【摘要】真空灌漿是后張預應力混凝土結構施工中的一項新技術，目前在歐洲應用較普遍，但在我國應用甚少。漿體的材料、配比及灌漿施工工藝是真空灌漿的關鍵，本文著重介紹了漿體配比的設計、試驗以及灌漿施工工藝及有關應用試驗。試驗證明，采用真空灌漿工藝是提高后張預應力混凝土結構安全度和耐久性的有效措施。
【關鍵詞】真空灌漿 配比 試驗 施工工藝 應用研究
一、概述
后張預應力混凝土結構中，預應力筋的腐蝕大部分是由于施工和混合料配制不好的結果，配合比是影響混凝土內在質量的一個主要因素，配合比是否合理，直接影響到灰漿強度和灌注密實度是否達到預定的設計要求。傳統的灌漿手段是壓力灌漿，漿體本身和施工工藝帶有一定的局限性，主要表現為：灌入的漿體中常會含有氣泡，當混合料硬化后，存積氣泡處會變為孔隙，成滲透雨水的聚積地，這些水可能含有有害成分，易造成構件的腐蝕；同時，在北方嚴寒的地區，由于溫度低，這些水會結成冰，可能會脹裂構件，造成嚴重的后果；另外，水泥漿容易離析、析水，干硬后收縮，析水會產生孔隙，致使強度不夠，粘結不好，為工程留下了隱患。采用壓力灌漿的英國Ynys-Gwas大橋就因為預應力筋被腐蝕而倒塌，事后的調查研究表明，該橋預應力筋的腐蝕與漿體材料、施工方法有較大的關系。目前，預應力混凝土結構中有平直束、彎束、U形束的布筋方法，為了防止預應力筋被腐蝕，提高結構的安全度和耐久性，確保工程質量，目前國外尤其是歐洲已開始普遍采用真空灌漿工藝，并取得了良好的效果。據了解，在我國，僅在南京長江二橋上試用真空灌漿。為了推廣應用這一新技術、新工藝，現將我公司對該工藝的有關研究、試驗情況以及在武漢軍山長江大橋足尺節段模型試驗中的成功應用，介紹如下。
二、灌漿漿體配比設計及試驗
1．配制的基本原則
①改善灰漿的性質，降低水灰比，減少孔隙、泌水，消除離析現象。
②降低硬化灰漿的孔隙率，堵塞滲水通道。
③減少和補償灰漿在凝結硬化過程中的收縮變形，防止裂縫的產生。
這種高性能灰漿與普通灰漿相比，在原材料的配比方面主要差異為低水灰比和多成分，其目的是為了增加灰漿的密實度，改善灰漿性能，從而達到高強和耐久的目的。
2．漿體特性要求及對應配比試驗
①流動度要求：攪和后的流動度為30～50s。采用流錐儀測定流動度，試驗結果表明，配比和水灰比不同，流動度也不同。水灰比越大，則流動度越大。
②水灰比：為滿足可灌性要求，一般選用水泥漿，水灰比應在0.3～0.4之間。
③泌水性：a．小于水泥漿初始體積的2％；b.四次連續測試結果的差值小于1％；c．拌和后24h水泥漿的泌水應能被吸收。
將攪拌好的灰漿裝人玻璃量筒內，稍加振動后，加蓋玻璃板，防止水分蒸發。在室溫下靜置地后測定其泌水性。試驗結果如下：水灰比為0.33時，泌水性約為3.3％～5％；水灰比為0.3時，泌水性約為0.02％～l％。
④初凝時間：3h。
⑤體積變化率：0～2％。
將攪拌好的水泥漿裝人玻璃量杯內，在室溫下靜置3h后測定其體積變化率。試驗結果如下：水灰比＜0.3時，體積變化率＜1％，水灰比＞0.33時，體積變化率＞4％。以上體積均呈收縮性。
⑤強度：7天齡期強度＞40MPa。
