摘要：通过多个工程的后张预应力孔道真空灌浆实践和试验研究，从浆体材料的选用与试验、设备使用和现场施工控制等方面，探讨了真空辅助灌浆工艺应用中应注意的问题。 关键词：真空辅助灌浆；预应力；孔道灌浆 中图分类号：U44文献标识码：A1真空辅助灌浆工艺的特点及应用 真空辅助灌浆工艺是国内近年来逐步应用的后张预应力孔道灌浆新工艺。经过国内多个工程的孔道灌浆试验研究和实践证明，真空辅助灌浆工艺可以有效地克服传统压力灌浆工艺容易发生的孔道内水泥浆干硬后产生空隙，给结构的安全性和耐久性留下隐患的不足，是目前提高预应力孔道灌浆质量最有效的措施。它可以大大提高孔道灌浆的饱满度和密实性，特别对超长、超大孔道和弯曲孔道的灌浆效果尤为令人满意。 真空辅助灌浆工艺的原理较为简单，具有传统压浆工艺所不具备的优越性，技术比较容易掌握，工艺操作也较为简单，但目前国内还没有相应的真空辅助灌浆工艺施工技术规范和技术要求。广东省首次将真空辅助灌浆工艺应用于高明大桥扩建工程，经此工程以及随后的广东江鹤高速公路5标、中江高速公路1标、西部沿海高速公路珠海段3标等工程的试验研究和施工实践，笔者体会到，真空辅助灌浆工艺对技术和管理的要求较高，要想达到真空灌浆的预期效果，必须特别加强浆体材料的选用与配比设计、孔道密封、设备使用和现场施工控制等方面的工作。 2浆体材料的选用与试验 浆体设计是真空灌浆工艺的关键，因为传统压浆工艺注入孔道的浆体出现的空隙，很大部分来源于水泥浆离析、析水、干硬后的收缩。真空辅助灌浆可以在灌浆前抽走孔道内的大部分空气和消除搅拌时混在浆体中的空气，但不能排除浆体析水造成的空隙，这一问题必须在浆体设计中得以解决。目前，国内后张预应力孔道灌浆一般采用水泥浆，但不同地方、不同工程采用的浆体材料并不统一，浆体的组合材料往往就近取用。工程试验表明，浆体各组成材料的成分和用量直接影响到浆体的流动度、泌水率、收缩率、强度、密实性与渗透性等。灌浆前必须结合工程的具体要求，综合考虑浆体的各种性能，认真进行浆体材料的选用和试配工作，以选择最佳的灌浆配合比，使得浆体的泌水率最小，可泵性能好，收缩率低，甚至不收缩或有一定的膨胀，强度不小于50 MPa。 为使浆体的各种性能都达到较理想的性能指标，最有效的方法就是降低浆体的水灰比。传统的压力灌浆由于浆体流动时存在着孔道壁和钢丝的摩阻力以及孔道内空气的阻力，要求浆体的流动性较大，相应地浆体的水灰比通常也较大（在掺加了塑化剂后，水灰比一般在0.35～0.40），导致浆体容易离析、析水，泌水率较大，浆体硬化后收缩大，产生的空隙也大，强度较低。真空灌浆工艺正是由于孔道内与灌浆机之间存在着正负压力差，浆体通过孔道的阻力较小，使低水灰比、较低流动性的浆体可以较快、较顺畅地通过孔道，并充满孔道的所有空隙成为现实，最大可能地减少泌水、收缩变形，提高了孔道灌浆的饱满度和密实性。 浆体所用的水泥一般应选用泌水性些强度等级为42.5 MPa的硅酸盐水泥或普通水泥，有时为适应特殊的施工要求而采用特种水泥。浆体中需要加入高效减水剂、膨胀剂。降低浆体的用水量，采用低水灰比是提高浆体性能的关键。