預應力新型觸變漿體灌漿技術 在臺山核電站中的應用

廖春生 郝 奇 張響亮

中國核工業華興建設有限公司 江蘇 南京 211162

針對廣東省臺山核電站預應力管道和灌漿驗收高標準的特點，通過積極采取針對性措施，借鑒國外同類工程的先進經驗，研發了觸變漿體真空輔助灌漿工藝，形成大高差預應力管道觸變漿體灌漿方法，并進行了全尺寸灌漿模擬試驗[1-6]。通過對試驗管道灌漿效果的檢查，認定試驗結果滿足設計及規范的要求。

1 觸變漿體的性能及制作工藝

1.1 觸變漿體的性能

觸變漿體成漿后在靜止狀態具有較高的黏稠度，在受到外力觸動時，其黏稠度會迅速變化。在漿體灌注過程中，其性能在滿足灌漿流動性要求的同時，仍具有良好的黏稠度。該漿體同時具有微膨脹、無泌水等特點。

1.2 觸變漿體的制作工藝

觸變漿體制備流程如下：水、水泥和外加劑稱量→水、外加劑投入→邊攪拌邊加入水泥→漿體泵入二次攪拌罐→加入外加劑→二次攪拌→二次攪拌漿體運至灌漿現場→測量二次攪拌漿體密度、確定觸變劑摻量→加入觸變劑，經攪拌生成觸變漿體。

觸變漿體制作過程中的具體要求主要有以下幾點：

1）應注意水泥、水、外加劑等材料溫度的控制，尤其是水泥，使用溫度不能過高，宜控制在50 ℃以下，否則制成的漿體溫度容易超標；而水則應根據環境溫度，選擇加冰或加熱水等方式進行水溫調節。

2）外加劑應密封儲存，不能放在陽光下暴曬，需有遮陽措施。外加劑在取用之前，應通入氣管，用壓縮空氣吹1～2 min使其均勻。

3）水、水泥、外加劑稱量應按照配合比要求，一般要求水灰比小于0.40，且稱量應控制在誤差允許范圍內。

4）攪拌前應注意檢查攪拌設備的密封性，防止因水和外加劑的滲出而影響漿體的性能。

5）應確保水泥投料時的速度，避免攪拌時間已到，而投料還未完成的情況出現。一般水泥應i當在90 s內投料完畢，若下料緩慢，則應采用人工敲擊的方式輔助加快投料速度。

6）加強攪拌過程中的漿體流動度、溫度的測量，漿體流動度使用馬士錐進行測量，流動度一般控制在9～14 s，漿體溫度則控制在32 ℃以下，一般測定2次取平均值。

7）經二次攪拌的漿體制作完畢后裝入運漿罐中，通過叉車或其他運輸設備運輸至現場，運輸途中應注意漿體的防雨、保溫措施，如環境溫度不能保證漿體的溫度在可控范圍內，則在運輸過程對漿體采取保溫措施，確保漿體的溫度。在生產漿體前1～2 d應查看環境情況，尤其是對雨雪天氣、氣溫進行重點關注，根據生產之日的環境情況，提前做出調整措施，減少不利因素對漿體生產的影響。

8）觸變漿體由于其特性（受外力觸動時黏稠度減小），為減少運輸過程對漿體的觸動，觸變漿體一般在灌漿現場制備，其攪拌設備與灌漿設備一般設置于同一場地，即攪拌完畢后，即可用于灌漿。觸變漿體在攪拌過程中的注意點如下：

① 開始一批觸變漿體制備前，應測量用于觸變漿體制備的二次攪拌漿體的密度，觸變漿體的黏稠度受二次攪拌漿體密度影響較大，應根據其密度調整觸變漿體摻量，觸變漿體的摻量一般應在0.3%～2.0%（質量比）之間調整。

② 觸變漿體的攪拌時間不宜過長，一般應控制在50～60 s之間，具體的攪拌時間長短應當根據前期試驗結果確定。

③ 觸變漿體攪拌完成后，應測量黏稠度和溫度。黏由于觸變漿體的黏稠度會隨時間增長而迅速增長，故一般應在攪拌完畢后10～20 s內進行測量。

2 觸變漿體的灌注工藝及控制措施

2.1 灌注工藝原理

觸變漿體作為一種新型預應力漿體，是該灌漿工法實施的關鍵，利用觸變漿體黏稠度較高的特點，使漿體在管道中行進時保持“齊頭并進”的狀態（圖1）。

圖1 管道內觸變漿體運行狀態示意

利用觸變漿體的特性，在管道一端連接灌漿泵進行漿體灌注，另一端以真空泵抽真空進行輔助配合，灌漿期間保持真空泵處于工作狀態，使管道和漿體內的氣泡數量逐漸減少，從而確保管道內漿體的密實度。同時在灌漿過程中，通過控制灌漿泵，使灌漿壓力及灌漿速度控制在一個合理的范圍內，以確保灌漿質量（圖2）。

