08冯大斌-后张预应力孔道灌浆现状及改进研究.doc

中国预应力技术五十年暨第九届后张预应力学术交流会论文 2006年 后张预应力孔道灌浆现状及改进研究 冯大斌 董建伟 孟履祥 陈茜 王立云 （中国建筑科学研究院结构所，北京100013） （联系方式北京市北三环东路30号中国建研院结构所 电话13391581526） 提要本文阐述了国内外后张预应力孔道灌浆的现状及国内灌浆现存的问题，并且针对这些问题提出了一些可行的建议及一些有待研究的问题。 关键词灌浆 金属波纹管 连接器 Abstract The paper shows domestic and foreign situation about post-prestressed grouting and points out the existing problems about grouting in china. In addition , based on the problems , some feasible measures and several subjects that should be solved as soon as possible are put forward . Keyword grouting corrugated mental ducts coupler 1预应力灌浆的意义 预应力孔道灌浆是将水泥浆注入预留的预应力混凝土孔道中，使水泥浆充分包裹预应力筋。在后张预应力混凝土技术中，当后张预应力钢筋处于非水平的倾斜部位、多跨度弯曲状态和垂直状态时，灌浆材料的泌水会使其蒸发后的空间失去水泥的钝化保护，同时钢筋在高应力状态下锈蚀极易发展，这就造成钢筋锈蚀部位断面缺损，使预应力结构的安全寿命和使用可靠性受到威胁。上个世纪80年代中期，欧洲几座预应力混凝土大桥的倒塌，就是由于预应力钢筋受到腐蚀而造成的[2]。 因此，预应力的灌浆其作用主要有三点一是保护预应力钢筋不外露而遭锈蚀，保证预应力混凝土结构或构件的安全寿命；二是使预应力钢材与混凝土良好结合，保证它们之间预应力的有效传递，使预应力钢材与混凝土共同工作；三是消除预应力混凝土结构或构件在反复荷载作用下，由于应力变化对锚具造成的疲劳破坏，提高了结构的可靠度和耐久性[2]。 2 国内外灌浆的现状 2.1国内灌浆现状 在国内，所使用的灌浆料一般为纯水泥浆；灌浆的工艺一般为压力灌浆或者真空辅助 冯大斌，男，1963.4出生，研究员，硕士生导师 压浆。 在施工现场，灌浆的过程如下 首先配置灌浆料。灌浆料必须满足水灰比为0.4～0.45之间，掺入适量的减水剂时，可以减小到0.35；灌浆料的最大泌水率最大不得超过3％，泌水应在24小时内重新被灰浆吸收；灌浆的粘稠度应控制在14s～18s之间；灌浆材料在凝固前具备一定的膨胀作用；灌浆料的强度不应低于30Mpa。 直线孔道灌浆可以从构件的一端到另一端，即从构件端部的第一个灌浆孔上进行灌注浆体，待邻近的灌浆孔溢出浓浆时，关闭第一个溢浆孔，随着灌浆的继续进行，依次关闭各出浆孔，直到另一端最后一个排气孔溢出浓浆为止。在曲线孔道灌浆时，应从孔道最低处开始向两端进行，直至最高点排气孔溢出浓浆为止。灌浆的时候连续进行，不得中途停顿，喷嘴不离开灌浆孔，以免空气进入孔道内形成气泡空隙。每个孔道一次灌成，如中途停顿，应立即将已压浆部分冲洗干净，以后再重新开始灌浆。为使灌浆饱满，最后在排气孔出浓浆后，暂停出浆，将排气孔堵塞，然后继续开动灰浆泵加压，待压力加到0.5～0.7MPa时停1～2分钟[9]，然后降压抽下灌浆嘴，立即堵塞灌浆孔，此时可以继续下一孔道灌浆或灌浆结束。 2.2国外灌浆现状[5][6] 1953年，瑞士大学的RHEVANS教授最早提出灌浆的问题，他在预应力混凝土横梁的承载力测试的破坏性试验中，从横梁的裂缝中观察到水泥浆因泌水而形成的自由水流出，从而开始提出改善水泥浆的质量和灌浆方法。 在国外，诸如FIB、SEEE协会（法国企业装备研究协会）等科研单位，分别从管道的铺设，灌浆料的配置，以及保证灌浆密实的措施等方面进行了细致的研究。 