真空灌浆工艺实际应用的浆体水灰比可介于0.29～0.33之间，选用的高效减水剂应具有缓凝、保塑、抗收缩性能，其与水泥及其他掺和料的相容性好坏程度不但决定是否保证拌制浆体的足够流动性，更主要的是能否降低浆体的泌水收缩率(甚至不收缩)，增强浆体的密实饱满度。试验表明，如果在水泥浆中加入一定比例的硅粉、粉煤灰掺和料，能有效地减少浆体的离析和析水现象，并且高细度的硅粉和粉煤灰在浆体中发挥填充效应和火山灰反应，使浆体更加致密，从而降低有害水分和氯离子的渗透率，增强浆体的抗腐蚀性能。 浆体中加入的膨胀剂起补偿浆体收缩的作用，但是具体掺入何种膨胀剂及其掺量需谨慎对待。工程试验表明，若加入铝粉作为膨胀剂后，往往使浆体膨胀硬化后气孔、裂缝增多，浆体呈层状，浆体强度反而比没有加入铝粉时更低。试验还表明，在水泥、水灰比相同的情况下加入铝粉，掺入不同的减水剂，水泥浆的性能可发生相当大的变化，有的浆体反而比没有掺入减水剂时产生更大的析水乃至严重的收缩，并且铝粉的掺入量不好控制。试验表明，铝粉掺量为0.006 ％时，浆体并未有明显的膨胀，但采用0.008 ％的掺量时，浆体膨胀率可达4 ％，当铝粉掺量为0.01 ％时，可发现浆体膨胀产生的层状裂缝宽达1 mm～2 mm，浆体密实性和强度反而大大降低了，因此不宜采用铝粉作为膨胀剂。如果浆体中加入UEA或AEA膨胀剂，其与很多水泥、减水剂的相容性较好，能够补偿浆体的收缩，浆体性能很好，宜作为浆体的补偿收缩剂使用。 在完成水泥浆室内各种试验并得出水泥浆的配比后，还应该使用现场灌浆设备(搅拌机、压浆泵)进行正确的水泥浆现场试验，以检验现场拌制的水泥浆是否具有与试验室相同的性能，更能清楚地发现浆体潜在的、在试验室条件下难以发现的问题，必要时对水泥浆的室内配比进行调整修正，以确定最合适的灌浆配合比。 3孔道密封 真空灌浆工艺是在孔道灌入水泥浆之前，首先在密封孔道的一端用抽真空机将孔道内90 ％左右的空气抽出并稳压一定时间后，再在另一端压入水泥浆。因此，该工艺要求孔道及其两端必须形成全密封状态。－0.08 MPa～－0.1 MPa的压力表明孔道密封良好。孔道的密封程度首先取决于埋在结构砼内的孔道密封性。真空灌浆试验表明，在梁体砼振捣密实和管道接头密封的情况下，金属波纹管与高密度聚乙烯塑料波纹管成孔的孔道都能达到几乎相同的真空度(塑料波纹管孔道的真空度稍好些)，而抽拔管成孔的孔道抽真空度则相对差些，但其真空度仍能大于－0.08 MPa，满足要求。 另一方面，孔道的密封程度取决于孔道两端封锚的密封性。封锚有采用密封工具罩和无收缩水泥砂浆封锚两种方式。两种封锚方式都能满足密封性要求，密封工具罩方式稳妥、快捷、效果好，但目前不少锚具厂家生产的锚垫板并未配套考虑到密封工具罩的安装要求，造成应用不便；采用无收缩水泥砂浆封锚时，需特别注意水泥砂浆的配比设计、搅拌稠度和均匀性、彻底性的控制，并应在封锚24 h后才能灌浆。水泥砂浆封锚如果密封不好，则会造成孔道形不成真空，并且锚头如果密封不好起着筛网的作用，浆体中的水分和稀浆向外喷溢，加大了灌浆难度，易造成堵管，锚头处由于浆体外流而不饱满。 4设备选用 设备的选择和使用对成功实施真空灌浆工艺也很重要。抽吸空气的抽真空机是最重要的设备，应选用水环式真空泵，真空泵应设置有水气分离器和浆体过滤贮存器罐，抽取的空气向上排走，水则流回泵供水口循环使用，抽吸的孔道内的杂质和稀浆则应留存在过滤器罐内，通过过滤器罐底部的排污阀用水冲洗干净。 