鋼筋處于非水平的傾斜部位、多跨度彎曲狀態(tài)和垂直狀態(tài)時(shí)，壓漿材料的泌水和不密實(shí)會(huì)使其蒸發(fā)后的空間失去水泥的鈍化保護(hù)，同時(shí)鋼筋在高應(yīng)力狀態(tài)下銹蝕極易發(fā)展。這就造成鋼筋銹蝕部位斷面缺損，使預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的安全壽命和使用可靠性受到威脅，從而導(dǎo)致事故的發(fā)生。

因此，提高后張法預(yù)應(yīng)力套管壓漿材料的質(zhì)量，確保預(yù)應(yīng)力橋梁的安全使用期，必須引起高度重視。

1 孔道壓漿的質(zhì)量控制

1.1 孔道壓漿質(zhì)量問題分析

對(duì)預(yù)應(yīng)力管道進(jìn)行壓漿主要是起到保護(hù)預(yù)應(yīng)力鋼筋不被腐蝕，使預(yù)應(yīng)力筋與混凝土結(jié)構(gòu)協(xié)同工作，降低疲勞荷載對(duì)錨具損傷的作用。但在我國(guó)的公路橋梁建設(shè)中，預(yù)應(yīng)力孔道壓漿控制不嚴(yán)、壓漿不密實(shí)的問題非常普遍，已被交通部列為公路橋梁建設(shè)中30項(xiàng)通病之一。通過分析其產(chǎn)生原因是綜合性的：其主觀人為因素是現(xiàn)場(chǎng)施工與實(shí)驗(yàn)室操作結(jié)果誤差較大，孔道壓漿材料的材料配制不規(guī)范；其客觀原因是現(xiàn)行交通行業(yè)施工規(guī)范中壓漿工藝容易造成壓漿不密實(shí)和泌水。

1.2 孔道壓漿質(zhì)量控制

在了解了預(yù)應(yīng)力箱梁孔道壓漿質(zhì)量問題發(fā)生的原因和主要因素后，以及在對(duì)以往施工經(jīng)驗(yàn)及公路橋梁施工技術(shù)規(guī)范的研究和總結(jié)后，認(rèn)為要解決孔道壓漿質(zhì)量病害，應(yīng)加強(qiáng)對(duì)孔道壓漿材料的質(zhì)量和施工配比的控制及壓漿工藝的控制。

1.2.1 壓漿材料的質(zhì)量控制

對(duì)于孔道壓漿材料，最重要的是加強(qiáng)對(duì)配料成分的計(jì)量；再好的配合比如果沒有按照設(shè)計(jì)進(jìn)行摻配那也等于白搭。因此控制好配料用量的準(zhǔn)確性是孔道壓漿質(zhì)量良好的基礎(chǔ)。

目前，對(duì)于孔道壓漿材料的配制主要有兩種方法：一種是利用水泥和外加劑在通過現(xiàn)場(chǎng)配比試驗(yàn)后進(jìn)行孔道壓漿（以下簡(jiǎn)稱為普通壓漿材料）；另一種是由生產(chǎn)廠家通過研發(fā)生產(chǎn)一種新型壓漿材料（以下簡(jiǎn)稱為新型壓漿材料），現(xiàn)場(chǎng)施工時(shí)直接按要求加入定量的水使用。新型壓漿材料選擇硅粉、減水劑PC（聚羧酸）、膨脹劑、聚合物可分散性乳膠粉等作為外加劑。通過合理的實(shí)驗(yàn)路線，選擇最優(yōu)配合比制成單一的新型壓漿材料，使其具有現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)簡(jiǎn)單、流動(dòng)度可控的特性。

1.2.2 壓漿工藝的質(zhì)量控制

在壓漿材料優(yōu)選后，隨即需要進(jìn)行的就是壓漿工藝的選擇。根據(jù)《公路橋梁施工技術(shù)規(guī)范》(JTJ 041-2000)中對(duì)孔道壓漿的要求和現(xiàn)場(chǎng)施工現(xiàn)實(shí)情況對(duì)比，認(rèn)為用現(xiàn)有規(guī)范中的壓漿方法已經(jīng)不能保證孔道壓漿的質(zhì)量。

