預應力管道內(nèi)部壓漿質(zhì)量評估理論及試驗研究

為探尋一種高效、便捷的無損測試方法來檢測預應力管道內(nèi)部缺陷的位置和大小，定性、定量評估壓漿的質(zhì)量以保證有粘結后張預應力混凝土結構的承載能力及耐久性。通過三年的研究工作，已順利完成項目計劃內(nèi)容，并取得數(shù)項創(chuàng)新研究成果。沖擊回波響應有限元數(shù)值分析研究表明，預應力混凝土表面彈性沖擊所激發(fā)的瞬時應力波能夠傳播到預應力管道內(nèi)部，并被缺陷表面反射回來，所激發(fā)瞬態(tài)共振的頻率易從振幅譜中清晰識別。據(jù)此提出有粘結后張預應力管道壓漿質(zhì)量測試原理，并對預應力管道內(nèi)部不同介質(zhì)界面（混凝土-空氣/混凝土-鋼）回波響應進行時頻分析，豐富了應力波動理論。對預應力混凝土板沖擊回波響應研究發(fā)現(xiàn)，預應力管道壓漿缺陷的存在，當其大小與深度之比（d/T）滿足0.3 2100433B

為了保證有粘結后張法預應力混凝土結構的預應力效果及耐久性，且避免水分侵入而銹蝕鋼束，預應力管道中必須壓滿水泥砂漿。但是，在實際壓漿過程中，由于多種原因?qū)е碌墓酀{不密實現(xiàn)象，這將大大降低工程結構的承載能力與使用壽命。因此，有必要探尋一種快速且有效的無損檢測方法來評價預應力管道內(nèi)的壓漿質(zhì)量。目前，國內(nèi)外尚無一套成熟的測試技術可用于預應力管道的壓漿質(zhì)量評價，且缺乏相應的規(guī)程，所以，研究開發(fā)一種無損、便捷、高效的技術應用于壓漿管道的檢測，對確保橋梁的工程質(zhì)量、安全及使用壽命具有重要意義，并會產(chǎn)生較大的社會和經(jīng)濟效益。我們將在前期研究的基礎上對沖擊回波法應用于該領域做進一步深入的理論和試驗研究，探討應力波在預應力混凝土內(nèi)部的傳播機理，利用小波等技術對所采集的IE信號做細部分析，提取特征參數(shù)，建立最優(yōu)人工神經(jīng)網(wǎng)絡，針對缺陷的大小及類型進行定性與定量診斷，研發(fā)一套實用的預應力管道壓漿質(zhì)量智能評價系統(tǒng)。

預應力管道壓漿劑與水泥相容性好

與正規(guī)廠家的普通硅酸鹽水泥有良好的相容性，能夠輕松地配制出滿足《公路橋涵施工技術規(guī)范》（JTG/T F 50-2011）要求的、合格的孔道壓漿混合液，減少承包商更換水泥的麻煩，合理利用地材，節(jié)約運輸成本，降低工程造價。

預應力管道壓漿劑流動性好

初始流動度、30min與60min流動度分別滿足10~17s、10~20s、10~25s的要求，能夠滿足各類不同孔徑、不同跨徑后張法預應力結構孔道壓漿的需求。

預應力管道壓漿劑不泌水、不分層

采用了高品質(zhì)減水劑、防沉劑，配制出的漿液，泌水率為0%，壓力泌水率≤2.0%，漿體均勻、飽滿，無沉淀、離析現(xiàn)象。

預應力管道壓漿劑微膨脹

采用了高品質(zhì)膨脹劑，配制的漿液自由膨脹率達到1~2%，壓漿后孔道漿體體積不收縮，大大降低了預應力損失的概率。

預應力管道壓漿劑充盈度好

采用了高品質(zhì)減水劑、消泡劑，配制的漿液氣泡少，壓漿后孔道漿體充盈度良好，大大降低了孔道空鼓的概率。

預應力管道壓漿劑強度高

3d、7d、28d抗壓、抗折強度均滿足《公路橋涵施工技術規(guī)范》（JTG/T F50-2011）的要求，28d抗壓強度≥60 Mpa、抗折強度≥12Mpa。