选用的搅拌机是否合适将很大程度上影响到拌制浆体的均匀性。实践证明，选用强制式搅拌机拌制的浆体均匀性较好，而使用叶片水平回转的搅拌机拌制的浆体均匀性差，浆体较易离析、析水沉淀。 如果选用传统的活塞式压浆泵，有可能会由于其活塞缸的气密性较差而使灌入的浆体混进空气，但其吸浆能力较好，停机时持压性能好。现在逐步推广使用的螺杆式灌浆泵，由于浆体为连续注入，不易混进空气，但其吸浆能力较差，停机时孔道内的浆体会回灌，灌浆压力下降快，持压性能较差。两种类型的压浆泵各有优缺点。 5现场施工控制 真空灌浆要达到良好的效果，除了上述关于浆体的设计和设备选用外，现场操作者熟练的操作技巧、高度的责任心和高水平的现场质量控制仍然是极为重要的。那种认为真空灌浆技术比较简单，只要用抽真空机抽吸了孔道内的空气就万事大吉的想法是片面的。其实真空辅助灌浆工艺并不是对传统压浆工艺的完全否定，它是对传统灌浆工艺的继承、完善和提高，传统压力灌浆的下列质量控制措施同样适用于真空灌浆。 (1)操作者的培训和施工前的交底不可缺少，进行定员、定岗和统一指挥同样很重要。最好由具有预应力专项施工资质的队伍来进行施工。 (2)严格执行正确的搅浆程序，使浆体均匀，最好呈悬浮状。合适的搅浆程序是：首先将水加入搅拌机，然后加入水泥、掺和料，在搅拌少许时间后再加入减水剂，减水剂宜以水剂形式加入，应拌和5 min(拌和时间不能过长)，检测浆体稠度达设计指标后经过滤储存到储浆罐中，并在灌入孔道之前一直处于搅动状态。 (3)孔道应在灌浆前用清水冲洗，并用高压风吹干净。 (4)把好浆体性能的现场检测关。在浆体的几个性能指标中，现场能马上检测出来的只有稠度一项。 实践证明，在控制水泥、掺和料和减水剂称量准确情况下，只要浆体稠度指标满足要求，便可保证浆体的水灰比、泌水率、强度等指标达到浆体的设计指标。因此，判断每一孔道出浆端排出浓浆后能否关闭的依据，应以测试出浆口的浆体稠度指标不小于灌入浆体的指标为准，而不应目测。 (5)布设孔道时，在孔道的各个峰顶都埋设排气管是十分必要的。灌浆实践表明，由于孔道不可能是绝对真空，在抽真空端排出浓浆后，逐一打开各个峰顶的排气管，排出各峰顶可能存在的残余空气和泌水再关闭持压，孔道内浆体饱满性比峰顶不设排气管为好。 (6)保持真空泵和灌浆泵良好的工作性能。每一孔道灌浆完成后，应冲净真空泵的滤清器和透明胶管。完成当日灌浆后必须将所有沾有水泥浆的设备清洗干净。 6结语 真空辅助灌浆工艺在广东省内多个重点桥梁工程的成功应用，表明了它是确保高质量灌浆的一种强有力手段；但灌浆试验研究和实践也表明，真空灌浆工艺并不是万能的，它同样不能消除不合理的浆体设计和低劣的现场施工质量，浆体的材料选用和设计、设备、操作者的素质仍然是极为重要的。真空辅助灌浆与传统的灌浆操作一样，要求必须做好所有的准备工作和预防措施。 参考文献 [1]杨宗放,方先和.现代预应力混凝土施工[M].北京:中国建筑工业出版社,1993. [2]周翰斌，陈来进.真空灌浆技术在高明大桥扩建工程应力孔道灌浆的应用[J].华南港工，2004(1)：40－44.