在日本，由于桥梁上预应力灌浆发展的需要，他们进行了长达150m、波形高差达1.5m～2m的足尺真空灌浆试验研究[7]。试验研究表明真空灌浆可以提高灌浆质量，但是对于倾角处浆体的先流现象仍无法克服。因此，使用真空泵并不能完全解决灌浆中出现的质量问题。 3 国内灌浆存在的质量通病及应对措施 理论上，按照国内外灌浆工艺及质量控制措施，能较好地保证灌浆的密实度。但是，在实际的现场施工中还存在着以下一些因素，会导致出现灌浆质量问题 3.1压浆不饱满[4] 压浆不饱满，即为水泥浆未充满整个孔道，造成该质量缺陷的主要原因为 （1）出浆孔开的位置不对，未开在孔道的最高点，因而在出浆孔有浆体外溢时，误以为孔道内浆体已充满；再者，由于出浆孔淤塞，残留空气无法排出，导致压浆失效，也会造成孔道已压实的假相。因此，预应力筋孔道，尤其对曲线、竖向孔道，出浆孔一定要开在孔道的最高点。 （2）对于特殊部位仍按一般的操作进行灌浆，导致灌浆不密实。 （3）施工人员责任心不强，在压浆时未等出浆孔冒出浓浆即停止压浆。 （4）分两次压浆时，由于第一次压浆不当，导致无法进行第二次压浆，又没有采取必要的措施就放弃压浆。 （5）压浆过程中，由于机械故障等原因，导致压浆中止，但对前面灌浆后的孔道又未及时清洗，致使再次压浆时，由于管道、进出浆口堵塞等原因，使压浆无法进行。 3.2孔道成形质量问题 目前管道成形多采用预埋金属波纹管法，金属波纹管有其自身的优点，但是由于生产工艺的限制，波纹管肋和肋之间如果压箍不紧密会就有空隙存在，因此金属波纹管的密封性能较差。并且在施工现场由于固定波形会使波纹管受拉侧出现缝隙，或者由于震捣混凝土不慎而造成波纹管的破坏。总之由于种种原因导致波纹管出现的缝隙会使混凝土水泥浆渗入管道中，这样不但直接影响混凝土的水化，更严重的是堵塞金属波纹管道，直接影响到灌浆质量。 3.3浆体质量问题 根据规范要求[1]，用于压浆的水泥浆，3h后泌水率不宜超过2％，24h后，泌水应能够被水泥浆完全自我吸收。但实际上，即使泌水经过24h被水泥浆完全吸收，也会在硬化后的水泥石中留下空隙或孔洞，这种空隙或孔洞不但会影响水泥石与预应力筋的粘结性能，也会使腐蚀物质深入并接触到预应力筋，因此，最关键的是不让泌水出现，或者直接将泌出的水排出。 在实验室中确定出的最优化配比在施工现场不一定能达到最佳效果。这是由于实验室中所使用的搅拌器械及搅拌程序与施工现场条件差别较大。为此进行了实验室配比与实际施工配比控制对比试验，根据试验结果，即使是同样的材料，搅拌出来的浆体的流动度及泌水率还是有一定的差别，尤其是第一次搅拌出来的浆体要引起特别注意，要对其进行流动度及泌水率的严格检测，否则，不经检验直接进行灌浆会导致泌水过多等质量问题。 除了在施工前做水泥浆的试配试验，还要在施工过程中严格执行各项操作规程，并且，施工单位质量工程师、监理工程师在施工过程中要对水泥浆的泌水率、流动度进行抽查。 3.4应对措施 通过对灌浆质量通病原因的分析，可以看出，最主要是人为因素和技术因素所导致灌浆质量问题。因此在应对措施中也相应地分为两类有针对性的进行改进。 1、人为因素 在压浆不饱满的原因中，绝大部分是由于施工人员责任心不强，不重视压浆所导致。因此，要建立专门的压浆施工队伍或对施工人员进行压浆专业培训，使他们能够严格执行压浆的各个步骤。并且在施工现场建立工序负责制度，使各个环节有专人负责，责任到人，以确保工程质量。 2、技术因素 （1）控制金属波纹管质量。对于金属波纹管可能出现的孔洞问题，在材料进场时要严格的进行检查，确保波纹管质量不出现任何问题。同时，波纹管的生产厂家还要积极改进生产技术及工艺，使波纹管的各个参数诸如延性、环向刚度、径向刚度等符合要求。 （2）进一步提高浆体的质量。浆体质量优劣最主要的衡量标准就是流动度、泌水率、膨胀率及强度，尽管有的外加剂可以达到使浆体不出现泌水的效果，但是，还是存在诸如浆体会出现随时间的增长流动度损失较大，浆体出现沉淀等问题。因此还要努力改进，生产出更加优良的灌浆料产品。 （3）特殊部位的处理。对于普通的预应力管道，可以采取普通的灌浆工艺就可以满足密实度的要求，但是对于连接器处及截面突变处的管道灌浆就需要特殊的灌浆措施。 