針對(duì)目前孔道在灌注前存在的積水清理不徹底、排氣口起不到相應(yīng)排氣作用的問題，提出采用真空壓漿方法進(jìn)行孔道壓漿的新工藝。即在壓漿前，先用真空泵抽吸預(yù)應(yīng)力孔道中的空氣，使孔道內(nèi)能維持0.06～0.1 MPa的真空度，然后在孔道另一端用壓漿泵以一定的壓力將攪拌好的水泥漿體壓入預(yù)應(yīng)力孔道并產(chǎn)生一定的壓力。由于孔道內(nèi)只有極少量空氣，漿體中很難形成氣泡，同時(shí)由于孔道內(nèi)和壓漿泵之間的正負(fù)壓力差，漿體中的微沫漿及稀漿在真空負(fù)壓下率先流入負(fù)壓容器，使稠漿流出后，孔道中漿體的稠度能保持一致，大大提高孔道內(nèi)漿體的飽滿度和密實(shí)度[1]。

2 應(yīng)用實(shí)例及效果

為檢查和驗(yàn)證兩種材料和施工工藝的效果，上海隧道工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司特在上海某構(gòu)件預(yù)制廠進(jìn)行了比對(duì)試驗(yàn)，采用正交法對(duì)兩種壓漿材料和施工工藝進(jìn)行組合比對(duì)。其結(jié)果見表1所列。

表1 孔道壓漿施工工藝及材料比對(duì)表

在施工過程中，對(duì)兩種壓漿材料的用量和拌制后流動(dòng)度進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，其結(jié)果如表2所列。

表2 孔道壓漿材料流動(dòng)度及用量統(tǒng)計(jì)表

通過現(xiàn)場(chǎng)灌注試驗(yàn)及比對(duì)，分析如下：

（1）普通壓漿材料現(xiàn)場(chǎng)拌和時(shí)需要精確計(jì)量水泥、外加劑和水；而新型壓漿材料因原料包裝質(zhì)量準(zhǔn)確，僅須對(duì)水進(jìn)行精確計(jì)量，減少了計(jì)量環(huán)節(jié)、縮短了施工時(shí)間。

（2）普通壓漿材料因計(jì)量環(huán)節(jié)較多，用量偏差導(dǎo)致流動(dòng)度結(jié)果與室內(nèi)檢測(cè)結(jié)果相差較大，壓漿材料泌水嚴(yán)重，硬化后收縮嚴(yán)重。

（3）采用普通壓漿工藝施工后端頭檢查孔內(nèi)泌水較多，壓漿材料損傷較大；而采用真空壓漿工藝施工后其端頭檢查孔內(nèi)泌水較少。

（4）采用各種方法進(jìn)行施工的壓漿材料強(qiáng)度都能滿足要求。

3 孔道壓漿的質(zhì)量檢測(cè)

因箱梁內(nèi)部環(huán)境復(fù)雜、鋼筋布置密集，且不能進(jìn)行破壞檢測(cè)等因素制約，目前尚未有較好的方法對(duì)所有類型的預(yù)應(yīng)力箱梁進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)。如現(xiàn)有的地質(zhì)雷達(dá)無法對(duì)金屬波紋管進(jìn)行質(zhì)量檢測(cè)、應(yīng)力沖擊波法受預(yù)應(yīng)力鋼筋預(yù)應(yīng)力大小影響，檢測(cè)結(jié)果都不具有代表性。

在該試驗(yàn)中，上海隧道工程質(zhì)量檢測(cè)有限公司和同濟(jì)大學(xué)等科研單位在通過多方研究后提出一種新型檢測(cè)方法：即采用超聲波進(jìn)行孔道壓漿質(zhì)量的判定，并在該試驗(yàn)中進(jìn)行檢測(cè)。其結(jié)果如表3所列及圖1所示。

表3 孔道壓漿質(zhì)量檢測(cè)結(jié)果匯總表

通過比對(duì)，認(rèn)為該種新型檢測(cè)方案滿足現(xiàn)場(chǎng)無損檢測(cè)要求。

4 結(jié)語

在公路橋梁施工水平日益提升的前提下，通過采用新型壓漿材料結(jié)合新型真空壓漿工藝進(jìn)行孔道壓漿施工，能較好地保證孔道壓漿的質(zhì)量，有效地防治預(yù)應(yīng)力鋼筋的早期損壞，提高橋梁的安全性和耐久性。

[1]梁定.預(yù)應(yīng)力混凝土橋梁真空壓漿技術(shù)研究[J].公路交通技術(shù),2007,(6).

[2]JTJ 041-2000，公路橋梁施工技術(shù)規(guī)范[S].