基于檢測數(shù)據(jù)的PC梁壓漿質量問題成因分析及控制

毛 敏

（山西省交通科技研發(fā)有限公司 橋梁工程防災減災山西省重點實驗室，山西 太原 030032）

1 研究背景

在后張法預應力結構體系中，預應力筋張拉結束后的孔道壓漿是其關鍵施工工序之一，一旦管道壓漿不密實（見圖1），預應力筋逐漸銹蝕（見圖2），使得預應力筋的使用壽命和使用效率下降，甚至在運營期間出現(xiàn)因鋼絞線銹斷而導致橋毀人亡的重大事故。與此同時，孔道壓漿作為隱蔽工程，具有施工時間短、隱蔽性強，且發(fā)生質量問題后難以修復的特點[1]。早在2001年交通運輸部就將后張預應力孔道壓漿不密實問題列為公路橋梁建設中的十大質量通病之一[2]。

孔道壓漿的主要作用如下：把預應力筋封閉在堿性環(huán)境中，避免銹蝕；填充孔道以避免內部積水凍脹；形成有黏結預應力混凝土結構，提高構件剛度。因此，預應力孔道的壓漿質量是保證PC梁橋長期使用性能的重要影響因素之一。

圖1 剛建成橋梁孔道內積水、梁體脹裂

圖2 運營數(shù)年橋梁鋼絞線銹蝕

隨著交通運輸部品質工程建設的推進，PC梁橋孔道壓漿被確定為施工質量控制的重點之一。智能壓漿系統(tǒng)[3]、成品壓漿原料等新設備新材料的運用提高了壓漿質量。與此同時，施工質量管控也離不開先進檢測手段的運用?？椎缐簼{密實性檢測技術的發(fā)展、成熟，使得過去難以檢測的壓漿質量如今逐漸成了一項常態(tài)化的檢測指標，這也促使壓漿質量管控向精細化方向發(fā)展。

2 孔道壓漿密實性檢測原理

目前橋梁預應力孔道壓漿質量檢測方法主要有鉆芯法、超聲波法、探地雷達法、沖擊回波法、射線輻射法（χ射線、γ射線）等。相較于其他方法，沖擊回波法具有可單面測試且快速簡便的優(yōu)點而被認為更具有應用前景[4]。

沖擊回波法檢測常用的判斷依據(jù)主要為傳播聲時，傳播聲時主要取決于沖擊回波的傳播路徑。理想狀態(tài)下，沖擊回波在預應力混凝土構件中的傳播路徑如圖3所示。在預應力孔道位置處混凝土表面利用瞬時的機械沖擊產(chǎn)生低頻的應力波，應力波傳播到結構內部，遇到聲阻抗有差異的界面如構件底面或缺陷表面時將被反射回來，并在構件表面、內部缺陷表面或構件底部之間來回反射產(chǎn)生瞬態(tài)共振，其共振頻率能在振幅譜中辨別出來，然后通過對反射回來的應力波進行時域分析與頻域分析，就能用于確定構件厚度及其內部缺陷的位置。沖擊回波法定位性檢測示意見圖4。

圖3 理想狀態(tài)下沖擊回波在預應力混凝土構件中的傳播路徑圖

圖4 沖擊回波定位檢測示意圖

3 PC梁壓漿存在的主要質量問題

結合近幾年來省內外十余條高速公路PC梁橋壓漿質量檢測結果分析，目前存在的主要質量問題見表1。

表1 PC梁孔道壓漿質量問題一覽表

4 PC梁壓漿質量問題主要原因分析

4.1 壓漿原材料質量問題

4.1.1 壓漿漿液的性能特征

為了保證PC梁孔道壓漿的質量和耐久性，所用壓漿漿液的性能應具備如下特征：

a）有高流動度。

b）適宜的凝結時間。

c）不泌水、不離析、不沉降。

d）塑性階段具有良好的補償收縮能力且硬化后產(chǎn)生微膨脹。

e）具有一定的抗折抗壓強度[5]。

4.1.2 不合格原材料情況

在某條高速公路橋梁交工驗收檢測過程發(fā)現(xiàn)，部分PC梁橋腹板順橋向沿預應力孔道走向開裂、伴白華?，F(xiàn)場隨機鉆孔抽檢結果見圖5，孔道內空管且壓漿料呈現(xiàn)灰白色片狀，強度較低。這說明施工現(xiàn)場采用了不合格的壓漿料原材料。究其原因，不合格原材料分如下幾種情況：

a）原材料出廠質量不合格。

b）現(xiàn)場存儲時間超過保質期導致失效。

c）現(xiàn)場保管不當導致失效。

圖5 腹板波紋管空且壓漿料成片狀

4.2 壓漿料水膠比問題

如今，在交通運輸部、質量監(jiān)督機構以及項目業(yè)主的大力推動下，成品壓漿原料已經(jīng)廣泛運用到了實際工程中。這使得現(xiàn)場制漿環(huán)節(jié)的質量控制變得相對簡單，投料過程中按照要求控制水和成品壓漿原料的比例（簡稱水膠比）即可。但是在現(xiàn)場檢測過程中還是發(fā)現(xiàn)部分預制梁孔道內壓漿料壓注一周后并未凝固（見圖6）。為了分析水膠比變化對壓漿料硬化質量的影響，現(xiàn)場制作了一組對比試驗，試驗結果見表2。試驗過程中發(fā)現(xiàn)水膠比偏大后，拌制后的壓漿料出現(xiàn)明顯的分層離析、漿液泌水性提高、保水性下降的現(xiàn)象，且上層未凝固段壓漿料終凝后幾乎沒有強度。該對比試驗也正好解釋了現(xiàn)場檢測過程中發(fā)現(xiàn)的壓漿料難以硬化的現(xiàn)象。

