預(yù)應(yīng)力管道內(nèi)部壓漿質(zhì)量評(píng)估理論及試驗(yàn)研究項(xiàng)目摘要

為了保證有粘結(jié)后張法預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的預(yù)應(yīng)力效果及耐久性，且避免水分侵入而銹蝕鋼束，預(yù)應(yīng)力管道中必須壓滿水泥砂漿。但是，在實(shí)際壓漿過(guò)程中，由于多種原因?qū)е碌墓酀{不密實(shí)現(xiàn)象，這將大大降低工程結(jié)構(gòu)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(wú)損檢測(cè)方法來(lái)評(píng)價(jià)預(yù)應(yīng)力管道內(nèi)的壓漿質(zhì)量。目前，國(guó)內(nèi)外尚無(wú)一套成熟的測(cè)試技術(shù)可用于預(yù)應(yīng)力管道的壓漿質(zhì)量評(píng)價(jià)，且缺乏相應(yīng)的規(guī)程，所以，研究開(kāi)發(fā)一種無(wú)損、便捷、高效的技術(shù)應(yīng)用于壓漿管道的檢測(cè)，對(duì)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(huì)產(chǎn)生較大的社會(huì)和經(jīng)濟(jì)效益。我們將在前期研究的基礎(chǔ)上對(duì)沖擊回波法應(yīng)用于該領(lǐng)域做進(jìn)一步深入的理論和試驗(yàn)研究，探討應(yīng)力波在預(yù)應(yīng)力混凝土內(nèi)部的傳播機(jī)理，利用小波等技術(shù)對(duì)所采集的IE信號(hào)做細(xì)部分析，提取特征參數(shù)，建立最優(yōu)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，針對(duì)缺陷的大小及類(lèi)型進(jìn)行定性與定量診斷，研發(fā)一套實(shí)用的預(yù)應(yīng)力管道壓漿質(zhì)量智能評(píng)價(jià)系統(tǒng)。

為探尋一種高效、便捷的無(wú)損測(cè)試方法來(lái)檢測(cè)預(yù)應(yīng)力管道內(nèi)部缺陷的位置和大小，定性、定量評(píng)估壓漿的質(zhì)量以保證有粘結(jié)后張預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的承載能力及耐久性。通過(guò)三年的研究工作，已順利完成項(xiàng)目計(jì)劃內(nèi)容，并取得數(shù)項(xiàng)創(chuàng)新研究成果。沖擊回波響應(yīng)有限元數(shù)值分析研究表明，預(yù)應(yīng)力混凝土表面彈性沖擊所激發(fā)的瞬時(shí)應(yīng)力波能夠傳播到預(yù)應(yīng)力管道內(nèi)部，并被缺陷表面反射回來(lái)，所激發(fā)瞬態(tài)共振的頻率易從振幅譜中清晰識(shí)別。據(jù)此提出有粘結(jié)后張預(yù)應(yīng)力管道壓漿質(zhì)量測(cè)試原理，并對(duì)預(yù)應(yīng)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(yīng)進(jìn)行時(shí)頻分析，豐富了應(yīng)力波動(dòng)理論。對(duì)預(yù)應(yīng)力混凝土板沖擊回波響應(yīng)研究發(fā)現(xiàn)，預(yù)應(yīng)力管道壓漿缺陷的存在，當(dāng)其大小與深度之比（d/T）滿足0.3 2100433B

預(yù)應(yīng)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(shù)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(yùn)輸成本，降低工程造價(jià)。

預(yù)應(yīng)力管道壓漿劑流動(dòng)性好

初始流動(dòng)度、30min與60min流動(dòng)度分別滿足10~17s、10~20s、10~25s的要求，能夠滿足各類(lèi)不同孔徑、不同跨徑后張法預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)孔道壓漿的需求。

預(yù)應(yīng)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(wú)沉淀、離析現(xiàn)象。

預(yù)應(yīng)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(dá)到1~2%，壓漿后孔道漿體體積不收縮，大大降低了預(yù)應(yīng)力損失的概率。

