后张法预应力结果孔道压浆不实质量通病的分析

2022-09-12

1 病害实例

建于1957年的美国康涅狄格州的Bissell大桥, 因为预应力筋锈蚀导致桥梁的安全度下降, 在使用了35年之后不得不炸毁重建。另外美国从地震垮塌的后张预应力桥梁构件上截取若干断面解剖测试, 发现后张预应力结构因孔道压浆不密实而造成的预应力筋锈蚀、断面锐减、断丝及应力损失严重等致命的质量问题, 为此曾一度禁止后张预应力结构的应用。通过近几年的调查资料证明, 我国于80年代中期至90年代中期兴建的一批预应力混凝土梁桥, 压浆不实是一个普遍存在的现象。

2 预应力管道压浆不实造成的危害和机理分析

钢筋锈蚀是混凝土结构损坏的机理之一, 而孔道压浆的根本目的是排除孔道内的水和空气, 防止预应力筋被腐蚀, 保证预应力构件的耐久性。预应力钢材的锈蚀分为一般腐蚀和应力腐蚀。应力腐蚀是钢材处于受拉状态下, 而同时受到腐蚀时发生的腐蚀的结果, 将引起钢材急剧地脆性破坏。众所周知, 普通钢筋混凝土构件中的钢筋中的应力值在构件开裂前很小, 而预应力混凝土构件中的预应力筋从张拉直到破坏始终处于受拉状态, 所以发挥了高强钢材和混凝土两种材料各自的特长。

预应力钢材对应力腐蚀具有敏感性, 而且钢材抗拉强度越大敏感性越大。应力腐蚀是一种低应力脆性断裂, 因为导致应力腐蚀开裂的最低应力远小于材料断裂强度fu, 而且断裂前无明显的塑性变形, 脆性断裂时其应力水平一般不会超出屈服点, 宏观塑性变形很小, 同时脆性破坏的断裂速度非常高, 可达声速的1/3。这一点也是脆性破坏常导致灾难性事故的主要原因。

3 孔道压浆不实的原因

(1) 预应力孔道设计空隙狭窄, 水泥浆不易压入;设计孔道曲线长 (曲率) , 曲折点多。

(2) 孔道堵塞压浆困难。由于预留孔道不畅通, 有异物堵塞以及波纹管不合格 (孔道变形或有偏孔、颈缩孔现象、密封不好、环刚度不够) 、接缝不严密出现漏浆现象。

(3) 压浆孔、排气孔堵塞。若锚垫板与模板之间有空隙, 浇注混凝土时的水泥浆易堵塞压浆孔。另外在混凝土浇注过程中, 排气孔的管与波纹管脱离, 使排气管堵塞。

(4) 未设排气孔或排气孔设置的位置不理想, 造成孔道窝气。预留管道过长时排气管应设在最高点。

(5) 封锚不严, 不能保压持荷。

(6) 预应力钢筋编束、捆扎时, 绑扎丝过密、松弛, 穿束时绑扎丝在孔道不畅处受阻堆积挤压, 形成网状塞栓, 压浆时此处过水过气不过浆。

(7) 水泥浆配比不合理, 泌水率过大, 水泥浆虽然压满但严重泌水, 浆体离析, 孔道内形成游离水。

(8) 未待孔道另一端饱满和出浆, 排气孔排出与规定稠度相同的水泥浆即停止压浆封闭排气口;或关闭出浆口后, 未保持不小于05MPa的稳压期, 该稳压期不宜少于2min。

(9) 压浆机性能不好, 压力不够或无法保压持荷, 致使孔道内水泥浆不能长距离远送, 也无法借助压力使水泥浆充实到孔道各处, 不易畅通到细微空间位置, 从而造成孔道压浆不饱满、不密实。

(10) 孔道压浆前用水进行冲洗, 残留水未吹净。

4 孔道压浆不实预防处理措施要点

由于水泥浆灌入孔道后除了凿开检验外没有其他切实可行的压浆质量检测方法, 因此施工前采取有效的保证灌浆质量的措施, 显得尤为重要。预应力管道压浆质量控制的要点为:采用合格的管道材料;合理制备水泥浆, 水泥浆要求既能保证足够的强度, 而且能够有效地控制泌水率及膨胀率;控制压浆工艺以使管道压浆饱满、密实。