摘要：通过多个工程的后张预应力孔道真空灌浆实践和试验研究，从浆体材料的选用与试验、设备使用和现场施工控制等方面，探讨了真空辅助灌浆工艺应用中应注意的问题。 关键词：真空辅助灌浆；预应力；孔道灌浆 中图分类号：U44文献标识码：A1真空辅助灌浆工艺的特点及应用 真空辅助灌浆工艺是国内近年来逐步应用的后张预应力孔道灌浆新工艺。经过国内多个工程的孔道灌浆试验研究和实践证明，真空辅助灌浆工艺可以有效地克服传统压力灌浆工艺容易发生的孔道内水泥浆干硬后产生空隙，给结构的安全性和耐久性留下隐患的不足，是目前提高预应力孔道灌浆质量最有效的措施。它可以大大提高孔道灌浆的饱满度和密实性，特别对超长、超大孔道和弯曲孔道的灌浆效果尤为令人满意。 真空辅助灌浆工艺的原理较为简单，具有传统压浆工艺所不具备的优越性，技术比较容易掌握，工艺操作也较为简单，但目前国内还没有相应的真空辅助灌浆工艺施工技术规范和技术要求。广东省首次将真空辅助灌浆工艺应用于高明大桥扩建工程，经此工程以及随后的广东江鹤高速公路5标、中江高速公路1标、西部沿海高速公路珠海段3标等工程的试验研究和施工实践，笔者体会到，真空辅助灌浆工艺对技术和管理的要求较高，要想达到真空灌浆的预期效果，必须特别加强浆体材料的选用与配比设计、孔道密封、设备使用和现场施工控制等方面的工作。 2浆体材料的选用与试验 浆体设计是真空灌浆工艺的关键，因为传统压浆工艺注入孔道的浆体出现的空隙，很大部分来源于水泥浆离析、析水、干硬后的收缩。真空辅助灌浆可以在灌浆前抽走孔道内的大部分空气和消除搅拌时混在浆体中的空气，但不能排除浆体析水造成的空隙，这一问题必须在浆体设计中得以解决。目前，国内后张预应力孔道灌浆一般采用水泥浆，但不同地方、不同工程采用的浆体材料并不统一，浆体的组合材料往往就近取用。工程试验表明，浆体各组成材料的成分和用量直接影响到浆体的流动度、泌水率、收缩率、强度、密实性与渗透性等。灌浆前必须结合工程的具体要求，综合考虑浆体的各种性能，认真进行浆体材料的选用和试配工作，以选择最佳的灌浆配合比，使得浆体的泌水率最小，可泵性能好，收缩率低，甚至不收缩或有一定的膨胀，强度不小于50 MPa。 为使浆体的各种性能都达到较理想的性能指标，最有效的方法就是降低浆体的水灰比。传统的压力灌浆由于浆体流动时存在着孔道壁和钢丝的摩阻力以及孔道内空气的阻力，要求浆体的流动性较大，相应地浆体的水灰比通常也较大（在掺加了塑化剂后，水灰比一般在0.35～0.40），导致浆体容易离析、析水，泌水率较大，浆体硬化后收缩大，产生的空隙也大，强度较低。真空灌浆工艺正是由于孔道内与灌浆机之间存在着正负压力差，浆体通过孔道的阻力较小，使低水灰比、较低流动性的浆体可以较快、较顺畅地通过孔道，并充满孔道的所有空隙成为现实，最大可能地减少泌水、收缩变形，提高了孔道灌浆的饱满度和密实性。 浆体所用的水泥一般应选用泌水性些强度等级为42.5 MPa的硅酸盐水泥或普通水泥，有时为适应特殊的施工要求而采用特种水泥。浆体中需要加入高效减水剂、膨胀剂。降低浆体的用水量，采用低水灰比是提高浆体性能的关键。