浅谈真空压浆技术在陈家坳高架桥上部结构为6-25m预应力混凝土T梁施工中的应用.docx

浅谈真空压浆技术在陈家坳高架桥上部结构为6-25m预应力混凝土T梁施工中的应用

摘要:对于后张法预应力砼预制T梁来说,除张拉工序之外,孔道压浆的质量是直接影响到T梁安全性和耐久性的另一关键工序。压浆不密实可以导致梁体沿着波纹管纵向产生裂逢。真空压浆工艺是国内近几年发展起来的一种预应力孔道压浆新技术,采用真空压浆技术可以很好地解决这一问题,确保孔道压浆的质量。
主题词: 真空压浆 T梁 波纹管 孔道
1. 工程概况
K56+885陈家坳高架桥预制混凝土T梁在上海至瑞丽国道主干线湖南省怀化至新晃高速公路第十二 标合同段内,全长186米,上部结构为18+6*25+18米预应力砼预制T箱梁,下部结构为柱式墩,肋板式台和柱式台配桩基础。本桥平面上位于R=-1050m圆曲线段,纵面上位于R=27000m的凹型竖曲线。
为了提高桥预应力砼的质量、安全及耐久性,设计要求T梁孔道压浆必须采用真空灌浆技术,此技术是国内近几年发展起来的一种预应力孔道压浆技术。
2. 真空压浆的基本原理及优点
2.1真空压浆的基本原理
真空压浆的基本原理是:在压浆之前,首先采用真空泵抽完孔道中的空气,使预应力孔道达到-0.06～0.1Mpa的真空度,然后在孔道的另一端用压降机以≥0.6Mpa的压力将符合压浆条件的浆体压入孔道,以提高孔道压浆的密实度与饱满度,减少孔道中因存在气泡和多余水分造成预应力筋受到锈蚀,工程质量下降。
2.2 真空压浆优点
真空压浆优点的主要体现在以下四个方面:
1) 在真空状态下,管道内的空气极少,浆体很难形成气泡,同时减少了由于管道高低弯曲而使浆体自身形成的压力差,便于浆体充满整个管道;
2) 管道与压浆机之间的压力差,浆体可以很好地充满整个管道,使孔道内的浆体饱满、密实;浆体与钢绞线相接密贴,浆体表面光滑密实,浆体内不存在气泡或空洞;
3) 由于在浆体中加入了专用的减水剂和膨胀剂,减少了水灰比，提高了水泥浆的流动度，减少了水泥浆的收缩;
4) 真空压浆是一个连续且迅速的施工过程,缩短了压浆时间,增加了工效.同时该项工艺是一个新工艺,可以很好地锻炼施工队伍,提高现场管理人员的技术水平。
综上所述:真空压浆对提高后张法T梁的耐久性和安全性,具有明显作用.同时由于这种新工艺本身性质决定了它具有高水平的质量控制。
3. 压浆准备
3.1 人员机具准备
3.1.1 人员安排
我们在施工过程中专门安排一组人员进行压浆施工,4人操作,1人做压浆记录,并对5人进行作业前培训,让其熟悉压浆的每道工序。
3.1.2 机具设备
序号
设备名称
单位
型号
数量
备注
1
水环式真空泵
台
OVMSZ2
1
新购
2
螺杆式压浆泵
台
OVMUBL3A
1
新购
3
灰浆搅拌机
台
150
1
新购
4
真空压力表
个