預應力管道壓漿劑強度高

壓漿劑中氯離子含量滿足《公路橋涵施工技術規(guī)范》（JTG/T F50-2011）的要求，對鋼筋、鋼絞線無腐蝕。

預應力管道壓漿劑耐久性好

屬于無機材料，耐腐蝕、耐老化。

預應力管道壓漿劑環(huán)保

無毒、無害，對水質(zhì)及周圍環(huán)境無污染。

1、工藝流程

壓漿準備

漿液制備

漿液存貯

壓 漿

封 錨

圖1 后張法預應力孔道壓漿工藝流程

2、施工工序

（1）壓漿準備

①材料

A.在工地試驗室按壓漿劑使用說明書中的要求，將壓漿劑、水泥、水進行拌和試配。各種材料的稱量（均以質(zhì)量計）應精確到±1% ；漿液的性能應滿足表1的要求后方可用于正式壓漿。

B.水泥應采用性能穩(wěn)定、強度等級不低于42.5的低堿硅酸鹽或低堿普通硅酸鹽水泥，水

泥的性能要求應符合《公路橋涵施工技術規(guī)范》（JTG/T F50-2011）的規(guī)定。

C.壓漿劑應與水泥具有良好的相容性，且不得含有氯鹽、亞硝酸鹽或其他對預應力有腐

蝕作用的成份。減水劑應采用高效減水劑，且應滿足現(xiàn)行國家標準《混泥土外加劑》GB 8076中高效減水劑一等品的要求，其減水率應不小于20%。

D.壓漿劑中礦物摻和料的品種宜為I級粉煤灰、磨細礦渣粉或硅灰。

E.水不應含有對預應力筋或水泥有害的成分，每升水中不得含有500mg以上的氯化物、

氯離子或任何一種其他有機物，宜采用符合國家衛(wèi)生標準的清潔飲用水。

F.膨脹劑宜采用鈣礬石系或復合型膨脹劑，不得采用以鋁粉為膨脹源的膨脹劑或總量0.75%以上的高堿膨脹劑。

G.壓漿材料中的氯離子含量不應超過膠凝材料總量的0.06%，比表面積應大于350m2/kg，

三氧化硫含量不應超過6.0%。

②孔道

對抽芯成型的孔道應沖洗干凈并使孔壁完全濕潤；金屬和塑料管道必要時應沖洗附著于孔道內(nèi)壁的有害材料。對孔道內(nèi)可能存在的油污等，可采用已知對預應力筋和管道無腐蝕作用的中性洗滌劑或皂液，用水稀釋后進行沖洗；沖洗后，應使用不含油的壓縮空氣將孔道內(nèi)的所有積水吹出。

③設備

A.制漿機的制漿數(shù)量、質(zhì)量、效率應滿足現(xiàn)場施工需要。

機械攪拌式制漿機：轉速應不低于1000r/min，攪拌葉的形狀應與轉速相匹配，其葉片的線速度不宜小于10m/s，最高線速度宜限制在20m/s以內(nèi)，且應能滿足在規(guī)定的時間內(nèi)攪拌均勻的要求。

剪切泵式制漿機：轉速宜為1440r/min，且應能滿足在規(guī)定的時間內(nèi)攪拌均勻的要求。

B.用于臨時儲存漿液的儲漿罐亦應具有攪拌功能，且應設置網(wǎng)格尺寸不大于3mm的過濾網(wǎng)。

C.壓漿機應采用活塞式可連續(xù)作業(yè)的壓漿泵，其壓力表的最小分度值不大于0.1MPa，最大量程應使實際工作壓力在其25%~75%的量程范圍內(nèi)。不得采用風壓式壓漿泵進行孔道壓漿。