表2 壓漿料水膠比試驗結果一覽表

圖6 孔道內壓漿料未硬化

圖7 現(xiàn)場配合比驗證試驗

綜合分析現(xiàn)場水膠比超限的原因，可能主要存在以下幾方面問題：

a）投料攪拌時，計量器具計量不準確等原因導致攪拌用水量超出設計值。

b）現(xiàn)場應急準備工作不到位。如夏季壓漿過程中突降大雨，而現(xiàn)場未能及時遮蓋壓漿設備投料罐、儲漿罐；導致大量雨水進入使得壓漿料水膠比變大。

c）壓漿時，孔道內積水未清除干凈，使得壓漿過程中管內積水稀釋壓漿料，導致水膠比變大。

4.3 壓漿設備的選用

采用性能良好的壓漿設備是保證壓漿質量的重要手段和前提。目前壓漿泵有風壓式和活塞式兩類。鑒于風壓式設備有使空氣串入壓漿漿液中產(chǎn)生氣孔的風險，推薦采用可連續(xù)壓漿的活塞式壓漿設備。為了保證在規(guī)定時間內漿液攪拌均勻的要求，攪拌機的轉速應不低于1 000 r/min。為了保證壓漿漿液的流動性，用于臨時儲存漿液的儲料罐也應具備攪拌功能，且應設置網(wǎng)格尺寸小于3 mm的過濾網(wǎng)。

4.4 忽視現(xiàn)場操作細節(jié)

除了性能優(yōu)異的壓漿設備、質量合格的壓漿料外，壓漿質量的好壞還有待于現(xiàn)場操作細節(jié)的把控。如圖8所示，某預制梁拆模后發(fā)現(xiàn)腹板存在一處空洞，且波紋管外露，當時施工單位簡單處理后開始壓漿。從圖9可以看出，壓漿過程中漿液從空洞處冒出，由于漿液壓力較大，土工布、模板封堵效果并不理想，這也導致整個壓漿過程持續(xù)時間大幅延長。

圖8 梁體腹板空洞波紋管外露

圖9 壓漿過程中腹板 空洞區(qū)域冒漿

5 PC梁壓漿質量控制措施

本文依托現(xiàn)場檢測數(shù)據(jù)，從檢測人員視角展開了壓漿質量問題成因分析。為了進一步提高PC梁的壓漿質量，建議從以下幾個方面展開工作：

a）確保壓漿前的準備工作充分。檢查設備工作正常，材料配備齊全，確保整個壓漿管路連接暢通、密封；確保計量工具檢定合格。

b）正確估計投料數(shù)量。由于現(xiàn)場各環(huán)節(jié)配合不到位，使得可能出現(xiàn)管道內部還沒有灌滿時儲漿桶內的壓漿料就已經(jīng)用完的情況，導致現(xiàn)場中斷壓漿。再次拌制后還需將原先壓入漿體排空后重新壓漿。

其中：壓漿料的凈用量=（預留孔道截面積-預應力筋材截面面積）×孔道長度×（1+現(xiàn)場損耗率）。

c）考慮溫度的影響。溫度對壓漿的影響主要體現(xiàn)在兩方面：（a）影響漿液的流動性；（b）影響漿體強度。在冬季施工時如果壓漿料在未凝固前發(fā)生冰凍會造成波紋管脹裂，漿體材料強度降低，壓漿料和預應力筋間的黏結力降低。在低溫冰凍天氣壓漿前，應先用熱水沖洗管道以排除積冰，再用熱壓縮空氣將積水吹凈以避免重新凍結。在壓漿過程中以及壓漿后48 h內，如環(huán)境溫度低于5℃應采取保溫措施。環(huán)境溫度高于35℃時，壓漿應避開午后高溫時段。

d）嚴格控制壓漿時間。壓漿持續(xù)時間過長會造成漿液流動性降低，壓漿阻力增大，且不易密實。在整個壓漿過程中要保持連續(xù)攪拌，以確保漿液的流動度。

e）及時控制進出口壓漿閥門的開合。壓漿時，出漿口先后排出空氣、積水、稀漿、濃漿；在出漿口開始排出濃漿時應及時關閉出漿口閥門。為了保證孔道壓漿的充盈度滿足要求，出漿口封閉后，在維持不小于0.5 MPa的壓力3～5 min后關閉壓漿口閥門。