2
备用
5
空气过滤器
个
QSL-20
2
新购
6
台称
个

1
新购
除了普通的压浆设备外,真空压浆还需要配置以下设备。
表1

除上表所列外,还应配备1.725L流锥仪1个;高强橡胶管若干根;连接头、控制阀、扳手及其它辅助工具若干。
3.2 压浆材料的准备
3.2.1 原材料要求
首先对材料的种类、品质、数量进行检查验收合格后方可使用,外加剂按每包水泥量的整数计量准备。
1) 湖南韶峰普通硅酸盐水泥42.5级
2) 压浆用砼添加剂(KDNOF-3,KD-2)
3) 当地饮用自来水
3.2.2浆体配合比及稠度选取
1) 配合比选取
配合比的选取原则是通过改善浆体的性质,降低水灰比,减少空隙、泌水现象,防止浆体离析;降低硬化后的孔道内的空隙率,改善空隙结构,增强抗渗能力;减少收缩变形,防止梁体沿着波纹管道纵向产生裂纹,提高梁体的抗冻性能,与普通水泥浆体相比,这种浆体的水灰比小,原材料成分多,其目的是增强浆体后期强度,改善浆体的水密性以及抗化学腐蚀性,从而达到粘结和保护预应力筋的目的,但是最佳的浆体配合比要根据具体采用的水泥和当地、当时的气候条件进行选取,具体配合比选取如下表: 表2
标号
水泥
水
外加剂
KDNOF-3
KD-2
C50
1
0.35
0.012
0.08
既按照实验结果标号C50水泥浆的设计配合比为:
水泥:水:KDNOF-3:KD-2=1：0.35:0.012:0.08
每方材料用量为:
水泥:韶峰P.042.5R 1404Kg
水:当地饮用水 491Kg
外加剂: 山西凯迪KDNOF-3型早强剂高效减水剂 16.85 Kg
山西凯迪KD-2型膨胀剂 112.32 Kg
掺加1.2%的减水剂和8%的膨胀剂,可以防止浆体在压浆过程中产生泌水,减少水和气泡对预应力筋的腐蚀及硬化后开裂,降低水灰比。
2) 稠度选取
浆体稠度一般取在14～18S之间
3.2.3 浆体性能控制
真空压浆浆体性能控制的好坏是压浆工艺的关键,合适的浆体必须满足以下参数要求:
1) 稠度:在流锥仪1.725L漏斗中,水泥浆的稠度应为14～18S之间。
2) 泌水性:
a. 水泥浆拌和后3h,泌水率应小于水泥浆初始体积的2%;
b. 4次连续测试结果的差值小于1%;
c. 拌和后24h水泥浆的泌水应能自吸。
3) 水灰比:0.33～0.35
4) 体积变化率: 2<%
5) 28天龄期强度:>60.4Mpa
6) 初凝时间: >6h
从上述参数要求可知,性能好的浆体应该是和易性好,硬化后的空隙率低,渗透性小;具有一定膨胀性,能确保浆体充满整个预应力孔道,具有较高的抗压强度和有效的粘结强度。
4. 施工工艺流程
4.1管道密封
4.1.1成孔材料
真空压浆工艺的成孔材料,采用φ80、φ60塑料波纹管,壁厚≥2.0mm。