D.真空輔助壓漿工藝中采用的真空泵應能達到0.10MPa的負壓力。

（2）漿液制備

①加水：向機倉內(nèi)一次性加入預定的全部拌和用水量，然后開啟制漿機。

②添加壓漿料：依次緩慢、均勻地向機倉內(nèi)加入全部壓漿劑、水泥或預混的壓漿劑與水泥的混合物，添加時間宜為5~6min。

③攪拌：均勻攪拌4~5min，當漿液均勻、無團粒、無離析時，可終止攪拌。

（3）漿液存儲

①排漿：開啟排漿閥，將制好的漿體排入儲漿灌中，也可以將老式制漿機作為儲漿罐用。

②動態(tài)儲漿：開啟攪拌器，將制好的漿體繼續(xù)攪拌，保持流動狀態(tài)。

（4）壓漿

①漿液壓入梁體孔道之前，應首先開啟壓漿泵，使?jié){液從壓漿嘴排出少許，以排除壓漿管路中的空氣、水和稀漿。當排出的漿液流動度和攪拌罐中的流動度一致時，方可開始壓入梁體孔道。

②壓漿時，對曲線孔道和豎向孔道應從最低點的壓漿孔壓入；對結構或構件中以上下分層設置的孔道，應按先下層后上層的順序進行壓漿。同一孔道的壓漿應連續(xù)進行，一次完成。壓漿應緩慢。均勻地進行，不得中斷，并應將所有最高點的排氣孔依次一一打開和關閉，使孔道內(nèi)排氣通暢。

③漿液自拌制完成至壓入孔道的延續(xù)時間不宜超過40min，且在使用前和壓注過程中應連續(xù)攪拌，對因延遲使用所致流動度降低的漿液，不得通過額外加水增加其流動度。

④對水平或曲線孔道，壓漿的壓力宜為0.5~0.7MPa；對超長孔道，最大壓力不應超過1.0MPa；對豎向孔道，壓漿的壓力宜為0.3~0.4MPa。壓漿的充盈度應達到孔道另一端飽滿且排氣孔排出與規(guī)定流動度相同的水泥漿為止，關閉出漿口后，應保持一個不小于0.5MPa的穩(wěn)壓期，該穩(wěn)壓期的保持時間宜為3~5min。

⑤采用真空輔助壓漿工藝時，在壓漿前應對孔道進行抽真空，真空度宜穩(wěn)定在-0.06~-0.10MPa范圍內(nèi)。真空度穩(wěn)定后，應立即開啟孔道壓漿端的閥門，同時啟動壓漿泵進行連續(xù)壓漿。

⑥壓漿時，每一工作班應制作留取不少于3組尺寸為40mm×40mm×160mm的試樣，標準養(yǎng)護28d，進行抗壓強度和抗折強度試驗，作為評定水泥漿質(zhì)量的依據(jù)。

⑦壓漿過程中及壓漿后48h內(nèi)，結構或構件混凝土的溫度及環(huán)境不得低于5℃，否則應采取保溫措施，并應按冬期施工的要求處理，漿體中可適量摻用引氣劑，但不得摻用防凍劑。當環(huán)境溫度高于35℃時，壓漿宜在夜間進行。

⑧壓漿后應通過檢查孔抽查壓漿的密實情況，如有不實，應及時進行補漿處理。

⑨孔道壓漿應填寫施工記錄。記錄應包括：壓漿材料、配合比、壓漿日期、攪拌時間、出機初始流動度、漿液溫度、環(huán)境溫度、穩(wěn)壓壓力及時間，采用真空輔助壓漿工藝時尚應包括真空度。

（4）封錨

①壓漿完成后，應及時對錨固端按設計要求進行封閉保護或防腐處理，需要封錨的錨具，應在壓漿完成后對梁端混凝土鑿毛并將其周圍沖洗干凈，設置鋼筋網(wǎng)澆注封錨混凝土。

②封錨應采用與結構或構件同強度的混凝土并應嚴格控制封錨后的梁體長度。

③長期外露的錨具，應采取防銹措施。

④壓漿后，應在漿液強度達到規(guī)定值后方可移運和吊裝。

圖2 后張法預應力孔道壓漿工藝原理