预应力管道内部压浆质量评估理论及试验研究

为探寻一种高效、便捷的无损测试方法来检测预应力管道内部缺陷的位置和大小，定性、定量评估压浆的质量以保证有粘结后张预应力混凝土结构的承载能力及耐久性。通过三年的研究工作，已顺利完成项目计划内容，并取得数项创新研究成果。冲击回波响应有限元数值分析研究表明，预应力混凝土表面弹性冲击所激发的瞬时应力波能够传播到预应力管道内部，并被缺陷表面反射回来，所激发瞬态共振的频率易从振幅谱中清晰识别。据此提出有粘结后张预应力管道压浆质量测试原理，并对预应力管道内部不同介质界面（混凝土-空气/混凝土-钢）回波响应进行时频分析，丰富了应力波动理论。对预应力混凝土板冲击回波响应研究发现，预应力管道压浆缺陷的存在，当其大小与深度之比（d/T）满足0.3 2100433B

为了保证有粘结后张法预应力混凝土结构的预应力效果及耐久性，且避免水分侵入而锈蚀钢束，预应力管道中必须压满水泥砂浆。但是，在实际压浆过程中，由于多种原因导致的灌浆不密实现象，这将大大降低工程结构的承载能力与使用寿命。因此，有必要探寻一种快速且有效的无损检测方法来评价预应力管道内的压浆质量。目前，国内外尚无一套成熟的测试技术可用于预应力管道的压浆质量评价，且缺乏相应的规程，所以，研究开发一种无损、便捷、高效的技术应用于压浆管道的检测，对确保桥梁的工程质量、安全及使用寿命具有重要意义，并会产生较大的社会和经济效益。我们将在前期研究的基础上对冲击回波法应用于该领域做进一步深入的理论和试验研究，探讨应力波在预应力混凝土内部的传播机理，利用小波等技术对所采集的IE信号做细部分析，提取特征参数，建立最优人工神经网络，针对缺陷的大小及类型进行定性与定量诊断，研发一套实用的预应力管道压浆质量智能评价系统。

预应力管道压浆剂与水泥相容性好

与正规厂家的普通硅酸盐水泥有良好的相容性，能够轻松地配制出满足《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F 50-2011）要求的、合格的孔道压浆混合液，减少承包商更换水泥的麻烦，合理利用地材，节约运输成本，降低工程造价。

预应力管道压浆剂流动性好

初始流动度、30min与60min流动度分别满足10~17s、10~20s、10~25s的要求，能够满足各类不同孔径、不同跨径后张法预应力结构孔道压浆的需求。

预应力管道压浆剂不泌水、不分层

采用了高品质减水剂、防沉剂，配制出的浆液，泌水率为0%，压力泌水率≤2.0%，浆体均匀、饱满，无沉淀、离析现象。

预应力管道压浆剂微膨胀

采用了高品质膨胀剂，配制的浆液自由膨胀率达到1~2%，压浆后孔道浆体体积不收缩，大大降低了预应力损失的概率。

预应力管道压浆剂充盈度好

采用了高品质减水剂、消泡剂，配制的浆液气泡少，压浆后孔道浆体充盈度良好，大大降低了孔道空鼓的概率。

预应力管道压浆剂强度高

3d、7d、28d抗压、抗折强度均满足《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）的要求，28d抗压强度≥60 Mpa、抗折强度≥12Mpa。

预应力管道压浆剂强度高

压浆剂中氯离子含量满足《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）的要求，对钢筋、钢绞线无腐蚀。

预应力管道压浆剂耐久性好

属于无机材料，耐腐蚀、耐老化。

预应力管道压浆剂环保

无毒、无害，对水质及周围环境无污染。

1、工艺流程

压浆准备

浆液制备

浆液存贮

压 浆

封 锚

图1 后张法预应力孔道压浆工艺流程

2、施工工序

（1）压浆准备

①材料

A.在工地试验室按压浆剂使用说明书中的要求，将压浆剂、水泥、水进行拌和试配。各种材料的称量（均以质量计）应精确到±1% ；浆液的性能应满足表1的要求后方可用于正式压浆。

B.水泥应采用性能稳定、强度等级不低于42.5的低碱硅酸盐或低碱普通硅酸盐水泥，水

泥的性能要求应符合《公路桥涵施工技术规范》（JTG/T F50-2011）的规定。

C.压浆剂应与水泥具有良好的相容性，且不得含有氯盐、亚硝酸盐或其他对预应力有腐

蚀作用的成份。减水剂应采用高效减水剂，且应满足现行国家标准《混泥土外加剂》GB 8076中高效减水剂一等品的要求，其减水率应不小于20%。

D.压浆剂中矿物掺和料的品种宜为I级粉煤灰、磨细矿渣粉或硅灰。

E.水不应含有对预应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、

氯离子或任何一种其他有机物，宜采用符合国家卫生标准的清洁饮用水。

F.膨胀剂宜采用钙矾石系或复合型膨胀剂，不得采用以铝粉为膨胀源的膨胀剂或总量0.75%以上的高碱膨胀剂。

G.压浆材料中的氯离子含量不应超过胶凝材料总量的0.06%，比表面积应大于350m²/kg，

三氧化硫含量不应超过6.0%。

②孔道

对抽芯成型的孔道应冲洗干净并使孔壁完全湿润；金属和塑料管道必要时应冲洗附着于孔道内壁的有害材料。对孔道内可能存在的油污等，可采用已知对预应力筋和管道无腐蚀作用的中性洗涤剂或皂液，用水稀释后进行冲洗；冲洗后，应使用不含油的压缩空气将孔道内的所有积水吹出。