預(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力管道壓漿劑強(qiáng)度高

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

預(yù)應(yīng)力管道壓漿劑強(qiáng)度高

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

預(yù)應(yīng)力管道壓漿劑耐久性好

屬于無(wú)機(jī)材料，耐腐蝕、耐老化。

預(yù)應(yīng)力管道壓漿劑環(huán)保

無(wú)毒、無(wú)害，對(duì)水質(zhì)及周?chē)h(huán)境無(wú)污染。

1、工藝流程

壓漿準(zhǔn)備

漿液制備

漿液存貯

壓 漿

封 錨

圖1 后張法預(yù)應(yīng)力孔道壓漿工藝流程

2、施工工序

（1）壓漿準(zhǔn)備

①材料

A.在工地試驗(yàn)室按壓漿劑使用說(shuō)明書(shū)中的要求，將壓漿劑、水泥、水進(jìn)行拌和試配。各種材料的稱(chēng)量（均以質(zhì)量計(jì)）應(yīng)精確到±1% ；漿液的性能應(yīng)滿足表1的要求后方可用于正式壓漿。

B.水泥應(yīng)采用性能穩(wěn)定、強(qiáng)度等級(jí)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(yīng)符合《公路橋涵施工技術(shù)規(guī)范》（JTG/T F50-2011）的規(guī)定。

C.壓漿劑應(yīng)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(duì)預(yù)應(yīng)力有腐

蝕作用的成份。減水劑應(yīng)采用高效減水劑，且應(yīng)滿足現(xiàn)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《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(yīng)不小于20%。

D.壓漿劑中礦物摻和料的品種宜為I級(jí)粉煤灰、磨細(xì)礦渣粉或硅灰。

E.水不應(yīng)含有對(duì)預(yù)應(yīng)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(jī)物，宜采用符合國(guó)家衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)的清潔飲用水。

F.膨脹劑宜采用鈣礬石系或復(fù)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(yīng)超過(guò)膠凝材料總量的0.06%，比表面積應(yīng)大于350m2/kg，

三氧化硫含量不應(yīng)超過(guò)6.0%。

②孔道

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

③設(shè)備

A.制漿機(jī)的制漿數(shù)量、質(zhì)量、效率應(yīng)滿足現(xiàn)場(chǎng)施工需要。

機(jī)械攪拌式制漿機(jī)：轉(zhuǎn)速應(yīng)不低于1000r/min，攪拌葉的形狀應(yīng)與轉(zhuǎn)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?xún)?nèi)，且應(yīng)能滿足在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)攪拌均勻的要求。

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

B.用于臨時(shí)儲(chǔ)存漿液的儲(chǔ)漿罐亦應(yīng)具有攪拌功能，且應(yīng)設(shè)置網(wǎng)格尺寸不大于3mm的過(guò)濾網(wǎng)。

C.壓漿機(jī)應(yīng)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(yīng)使實(shí)際工作壓力在其25%~75%的量程范圍內(nèi)。不得采用風(fēng)壓式壓漿泵進(jìn)行孔道壓漿。

D.真空輔助壓漿工藝中采用的真空泵應(yīng)能達(dá)到0.10MPa的負(fù)壓力。

（2）漿液制備

①加水：向機(jī)倉(cāng)內(nèi)一次性加入預(yù)定的全部拌和用水量，然后開(kāi)啟制漿機(jī)。

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

③攪拌：均勻攪拌4~5min，當(dāng)漿液均勻、無(wú)團(tuán)粒、無(wú)離析時(shí)，可終止攪拌。

（3）漿液存儲(chǔ)

①排漿：開(kāi)啟排漿閥，將制好的漿體排入儲(chǔ)漿灌中，也可以將老式制漿機(jī)作為儲(chǔ)漿罐用。

②動(dòng)態(tài)儲(chǔ)漿：開(kāi)啟攪拌器，將制好的漿體繼續(xù)攪拌，保持流動(dòng)狀態(tài)。

（4）壓漿

①漿液壓入梁體孔道之前，應(yīng)首先開(kāi)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(dāng)排出的漿液流動(dòng)度和攪拌罐中的流動(dòng)度一致時(shí)，方可開(kāi)始?jí)喝肓后w孔道。