连接器处灌浆[3]如果连接器没有对接，则一侧的的端头可以使用密封罩进行密封，则灌浆可以遵循一般的灌浆工序。但是如果在连接器对接之前不能灌浆，则连接点处必须进行隔离密封以避免浆体从一侧流入另一侧。假如密闭效果很好，则两端都可以单独灌浆（如图1）。如果存在密封不理想的风险，则一端灌浆完毕就需立刻进行下一段管道的灌浆，这样防止一侧灌浆时流入另一侧的浆体硬化后堵塞孔道。并且为了确保连接器内部完全被浆体充实而无泌水及空气，可以在灌浆结束后30min后从一侧的排气孔使用手动灌浆泵进行补浆，而此时会从连接器另一侧排气孔排出泌水及空气。在截面突变处也可类似处理。 图1 带连接器的孔道 4 有待研究的问题 4.1泌水率的测试问题 现在国内外存在着多种泌水率的测定方法，对于同一种浆体来说，不同的测定方法得出的结论相差很大，现行的国际标准建议，水泥浆的泌水率可以用内径100mm的金属或玻璃量筒，内盛高度约100mm的水泥浆进行测定[2]。但是，美国的最新研究表明，采用高度约500mm，内径30mm量筒测得的试验结果更有代表性。根据国内JTJ041-2000公路桥涵施工技术规范附录G-10[1]泌水率测定方法，使用烧杯或者容器进行测定。根据施工现场做的对比试验，一种是使用1000ml的量筒，将调制好的水泥浆800ml注入量筒内，记下体积数值，将量筒上口加盖封好，从水泥浆体注入量筒时算起，按1小时、2小时、3小时的时间间隔加以记录。另一种是2000ml的烧杯，内盛1800ml的浆体，进行泌水测试，读数时间和量筒同步。试验结果表明，在烧杯中的浆体泌水远远大于量筒中浆体的泌水。因此，制订一个具有代表性的泌水率的测定方法势在必行，而事实上在现场使用透明管道，内穿钢绞线并灌浆，而后测量泌水率的方法能更真实反映浆体在管道内的泌水特性。 4.2灌浆速度对密实性的影响 在国内的一些试验中，关于浆体在管道中的流动速度对密实性影响这方面的研究很少，事实上，对于某些灌浆料来说，由于其高粘聚性，导致灌浆速度小于浆体在管道中自流速度，使得浆体在管道中流动的情况如图3所示[8]，这样在施工中由于排气孔设置不合理以及排气不充分，就很容易造成空洞。但如果灌浆速度很快，浆体在管道中的流动情况如图4所示，则更容易排出空气，保证灌浆质量。 图3 灌浆速度较小时浆体流动情况 图4 灌浆速度较大时浆体流动情况 因此，对于孔径较大的管道，现有的灌浆泵的灌浆速度就很难满足施工要求，所以，在大孔道灌浆前必须进行试验，采用特殊的灌浆工艺，以确保灌浆质量。 5 结论 对于压浆所出现的质量问题，主要是存在人为因素和技术因素两种原因，因此，控制这两种因素是提高灌浆质量的最有效的途径。 1 克服由于人为因素产生的质量通病。 2 控制金属波纹管的质量，以确保预应力管道不被堵塞。 2 控制浆体的质量，对于流动度及泌水率进行现场检测。 3 对于特殊管道要采取特殊措施。连接器处或者管道截面变化处，要合理设置进出口并进行补浆操作。 4 对于大孔径管道，要确保浆体在管道中流动速度大于浆体本身的自流速度。 同时，对于其他的诸如保压等灌浆措施也要严格执行，以确保灌浆质量。 参考文献 [1] 公路桥涵施工技术规范. 北京人民交通出版社，2000 [2] 王思源，预应力混凝土孔道灌浆材料及施工工艺改进研究；东南大学硕士论文，2002 [3] grouting of tendons in prestressed concrete, fib bulletin 20 2002, 7 [4] 张文勇，预应力孔道压浆质量通病及其防治，建筑施工，第25卷第4期 [5] 雷运华 沈涛，国外后张法孔道压浆工艺的介绍，世界桥梁 2003年第4期 [6] 庄军生等编译，国外预应力混凝土工程施工指南，北京中国铁道出版社，1998 [7] 真空ポソプを併用した PC グラゥト注入工法について（その2） プレストレスト ュソクリ－ト，vol,46.No.3. May 2004 [8] 高チクソトロピー性 PC グラゥトの硏究 プレストレスト ュソクリ－ト，vol,47.No.3. May 2005 [9] 建筑工程预应力施工规程，CECS，2004,10