③设备

A.制浆机的制浆数量、质量、效率应满足现场施工需要。

机械搅拌式制浆机：转速应不低于1000r/min，搅拌叶的形状应与转速相匹配，其叶片的线速度不宜小于10m/s，最高线速度宜限制在20m/s以内，且应能满足在规定的时间内搅拌均匀的要求。

剪切泵式制浆机：转速宜为1440r/min，且应能满足在规定的时间内搅拌均匀的要求。

B.用于临时储存浆液的储浆罐亦应具有搅拌功能，且应设置网格尺寸不大于3mm的过滤网。

C.压浆机应采用活塞式可连续作业的压浆泵，其压力表的最小分度值不大于0.1MPa，最大量程应使实际工作压力在其25%~75%的量程范围内。不得采用风压式压浆泵进行孔道压浆。

D.真空辅助压浆工艺中采用的真空泵应能达到0.10MPa的负压力。

（2）浆液制备

①加水：向机仓内一次性加入预定的全部拌和用水量，然后开启制浆机。

②添加压浆料：依次缓慢、均匀地向机仓内加入全部压浆剂、水泥或预混的压浆剂与水泥的混合物，添加时间宜为5~6min。

③搅拌：均匀搅拌4~5min，当浆液均匀、无团粒、无离析时，可终止搅拌。

（3）浆液存储

①排浆：开启排浆阀，将制好的浆体排入储浆灌中，也可以将老式制浆机作为储浆罐用。

②动态储浆：开启搅拌器，将制好的浆体继续搅拌，保持流动状态。

（4）压浆

①浆液压入梁体孔道之前，应首先开启压浆泵，使浆液从压浆嘴排出少许，以排除压浆管路中的空气、水和稀浆。当排出的浆液流动度和搅拌罐中的流动度一致时，方可开始压入梁体孔道。

②压浆时，对曲线孔道和竖向孔道应从最低点的压浆孔压入；对结构或构件中以上下分层设置的孔道，应按先下层后上层的顺序进行压浆。同一孔道的压浆应连续进行，一次完成。压浆应缓慢。均匀地进行，不得中断，并应将所有最高点的排气孔依次一一打开和关闭，使孔道内排气通畅。

③浆液自拌制完成至压入孔道的延续时间不宜超过40min，且在使用前和压注过程中应连续搅拌，对因延迟使用所致流动度降低的浆液，不得通过额外加水增加其流动度。

④对水平或曲线孔道，压浆的压力宜为0.5~0.7MPa；对超长孔道，最大压力不应超过1.0MPa；对竖向孔道，压浆的压力宜为0.3~0.4MPa。压浆的充盈度应达到孔道另一端饱满且排气孔排出与规定流动度相同的水泥浆为止，关闭出浆口后，应保持一个不小于0.5MPa的稳压期，该稳压期的保持时间宜为3~5min。

⑤采用真空辅助压浆工艺时，在压浆前应对孔道进行抽真空，真空度宜稳定在-0.06~-0.10MPa范围内。真空度稳定后，应立即开启孔道压浆端的阀门，同时启动压浆泵进行连续压浆。

⑥压浆时，每一工作班应制作留取不少于3组尺寸为40mm×40mm×160mm的试样，标准养护28d，进行抗压强度和抗折强度试验，作为评定水泥浆质量的依据。

⑦压浆过程中及压浆后48h内，结构或构件混凝土的温度及环境不得低于5℃，否则应采取保温措施，并应按冬期施工的要求处理，浆体中可适量掺用引气剂，但不得掺用防冻剂。当环境温度高于35℃时，压浆宜在夜间进行。

⑧压浆后应通过检查孔抽查压浆的密实情况，如有不实，应及时进行补浆处理。

⑨孔道压浆应填写施工记录。记录应包括：压浆材料、配合比、压浆日期、搅拌时间、出机初始流动度、浆液温度、环境温度、稳压压力及时间，采用真空辅助压浆工艺时尚应包括真空度。

（4）封锚

①压浆完成后，应及时对锚固端按设计要求进行封闭保护或防腐处理，需要封锚的锚具，应在压浆完成后对梁端混凝土凿毛并将其周围冲洗干净，设置钢筋网浇注封锚混凝土。

②封锚应采用与结构或构件同强度的混凝土并应严格控制封锚后的梁体长度。

③长期外露的锚具，应采取防锈措施。

④压浆后，应在浆液强度达到规定值后方可移运和吊装。

图2 后张法预应力孔道压浆工艺原理