預應力混凝土橋梁孔道壓漿材料的研制與應用

黃 冬 ，王兆林 ，諸 岧 ，張 鵬

（1.上海市城市建設設計研究院，上海200125.上海滬申高速公路建設發展有限公司，上海200000；3.上海隧道工程質量檢測有限公司，上海201109）

0 引言

在后張法預應力工法施工中，如何使套管壓漿密實、不分層、強度均勻，鋼鉸線不銹蝕,預應力損失小，是近年來橋梁等結構工程使用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、強度下降等因素曾導致三座橋梁倒塌，兩座是英國的Bickton Meadoms橋和Ynysy Gwas橋，另一座是比利時的Schelde橋。

近年來隨著國民經濟的不斷發展，公路交通流量逐年增加，隨之而來也引發了公路橋梁的損壞。國內的一些橋梁事故和舊橋加固改造等現象層出不窮，通過對損壞橋梁的檢查，發現大部分也是由于因孔道壓漿不飽滿而導致預應力鋼筋受腐蝕而造成橋梁的損壞。

預應力混凝土橋梁的主要承載能力大部分是由預應力鋼筋所賦予的。當預應力鋼筋的應力施加完成后必須進行孔道壓漿以對其進行保護；但如果在壓漿過程中未控制好質量，勢必會造成壓漿泌水和不密實的情況。當后張預應力鋼筋處于非水平的傾斜部位、多跨度彎曲狀態和垂直狀態時，壓漿材料的泌水和不密實會使其蒸發后的空間失去水泥的鈍化保護，同時鋼筋在高應力狀態下銹蝕極易發展。這就造成鋼筋銹蝕部位斷面缺損，使預應力結構的安全壽命和使用可靠性受到威脅，從而導致事故的發生。

因此，提高后張法預應力套管壓漿材料的質量，確保預應力橋梁的安全使用期，必須引起高度重視。

1 孔道壓漿的質量控制

1.1 孔道壓漿質量問題分析

對預應力管道進行壓漿主要是起到保護預應力鋼筋不被腐蝕，使預應力筋與混凝土結構協同工作，降低疲勞荷載對錨具損傷的作用。但在我國的公路橋梁建設中，預應力孔道壓漿控制不嚴、壓漿不密實的問題非常普遍，已被交通部列為公路橋梁建設中30項通病之一。通過分析其產生原因是綜合性的：其主觀人為因素是現場施工與實驗室操作結果誤差較大，孔道壓漿材料的材料配制不規范；其客觀原因是現行交通行業施工規范中壓漿工藝容易造成壓漿不密實和泌水。

1.2 孔道壓漿質量控制

在了解了預應力箱梁孔道壓漿質量問題發生的原因和主要因素后，以及在對以往施工經驗及公路橋梁施工技術規范的研究和總結后，認為要解決孔道壓漿質量病害，應加強對孔道壓漿材料的質量和施工配比的控制及壓漿工藝的控制。

1.2.1 壓漿材料的質量控制

對于孔道壓漿材料，最重要的是加強對配料成分的計量；再好的配合比如果沒有按照設計進行摻配那也等于白搭。因此控制好配料用量的準確性是孔道壓漿質量良好的基礎。

目前，對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場配比試驗后進行孔道壓漿（以下簡稱為普通壓漿材料）；另一種是由生產廠家通過研發生產一種新型壓漿材料（以下簡稱為新型壓漿材料），現場施工時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。通過合理的實驗路線，選擇最優配合比制成單一的新型壓漿材料，使其具有現場生產簡單、流動度可控的特性。

1.2.2 壓漿工藝的質量控制

在壓漿材料優選后，隨即需要進行的就是壓漿工藝的選擇。根據《公路橋梁施工技術規范》(JTJ 041-2000)中對孔道壓漿的要求和現場施工現實情況對比，認為用現有規范中的壓漿方法已經不能保證孔道壓漿的質量。

針對目前孔道在灌注前存在的積水清理不徹底、排氣口起不到相應排氣作用的問題，提出采用真空壓漿方法進行孔道壓漿的新工藝。即在壓漿前，先用真空泵抽吸預應力孔道中的空氣，使孔道內能維持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應力孔道并產生一定的壓力。由于孔道內只有極少量空氣，漿體中很難形成氣泡，同時由于孔道內和壓漿泵之間的正負壓力差，漿體中的微沫漿及稀漿在真空負壓下率先流入負壓容器，使稠漿流出后，孔道中漿體的稠度能保持一致，大大提高孔道內漿體的飽滿度和密實度[1]。

2 應用實例及效果

為檢查和驗證兩種材料和施工工藝的效果，上海隧道工程質量檢測有限公司特在上海某構件預制廠進行了比對試驗，采用正交法對兩種壓漿材料和施工工藝進行組合比對。其結果見表1所列。

表1 孔道壓漿施工工藝及材料比對表

在施工過程中，對兩種壓漿材料的用量和拌制后流動度進行了監測，其結果如表2所列。

表2 孔道壓漿材料流動度及用量統計表

通過現場灌注試驗及比對，分析如下：

（1）普通壓漿材料現場拌和時需要精確計量水泥、外加劑和水；而新型壓漿材料因原料包裝質量準確，僅須對水進行精確計量，減少了計量環節、縮短了施工時間。

（2）普通壓漿材料因計量環節較多，用量偏差導致流動度結果與室內檢測結果相差較大，壓漿材料泌水嚴重，硬化后收縮嚴重。

（3）采用普通壓漿工藝施工后端頭檢查孔內泌水較多，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泌水較少。

（4）采用各種方法進行施工的壓漿材料強度都能滿足要求。

3 孔道壓漿的質量檢測

因箱梁內部環境復雜、鋼筋布置密集，且不能進行破壞檢測等因素制約，目前尚未有較好的方法對所有類型的預應力箱梁進行質量檢測。如現有的地質雷達無法對金屬波紋管進行質量檢測、應力沖擊波法受預應力鋼筋預應力大小影響，檢測結果都不具有代表性。

在該試驗中，上海隧道工程質量檢測有限公司和同濟大學等科研單位在通過多方研究后提出一種新型檢測方法：即采用超聲波進行孔道壓漿質量的判定，并在該試驗中進行檢測。其結果如表3所列及圖1所示。

表3 孔道壓漿質量檢測結果匯總表

通過比對，認為該種新型檢測方案滿足現場無損檢測要求。

4 結語

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合新型真空壓漿工藝進行孔道壓漿施工，能較好地保證孔道壓漿的質量，有效地防治預應力鋼筋的早期損壞，提高橋梁的安全性和耐久性。

[1]梁定.預應力混凝土橋梁真空壓漿技術研究[J].公路交通技術,2007,(6).

[2]JTJ 041-2000，公路橋梁施工技術規范[S].