水泥漿試塊采用70.7mm*70.7mm*70.7mm的鋼模型，在常溫下24h后拆模，進行試驗室養護。試驗結果表明：水灰比越小，強度越高，用525號普硅水泥7d強度最大達到78MPa，大大超過所要求的強度。改選用425號普硅水泥，乃強度最大達到55MPa以上。因此，選用425號普硅水泥即可達到要求。根據以上試驗結果選出兩組效果最好配比，進行現場灌漿試驗。最后鋸開試塊檢查，選擇最優的結果用于真空灌漿。
⑦漿體對鋼絞線無腐蝕作用。
三、真空灌漿施工工藝
1．各項裝置的布置如圖1所示。
2．預應力筋成孔管材
預應力混凝土構件中有采用直束、彎曲和U形束、圓形束等布筋方式，金屬波紋管在預應力筋管成孔方面將不能滿足小半徑的彎曲及U形束、圓形束的布筋要求，故采用新型成孔材料--塑料波紋管。與金屬波紋管相比，具有更好的密封住和耐腐蝕性，能為預應力筋提供更好的保護作用，其技術要求見表1。
3．主要施工設備
①排量為2立方米／min的SZ-2水環式真空灌漿泵1臺；
②真空壓力表1個，QSL-20型空氣過濾器1個，15kg左右秤1臺；
③灌漿泵1臺，配套高壓橡膠管1根；
④灰漿攪拌機1臺；
4．施工步驟
（l）準備工作
a．檢查確認材料數量，種類是否齊備，品質是否保證；
b．檢查機具是否齊備、完好；
C．檢查供水、供電是否齊全、方便；
d．按配方秤量漿體材料，減水劑首先溶于一部分水，待用。
e．按圖1所示連接裝好各部件。
（2）試抽真空
將灌漿閥、排氣閥全都關閉，抽真空閥打開；啟動真空泵抽真空，觀察真空壓力表讀數，即管內的真空度，當管內的真空度維持在時（壓力盡量低為好），停泵約lmin時間，若壓力能保持不變即可認為孔道能達到并維持真空。
（3）攪拌水泥漿
A．攪拌要求
攪拌水泥漿之前，加水空轉數分鐘，將積水倒凈，使攪拌機內壁充分濕潤。攪拌好的灰漿要做到基本卸盡。在全部灰漿卸出之前不得再投入未拌合的材料，更不能采取邊出料邊進料的方法。
B．裝料順序
a．首先將稱量好的水（扣除用于溶化減水劑的那部分水）、水泥、膨脹水泥、粉煤灰倒入攪拌機，攪拌2min；
b．將溶于水的減水劑倒入攪拌機中，攪拌3min出料；
C．水泥漿出料后應盡量馬上進行泵送，否則要不停地攪拌。
d．必須嚴格控制用水量，否則多加的水全部泌出，易造成管道頂端有空隙。
e．對未及時使用而降低了流動性的水泥漿，嚴禁采用增加水的辦法來增加灰漿的流動性。
（4）灌漿
a．將灰漿加到灌漿泵中，在灌漿泵的高壓橡膠管出口打出漿體，待這些漿體濃度與灌漿泵中的濃度一樣時，關掉灌漿泵，將高壓橡膠管此端接到孔道的灌漿管上，扎牢。
b．關掉灌漿閥，啟動真空泵，當真空度達到并維持在-0.06～-0.09MPa值時，啟動灌漿泵，打開灌漿閥，開始灌漿，當漿體經過空氣濾清器時，關掉真空泵及抽氣閥，打開排氣閥。
C．觀察排氣管的出漿情況，當漿體稠度和灌入之前稠度一樣時，關掉排氣閥，仍繼續灌漿2～3min，使管道內有一定的壓力，最后關掉灌漿閥。
（5）清洗
拆下抽真空管的兩個活接，卸下真空泵；拆下空氣濾清器和灌漿膠管，清洗灌漿泵、攪拌機、閥門、空氣濾清器以及粘有灰漿的工具。
4．注意事項
（l）錨頭一定要密封好，最好在密封后24h開始灌漿。