②壓漿時(shí)，對(duì)曲線孔道和豎向孔道應(yīng)從最低點(diǎn)的壓漿孔壓入；對(duì)結(jié)構(gòu)或構(gòu)件中以上下分層設(shè)置的孔道，應(yīng)按先下層后上層的順序進(jìn)行壓漿。同一孔道的壓漿應(yīng)連續(xù)進(jìn)行，一次完成。壓漿應(yīng)緩慢。均勻地進(jìn)行，不得中斷，并應(yīng)將所有最高點(diǎn)的排氣孔依次一一打開(kāi)和關(guān)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(shí)間不宜超過(guò)40min，且在使用前和壓注過(guò)程中應(yīng)連續(xù)攪拌，對(duì)因延遲使用所致流動(dòng)度降低的漿液，不得通過(guò)額外加水增加其流動(dòng)度。

④對(duì)水平或曲線孔道，壓漿的壓力宜為0.5~0.7MPa；對(duì)超長(zhǎng)孔道，最大壓力不應(yīng)超過(guò)1.0MPa；對(duì)豎向孔道，壓漿的壓力宜為0.3~0.4MPa。壓漿的充盈度應(yīng)達(dá)到孔道另一端飽滿且排氣孔排出與規(guī)定流動(dòng)度相同的水泥漿為止，關(guān)閉出漿口后，應(yīng)保持一個(gè)不小于0.5MPa的穩(wěn)壓期，該穩(wěn)壓期的保持時(shí)間宜為3~5min。

⑤采用真空輔助壓漿工藝時(shí)，在壓漿前應(yīng)對(duì)孔道進(jìn)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(yīng)立即開(kāi)啟孔道壓漿端的閥門(mén)，同時(shí)啟動(dòng)壓漿泵進(jìn)行連續(xù)壓漿。

⑥壓漿時(shí)，每一工作班應(yīng)制作留取不少于3組尺寸為40mm×40mm×160mm的試樣，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28d，進(jìn)行抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度試驗(yàn)，作為評(píng)定水泥漿質(zhì)量的依據(jù)。

⑦壓漿過(guò)程中及壓漿后48h內(nèi)，結(jié)構(gòu)或構(gòu)件混凝土的溫度及環(huán)境不得低于5℃，否則應(yīng)采取保溫措施，并應(yīng)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(dāng)環(huán)境溫度高于35℃時(shí)，壓漿宜在夜間進(jìn)行。

⑧壓漿后應(yīng)通過(guò)檢查孔抽查壓漿的密實(shí)情況，如有不實(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行補(bǔ)漿處理。

⑨孔道壓漿應(yīng)填寫(xiě)施工記錄。記錄應(yīng)包括：壓漿材料、配合比、壓漿日期、攪拌時(shí)間、出機(jī)初始流動(dòng)度、漿液溫度、環(huán)境溫度、穩(wěn)壓壓力及時(shí)間，采用真空輔助壓漿工藝時(shí)尚應(yīng)包括真空度。

（4）封錨

①壓漿完成后，應(yīng)及時(shí)對(duì)錨固端按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行封閉保護(hù)或防腐處理，需要封錨的錨具，應(yīng)在壓漿完成后對(duì)梁端混凝土鑿毛并將其周?chē)鷽_洗干凈，設(shè)置鋼筋網(wǎng)澆注封錨混凝土。

②封錨應(yīng)采用與結(jié)構(gòu)或構(gòu)件同強(qiáng)度的混凝土并應(yīng)嚴(yán)格控制封錨后的梁體長(zhǎng)度。

③長(zhǎng)期外露的錨具，應(yīng)采取防銹措施。

④壓漿后，應(yīng)在漿液強(qiáng)度達(dá)到規(guī)定值后方可移運(yùn)和吊裝。

圖2 后張法預(yù)應(yīng)力孔道壓漿工藝原理