真空压浆技术是近年来应用于大跨径桥梁预应力孔道压浆时效果非常明显的技术。真空压浆具有的优点: (1) 采用预应力塑料波纹管作为管道材料, 塑料波纹管与传统金属波纹管相比具有良好的耐腐蚀性能、良好的物理性能, 荷载作用下不渗透、强度高、刚度大, 抗冲击性好、不怕踩压, 摩阻力小的性能; (2) 采用特殊水泥浆:水灰比采用0.33~0.35, 比普通压浆的水泥浆水灰比低; (3) 真空压浆工艺:在孔道的一端采用真空泵将孔道抽成真空, 使之产生-0.1MPa左右的真空度, 然后用灌浆泵将优化后的特种水泥浆从孔道的另一端灌入, 直至充满整条孔道, 并加以小于等于0.7MPa的正压力, 以提高预应力管道灌浆的饱满度和密实度。

5 孔道压浆不实的判定 (检测) 及处理

(1) 压浆初凝后, 从进浆孔或排气孔用探测棒可探测到该位置附近压浆是否饱满、有无空洞; (2) 通过计算浆体压进孔道总量小于孔道总空隙量; (3) 多波曲线孔道, 特别是竖向多波曲线孔道波峰顶排气孔未冒浆; (4) 结构物是否发生冻胀病害, 该病害表现为:结构物顺预应力孔道方向发生纵裂, 开始发生时, 裂缝宽度较小, 往往小于0.1mm, 随着时间的推移裂缝宽度会有所扩大;在正气温环境中, 开裂的裂缝中能渗出水来, 并随着时间的延长, 出现返碱现象。

如出现上述症状就要根据造成孔道压浆不密实的各种原因进行具体分析, 一一排查, 按相应问题进行处理。 (1) 检查是否漏浆, 接缝是否严密; (2) 压浆孔、排气孔是否畅通; (3) 压浆设备是否完好, 压浆工艺是否正确, 压浆操作是否正确; (4) 水泥浆配比是否合理; (5) 压浆管道是否堵塞; (6) 孔道中存在的游离水低温冻胀后产生裂缝。因其产生的裂缝属于非结构裂缝, 因此只要将孔道内的游离水排出。裂缝的长期存在仍会对构件的安全带来不利影响, 故应及早在合适的时间予以处理。经过必要的裂缝检测后如裂缝宽度不超过0.2mm, 则可用如下方法处理:

在发生冻胀裂缝的最低端, 从孔道周围混凝土约最薄处 (可选择梁侧面也可选择梁底面) 将混凝土和孔道的铁皮管剔开一个小洞, 将孔道内积水排出 (剔凿铁皮管时注意千万别碰到预应力钢筋) 。剔开排水洞后, 应静置一段时间, 待孔道内积水排完, 裂缝已无湿水痕迹时, 可进行裂缝处理。宽度fw<0.15mm的裂缝采用树脂封闭胶进行涂刷封闭处理;若裂缝宽度大于0.15mm, 可采用树脂灌浆方法进行灌浆封闭。剔凿部位可采用聚合物水泥砂浆进行修补。

6 结语

预应力管道压浆是一项具体、细致的工作, 是关系到桥梁使用质量和使用寿命的重要工艺环节, 因其属于隐蔽工程, 所以预防重于事后处理。对于超长构件, 如采用传统的金属波纹管为成孔管道材料及普通压浆方法, 存在着成孔材料摩阻力大、成孔材料不易施工、在施工过程中易漏浆、压浆不密实等众多弊端, 使张拉延伸量难以满足要求。而塑料波纹管及真空压浆技术能够很好的解决大跨径管道压浆不实的问题, 因此在大跨径桥梁构筑物施工时推荐使用塑料波纹管和真空压浆的技术, 施工时严格执行相关工法, 确保压浆密实。

摘要：后张法预应力管道压浆不实是现代混凝土桥梁建设的质量通病之一, 本文通过一系列分析指出针对这一质量病害预防重于事后处理。

关键词：后张法预应力结构孔道压浆不实,质量通病分析,处理措施