（2）灌漿管應選用牢固結實的高強橡膠管，抗壓能力≥1MPa，帶壓灌漿時不能破裂，連接要牢固，不得脫管。
（3）嚴格掌握材料配合比，否則多加的水會全部泌出，易造成管道頂端有空隙。對未及時使用而降低了流動性的水泥漿，嚴禁采用加水的辦法來增加其流動性。漿體材料誤差不能超過表2的規定值。
（4）灰漿進入灌漿泵之前應通過70目的篩子。
（5）灌漿工作宜在灰漿流動性沒有下降的30～45min時間內進行，孔道一次灌注要連續。
（6）中途換管道時間內，繼續啟動灌漿泵，讓漿體循環流動。
四、應用試驗
在進行了大量的材料配比試驗確定最佳配比后，根據以上制定的施工工藝，在公司內進行了6組真空灌漿試驗（試件長7m），并于1999年8月至9月在大橋局橋研院進行了"武漢軍山長江大橋索塔錨固區大曲率預應力筋足尺節段模型實地灌漿試驗"。試件尺寸為：700cm*400cm*255cm。共灌漿12根，其中8根為U形束，灌漿段長12m，其余4根為直束，灌漿段長7.5m，平均每灌一根約需要25min。28d之后打開試件兩端進行檢查，結果如下。
（1）從外形上看，整根波紋管呈圓形。剝開頂部局部的波紋管，整個漿體結構呈圓形，漿它密實無空隙，與波紋管結合密實。
（2）均勻性：灌漿口近端和排氣孔近端的漿體的結構形狀幾乎一樣，表明均勻性較好。
（3）用從排氣孔處接的灰漿進行漿體特性試驗，結果完全符合要求，如表3所示。
1999年12月12日由京珠高速公路武漢軍山長江大橋項目部主持，在武漢召開了“軍山長江大橋索塔錨固區足尺節段模型試驗研究”項目評審會。來自鐵道部大橋局設計院、中交公路規劃設計院、西南交大、浙江大學等單位的專家、教授出席了會議。會議一致認為，該橋模型試驗中采用的真空灌漿材料和施工工藝都是可行的，建議采用。
為了確保武漢軍山長江大橋索塔錨固區的灌漿萬無一失，2000年4月又在軍山長江大橋工地進行了一個足尺節段模型真空試驗，共灌漿10根，其中6根為U形束，灌漿段長12m，其余4根為直束，灌漿段長7.5m，平均每灌一根約需要20min。同時在模型外做了兩根U形裸管真空灌漿試驗，一根為15m，另一根為6.5m。7天后打開試件觀察，效果較好，經計算，灌滿率在99％以上，通過了由京珠高速公路武漢軍山長江大橋項目部主持的專家評審，現正應用于武漢軍山長江大橋。
五、結論
研究試驗結果表明，與普通壓力灌漿相比，真空灌漿具有以下優點：
（1）可消除氣泡的產生。在灌漿之前，孔道中90％的空氣被抽出；
（2）可消除混在稀漿中的氣泡，減少有害水分的聚積地；
（3）真空灌漿工藝能提供連續、快速的施工，對于長15m、內徑φ92mm的管道，抽真空只需幾秒鐘，灌漿只需2～3min；
（4）能提供均勻、密實的灰漿，灌滿率在99％以上；
（5）對于彎束、U形束、豎向束的孔道灌漿，則更能體現真空灌漿的優越性。
總之，由于真空灌漿施工工藝本身有較高水平的質量控制，加上采用合理配比的混合料，采用真空灌漿技術將能保證孔道灌漿的均勻性，能形成一個密實、不透水的保護層，并能消除孔隙。另外，塑料波紋管是絕緣體，與金屬波紋管相比，具有更強的耐腐蝕性，大大改善了構件的防腐蝕性能。因此真空灌漿技術是確保高質量灌漿的一個強有力的手段。