4.1.2波纹管的安装
1） 安装前应事先根据设计图纸中的预应力筋的直线或曲线坐标在箍筋上定出位置,波纹管的固定采用定位焊接钢筋托架,间距为80cm,波纹管与箍架钢筋可用细铁丝绑扎,防止浇筑砼时波纹管位置偏移或上浮。
2） 纹管安装就位过程中,应防止点焊火花烧伤管壁。
3） 纹管安装后,首先检查其放置位置直线(曲线)形状是否符合设计要求,波纹管的固定是否牢靠,接头是否完好,管壁有无破损等,如有破损,应及时用胶带修补.接头处用粘胶带进行缠包,以防止漏浆。
4.1.3压浆孔与排气孔安装
1) 对于水平束或锚具处于预应力束的最高处的情况:压浆孔、排气孔均设置在锚垫板上,施工中将压浆孔与排气孔统一作成压浆孔,安装锚垫板时,同一孔道一端压浆孔放置在下方,作为压浆孔使用,另一端压浆孔放置在上方,作为排气孔(即抽成真空端)。
2) 对于最高点不是锚具处的曲线束,除按上述方法设置压浆孔和抽真空管外,还应在孔道的最高点处设置带阀的排气管。
3) 预埋锚垫板时,同一直线(曲线)方向布置的孔道,压浆孔集中安装在另一处,以便施工时移动方便。压浆管和排气管引出用高强橡胶水管,浇注砼时不便引出镀锌水管的,可先安装与外模齐平,浇注砼前将管孔堵上,以免漏浆。在压浆前焊上引出管头,采用塑料管作为排气管。
4.2 设备仪器检查
1) 检查压力表在使用前是否已经校准,是否能以0.6 Map的恒压作业。.供水、供电设备是否完备,压浆泵是否完好。
2) 检查压浆泵和吸浆泵是否存有干灰,若有则必须拆下洗净。输泵管选用牢固结实的高强橡胶管,在承受1.5 Mpa的压力下不破裂,连接要牢固,避免脱管。
3) 查压浆泵是否正常工作。真空泵使用时应注意:启动时应先将水阀打开,再开泵;关闭时先关水阀,后停泵。
4) 搅拌机是否正常工作。出浆口应配备有1.2mm的筛子,用以过滤浆体中不均匀颗粒及未搅拌开的水泥块。
4.3 锚头封闭
张拉后切除外漏多余的预应力筋,预应力筋外漏部分应控制在2~3cm,切割时采用砂轮机切割,不可以用氧气切割。在压浆前的24~48h,用水泥砂浆将孔道两端锚具、夹片及外漏钢绞线进行封锚,填塞密实,确保锚具头及钢绞线处不漏浆。为了缩短封锚时间,可在砂浆中添加早强剂。
4.4孔道检查
检查压浆孔、注浆孔、排气孔是否通畅,若是堵塞,则必须疏通。如孔道有异物,须用水洗干净,然后用高压风把孔道中的水吹干,严禁在孔道有积水的情况下进行抽真空压浆。
4.5设备连接
阀b
阀a
压浆泵
吸浆管
真空泵
压力表
阀c
梁体
搅拌机
在水泥浆出口及入口处接上密封阀门,将真空泵连接在非压浆端上,压浆泵连接在压浆端上,以串联的方式将负压容器、三向阀门锚具端头连接起来,其中锚具端和阀门之间用一段透明的高强塑料管连接。按图一所示连接各部件:

图一

4.6试抽真空
各部件连接后,将所有阀门关闭,并启动真空泵5~7分钟将孔道抽成真空,观察真空压力表读数,当真空压力表的读数达到-0.09Mpa时,停止抽气约2分钟,若压力表保持不变,则可认为孔道达到真空状态。若未能达到此数据,则表示波纹管未能完全密封,要在压浆前进行检查更正。
4.7浆体搅拌
1） 拌浆体前,先在搅拌机内加入少许水空转2分钟,使搅拌机内壁湿润,然后将水放空。搅拌时先加水,将所需的水称量好倒入搅拌机中,再加水泥,将水泥以包为计量单位倒入到搅拌机中,同时加入约1/4的添加剂。
2） 动搅拌机搅拌2～3分钟,然后继续缓慢将其余的添加剂加完,再搅拌约3分钟,直至搅拌均匀。
3） 拌时间应保持原材料混合均匀,注意观察水泥浆稠度,压浆过程中,水泥浆的搅拌应不间断,若中间接管停顿时,应让水泥浆在搅拌机和压浆泵之间循环流动,以免浆体产生沉淀、堵管。
4） 拌好的浆体应尽量卸尽,卸出前不得再投入原材料,同时对未及时使用而降低了流动性的水泥浆,严禁采用加水的方法来增加其流动性,更不能采取边进料边出料的方法。
4.8稠度检测
对于搅拌好的浆体,首先进行稠度试验,在流锥仪入浆口罩上1.2mm的筛子,过滤不均匀颗粒,在浆体达到1.725L时,打开流锥仪的出浆口,同时用秒表计时,检测稠度情况,若稠度在14～18S之间才可以进行压浆。
4.9压浆
浆体稠度检测符合要求后,先将水泥浆注入压浆泵中打出一部分浆体,待这些浆体的浓度与压浆泵中的浓度一样时,将压浆管接到孔道的压浆孔上,用丝扣扣牢,压浆开始。
4.9.1 首先关掉阀a、阀b,打开阀c,启动真空泵进行抽真空，当真空压力表的读数达到-0.09Mpa时,若压力表保持不变,则可认为孔道达到真空状态。保持真空泵运行的同时,打开阀a,启动压浆泵,开始压浆。
4.9.2保持真空泵的开启状态,当观察到空气滤清器有浆体经过时关掉真空泵和阀c,打开阀b,观察排气管的出浆情况,当浆体稠度和灌入前稠度一致,关掉排气阀b,仍继续压浆使管道内有0.5～0.6Mpa的压力,持压1～2分钟，再关闭阀a。
4.9.3压浆管拆下来,拆卸活结,清洗空气滤清器,然后接到另一组孔道,按以上步骤重新开始压浆。
4.9.4每束管道压浆完成后要用木塞封闭,直至水泥浆凝固。孔道压浆要继续,一次完成,然后再移动压浆泵及真空等设备时,应继续启动压浆泵,使浆体在输泵管与搅拌机之间循环流动,防止浆体由于停留时间太久而产生沉淀,造成堵管。压完一条孔道后,将活结拆下洗净,然后接到另一孔道上进行压浆,其余接头等不要拆动。真空压浆后10h左右可将阀拆下来,清洗重新使用。
4.9.5记录人员要做好完备的压浆记录,包括每个孔道的压浆时间、水灰比、渗入外加剂、压浆压力、试块强度、事故处理细节及需要补做的工作。
4.10设备清洗
孔道压浆完成24h内,即在浆体初凝之前,将安装在压浆端及出浆端的阀门和接头,尽快拆除并清洗干净。拆除压浆端和出浆端的压浆泵、搅拌机、空气滤清器，清洗压浆泵、空气滤清器以及粘有水泥浆的流锥仪等工具。
5. 采用真空压浆的经济效益
5.1采用真空压浆技术,虽然与传统压浆相比,增加了孔道水泥的用量,但是真空压浆具有施工方便、进度快,降低了工人的劳动强度,增加了工效,同时锻炼了队伍的施工水平,提高了工人的质量意识。
5.2采用真空压浆技术,虽然每米波纹管大约需要增加一定的外加剂费用,但是采用真空压浆技术提高了结构的安全性、耐久性，增加了工程的使用寿命,减少了未来若干年当中桥梁的维修加固费用,这些间接的、远期的经济效益将是无法估量的。
6. 压浆注意事项
6.1管道压浆应在预应力筋张拉完成后立即进行,一般不得超过14d。
6.2整个连通管道的气密性须认真检查,合格后方能进入下一道工序。在压浆之前如发现管道内有残留有水分或赃物,则必须考虑使用空压机将残留在管道中的水分或赃物排走,确保真空压浆工作能够顺利进行。
6.3拌和时间应该限制,因为拌和时间过长浆体容易携带部分空气,压浆孔道易形成小空隙。
6.4浆体搅拌时,水、水泥和外加剂的用量都必须严格控制,其误差不得超过下表所列值:

表-3

材料名称
水
水泥
外加剂
误差≤(%)
1.0
1.0
1.0

6.5向搅拌机送入任何一种外加剂,均需在浆体搅拌一定时间后送入。
6.6压浆时,每一工作班应至少做3组试件,每组为3个70.7mm*70.7mm*70.7mm,标准养生28d,检查抗压强度作为水泥浆质量的评定依据。
6.7压浆过程中要注意浆体的流速,水分、气泡要及时压出,让浆体密实,保证压浆的质量。
6.8当气温低于5℃时，不得进行压浆，水泥浆在搅拌或泵送过程中温度不应高于50℃。真空压浆环境温度范围为：10～40℃。
6.9压满浆的孔道应进行保护，使在24h内不受振动。
7．结束
我们在陈家坳高架桥预制混凝土T梁预应力孔道压浆中采用真空压浆施工工艺，经过现场凿孔检查发现，孔内浆体饱满，均匀密实、气泡少，浆体与预应力筋及管壁间的粘结强度高，对预应力筋起到了很好的保护作用，达到了预期效果。
经过实践证明，用塑料波纹管成孔的孔道，采用真空压浆施工工艺可以提高工程质量且施工快捷等优点，有着很好的应用前景，建议在今后的桥梁施工中，全面推广这一新技术，同时根据行业要求制定出相应的质量检验标准和检验方法。