真空灌浆工艺实际应用的浆体水灰比可介于0.29～0.33之间，选用的高效减水剂应具有缓凝、保塑、抗收缩性能，其与水泥及其他掺和料的相容性好坏程度不但决定是否保证拌制浆体的足够流动性，更主要的是能否降低浆体的泌水收缩率(甚至不收缩)，增强浆体的密实饱满度。试验表明，如果在水泥浆中加入一定比例的硅粉、粉煤灰掺和料，能有效地减少浆体的离析和析水现象，并且高细度的硅粉和粉煤灰在浆体中发挥填充效应和火山灰反应，使浆体更加致密，从而降低有害水分和氯离子的渗透率，增强浆体的抗腐蚀性能。 浆体中加入的膨胀剂起补偿浆体收缩的作用，但是具体掺入何种膨胀剂及其掺量需谨慎对待。工程试验表明，若加入铝粉作为膨胀剂后，往往使浆体膨胀硬化后气孔、裂缝增多，浆体呈层状，浆体强度反而比没有加入铝粉时更低。试验还表明，在水泥、水灰比相同的情况下加入铝粉，掺入不同的减水剂，水泥浆的性能可发生相当大的变化，有的浆体反而比没有掺入减水剂时产生更大的析水乃至严重的收缩，并且铝粉的掺入量不好控制。试验表明，铝粉掺量为0.006 ％时，浆体并未有明显的膨胀，但采用0.008 ％的掺量时，浆体膨胀率可达4 ％，当铝粉掺量为0.01 ％时，可发现浆体膨胀产生的层状裂缝宽达1 mm～2 mm，浆体密实性和强度反而大大降低了，因此不宜采用铝粉作为膨胀剂。如果浆体中加入UEA或AEA膨胀剂，其与很多水泥、减水剂的相容性较好，能够补偿浆体的收缩，浆体性能很好，宜作为浆体的补偿收缩剂使用。 在完成水泥浆室内各种试验并得出水泥浆的配比后，还应该使用现场灌浆设备(搅拌机、压浆泵)进行正确的水泥浆现场试验，以检验现场拌制的水泥浆是否具有与试验室相同的性能，更能清楚地发现浆体潜在的、在试验室条件下难以发现的问题，必要时对水泥浆的室内配比进行调整修正，以确定最合适的灌浆配合比。 3孔道密封 真空灌浆工艺是在孔道灌入水泥浆之前，首先在密封孔道的一端用抽真空机将孔道内90 ％左右的空气抽出并稳压一定时间后，再在另一端压入水泥浆。因此，该工艺要求孔道及其两端必须形成全密封状态。－0.08 MPa～－0.1 MPa的压力表明孔道密封良好。孔道的密封程度首先取决于埋在结构砼内的孔道密封性。真空灌浆试验表明，在梁体砼振捣密实和管道接头密封的情况下，金属波纹管与高密度聚乙烯塑料波纹管成孔的孔道都能达到几乎相同的真空度(塑料波纹管孔道的真空度稍好些)，而抽拔管成孔的孔道抽真空度则相对差些，但其真空度仍能大于－0.08 MPa，满足要求。 另一方面，孔道的密封程度取决于孔道两端封锚的密封性。封锚有采用密封工具罩和无收缩水泥砂浆封锚两种方式。两种封锚方式都能满足密封性要求，密封工具罩方式稳妥、快捷、效果好，但目前不少锚具厂家生产的锚垫板并未配套考虑到密封工具罩的安装要求，造成应用不便；采用无收缩水泥砂浆封锚时，需特别注意水泥砂浆的配比设计、搅拌稠度和均匀性、彻底性的控制，并应在封锚24 h后才能灌浆。水泥砂浆封锚如果密封不好，则会造成孔道形不成真空，并且锚头如果密封不好起着筛网的作用，浆体中的水分和稀浆向外喷溢，加大了灌浆难度，易造成堵管，锚头处由于浆体外流而不饱满。 4设备选用 设备的选择和使用对成功实施真空灌浆工艺也很重要。抽吸空气的抽真空机是最重要的设备，应选用水环式真空泵，真空泵应设置有水气分离器和浆体过滤贮存器罐，抽取的空气向上排走，水则流回泵供水口循环使用，抽吸的孔道内的杂质和稀浆则应留存在过滤器罐内，通过过滤器罐底部的排污阀用水冲洗干净。 