圖2 觸變漿體真空輔助灌注原理

2.2 灌注工藝

2.2.1 施工準備

1）技術準備：在施工前，技術人員應當查閱所涉及的設計及作業文件，以正確指導現場施工作業；對所有參與作業的人員進行安全技術交底，并簽字存檔；檢查上一道施工工序的驗收情況，包括驗收資料、現場灌漿帽安裝質量等。

2）材料設備：檢查灌漿所需各項材料的質量及數量；檢查施工作業所需的設備及工機具數量及運轉情況。

3）人員準備：檢查參與施工人員的數量及到崗情況，包括作業人員、技術員、質檢員等。

2.2.2 管道密封性檢查

漿體制備前，應進行管道的密封性檢查，以規避和減少灌漿過程中由于泄漏而引起的潛在風險。

1）氣壓試驗。鋼束管道的一個入口經過一個壓力表和一個中間閥連接到現場壓縮空氣網，關閉鋼束管道所有其他入口后，對管道內加壓，壓力一般為0.5～0.7 MPa，達到壓力后停止加壓，檢查壓力下降速度，3 min內壓降不超過0.1 MPa，則該試驗合格。

2）抽真空試驗。將管道的一個入口與真空泵相連接，關閉其他所有入口后，啟動真空泵對管道進行抽真空，當真空泵壓力達到1個大氣壓的－95%并穩定時，停機，并監測管道內的壓力變化4 min，為保證灌漿順利，管道內壓力變化不得超過0.01 MPa/min。

2.2.3 管道抽真空

在觸變漿體制備完成后，需對灌漿管道進行抽真空操作。具體操作為：將灌漿管道出口端與真空泵相連接，關閉其他所有入口后，啟動真空泵對管道進行抽真空，當真空泵壓力達到1個大氣壓的－80%時，真空泵不停且持續進行工作，直至灌漿結束。真空狀態有助于漿體順利流入管道，減少產生氣泡的可能性。

2.2.4 灌漿操作

預應力鋼束在張拉合格后，在規定時間內應進行灌漿操作，操作過程中應注意以下幾點要求：

1）按照要求分別設置管道的入口和出口，入口處設置高壓閥門和壓力表，而在出口處則設置真空泵、沉淀分離器、三通閥、單向閥等，單向閥和三通閥用于當漿體從管道內排出后，可以快速切換至取樣管道進行漿體取樣，并且可以防止漿體泵入真空泵內導致真空泵損壞。

2）灌漿泵出口處應設置流量計，用以監控漿體灌注時的實時流速，同時可記錄單根孔道的累計灌漿量，將相關記錄與理論計算相比，即可以判斷灌注過程中是否存在漿體泄漏。

3）灌漿前，在灌漿入口處應對觸變漿體進行取樣，檢測其黏稠度和溫度。管道入口處的漿體黏稠度是灌漿操作能否順利完成的關鍵。漿體過稠，泵送過程中灌漿壓力將會增大，導致灌漿無法完成，造成質量事故；漿體過稀，則會影響漿體灌注的質量。因此需將入口處的黏稠度值控制在一定范圍內，該范圍需在前期試驗中明確。

4）管道內抽真空達到規定要求時，即可將灌漿軟管接入到管道入口處，首先慢速泵送漿體，將灌漿帽內填充密實后，再進行全速泵漿。

5）灌漿過程應控制漿體灌注速度，一般控制在10～18 m/min。高差越大的管道要求灌注速度越快，灌漿速度取大值。

6）控制灌漿入口處的壓力不超過1 MPa，當入口壓力異常升高時，應當調整灌漿泵的泵送壓力，確保管道漿體連續灌注，不得中斷灌漿；在灌注下一根孔道前，分析壓力偏高原因并加以解決。

7）當出口沉淀分離器出現漿體時，即可通知灌漿泵停止泵漿，調整三通閥切換至取樣管道后，再緩慢泵漿，當出現均勻漿體后，即可進行黏稠度和溫度測量，一般出口處黏稠度略低于入口處，但不做強制要求。

8）灌漿完成后，就對管道內漿體進行持壓操作，即關閉出口端閥門，通過灌漿泵對管道內漿體加壓至0.5～1.0 MPa，持壓1 min，檢查漿體壓力穩定情況，壓降不超過規定值，即表示灌漿合格，該管道灌漿結束。

3 結語

目前在建核電站的預應力灌漿，在遇到高差較大管道時，會將高處部分漿體吹掉，造成大量漿體浪費。利用該灌漿工藝可以取消吹漿及二次灌漿操作，節約大量的人工和材料，縮短工期，大大提高了一次灌漿成形的灌漿效率。同時，采用真空輔助形式進行灌漿，不但大大提高了預應力的灌漿質量，還為后續預應力施工提供了新的思路和解決方案，促進后續預應力施工技術的進步。