选用的搅拌机是否合适将很大程度上影响到拌制浆体的均匀性。实践证明，选用强制式搅拌机拌制的浆体均匀性较好，而使用叶片水平回转的搅拌机拌制的浆体均匀性差，浆体较易离析、析水沉淀。 如果选用传统的活塞式压浆泵，有可能会由于其活塞缸的气密性较差而使灌入的浆体混进空气，但其吸浆能力较好，停机时持压性能好。现在逐步推广使用的螺杆式灌浆泵，由于浆体为连续注入，不易混进空气，但其吸浆能力较差，停机时孔道内的浆体会回灌，灌浆压力下降快，持压性能较差。两种类型的压浆泵各有优缺点。 5现场施工控制 真空灌浆要达到良好的效果，除了上述关于浆体的设计和设备选用外，现场操作者熟练的操作技巧、高度的责任心和高水平的现场质量控制仍然是极为重要的。那种认为真空灌浆技术比较简单，只要用抽真空机抽吸了孔道内的空气就万事大吉的想法是片面的。其实真空辅助灌浆工艺并不是对传统压浆工艺的完全否定，它是对传统灌浆工艺的继承、完善和提高，传统压力灌浆的下列质量控制措施同样适用于真空灌浆。 (1)操作者的培训和施工前的交底不可缺少，进行定员、定岗和统一指挥同样很重要。最好由具有预应力专项施工资质的队伍来进行施工。 (2)严格执行正确的搅浆程序，使浆体均匀，最好呈悬浮状。合适的搅浆程序是：首先将水加入搅拌机，然后加入水泥、掺和料，在搅拌少许时间后再加入减水剂，减水剂宜以水剂形式加入，应拌和5 min(拌和时间不能过长)，检测浆体稠度达设计指标后经过滤储存到储浆罐中，并在灌入孔道之前一直处于搅动状态。 (3)孔道应在灌浆前用清水冲洗，并用高压风吹干净。 (4)把好浆体性能的现场检测关。在浆体的几个性能指标中，现场能马上检测出来的只有稠度一项。 实践证明，在控制水泥、掺和料和减水剂称量准确情况下，只要浆体稠度指标满足要求，便可保证浆体的水灰比、泌水率、强度等指标达到浆体的设计指标。因此，判断每一孔道出浆端排出浓浆后能否关闭的依据，应以测试出浆口的浆体稠度指标不小于灌入浆体的指标为准，而不应目测。 (5)布设孔道时，在孔道的各个峰顶都埋设排气管是十分必要的。灌浆实践表明，由于孔道不可能是绝对真空，在抽真空端排出浓浆后，逐一打开各个峰顶的排气管，排出各峰顶可能存在的残余空气和泌水再关闭持压，孔道内浆体饱满性比峰顶不设排气管为好。 (6)保持真空泵和灌浆泵良好的工作性能。每一孔道灌浆完成后，应冲净真空泵的滤清器和透明胶管。完成当日灌浆后必须将所有沾有水泥浆的设备清洗干净。 6结语 真空辅助灌浆工艺在广东省内多个重点桥梁工程的成功应用，表明了它是确保高质量灌浆的一种强有力手段；但灌浆试验研究和实践也表明，真空灌浆工艺并不是万能的，它同样不能消除不合理的浆体设计和低劣的现场施工质量，浆体的材料选用和设计、设备、操作者的素质仍然是极为重要的。真空辅助灌浆与传统的灌浆操作一样，要求必须做好所有的准备工作和预防措施。 参考文献 [1]杨宗放,方先和.现代预应力混凝土施工[M].北京:中国建筑工业出版社,1993. [2]周翰斌，陈来进.真空灌浆技术在高明大桥扩建工程应力孔道灌浆的应用[J].华南港工，2004(1)：40－44.
