预应力智能真空循环压浆系统在预应力工程中的应用

预应力智能真空循环压浆系统在预应力工程中的应用文/招商局重庆交通科研设计院有限公司李文锋须民健在我国公路建设中，随着预应力技术越来越多的应用于工程中，预应力施工质量问题也越来越多地暴露出来。

而孔道压浆作为预应力施工质量的关键工序，目前绝大多数仍然由传统工艺和传统设备进行施工。

施工中因工艺设备、材料以及管理等方面的原因，存在工艺参数难以准确控制、施工工艺过程难以监管、施工效率低下、孔道压浆不密实等问题，导致出现孔道压浆密实度低、预应力筋的腐蚀和断裂等质量问题，极大危害桥梁的长期安全运营。

为解决预应力孔道压浆施工中存在的问题，压浆工艺和设备随着新技术的引入也在不断的更新。

压浆设备及工艺管理需要进行升级，完善过程管控，实现施工的全自动化，减少人为因素对施工质量的影响。

新的压浆工艺和设备的应用，逐渐代替部分人工施工，逐步改变施工管理模式，从压浆施工的全过程来保证孔道压浆的质量。

孔道压浆的作用在后张法预应力混凝土结构的施工中，当有粘结预应力结构施工完成张拉锚固后，需要在孔道中压入水泥浆形成粘结受力状态的孔道。

预应力孔道压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。

根据预应力结构体系及预应力孔道的工作受力状态，预应力孔道压浆主要有三个目的：1.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；2.使预应力钢材与混凝土有良好的粘结，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；3.消除预应力混凝土结构或构件在反复荷载作用下应力变化对锚具造成的疲劳破坏。

图1压浆不密实情况示意由上述压浆作用可知，孔道压浆质量直接影响预应力钢绞线的使用寿命和效率，甚至导致预应力筋断裂和桥梁垮塌。

当注浆不饱满时，孔道内存在空气和泌水，施加预应力后的钢绞线暴露于空气和水的酸性环境中，相比普通状态，其腐蚀速度将呈数量级的变化，威胁预应力结构的安全寿命和可靠性。

压浆质量的影响因素压浆质量的直接指标是孔道密实度。

对于压浆工艺及设备，虽然经过多年大规模的应用与发展，现在已经较为成熟。

但因压浆密实度的影响因素复杂，压浆时孔道的变化机理理论不清楚等原因，造成国内较多的预应力桥梁压浆出现质量问题。

结合现有文献和调查资料，统计出影响压浆质量的四大因素主要有材料、工艺设备、操作管理三个方面的问题。

1材料压浆材料一般采用水泥加压浆剂配比制浆。

实际现场施工中，水泥及压浆剂的质量控制分散，水泥浆的配比制作过程较为粗放，材料质量影响的环节多，容易导致制备的水泥浆性能难以达到要求的性能。

2工艺设备在压浆施工中，传统直接压浆工艺、真空辅助压浆工艺应用最为广泛。

现行的压浆工艺要求及设备要求，均参照《JTG/T F50-2011公路桥涵施工技术规范》进行。

但直接压浆工艺的工艺原理简单，工艺操作中的一些质量控制要求无法量化，孔道内部空气的排出程度也无法了解，所以实际的压浆效果无法保障。

而在国内引入真空压浆工艺后，真空辅助压浆工艺较好地提高了压浆质量，但因设备连接管路多及真空不易保证等问题，阻碍了真空辅助工艺在公路桥梁施工中的推广应用。

实际施工工艺中，一般多采用直接压浆工艺。

传统的压浆工艺中，采用的压浆设备一般由搅拌机、压浆泵、真空泵等设备组成。

制浆、压浆工艺过程依靠施工工人操作。

制拌浆液的水胶比控制难度大、工艺过程监管困难，压浆结束后清洗复杂繁琐，容易因清洗不净造成设备堵塞损坏。

采用传统工艺和设备，容易造成压浆质量问题。

图2压浆质量的影响因素3操作管理孔道压浆的浆液制拌时，因采用现场称量水、水泥及外加剂配制浆液，其计量准确性较低，难以精确控制浆液的水胶比、泌水率以及流动度等指标，易造成压浆后孔道浆体凝结收缩并形成较大的孔隙，影响孔道浆体的密实度。

因此，由于压浆工艺过程较为复杂、工序繁多，所以工艺过程的质量受施工工人的熟练程度与素质影响较大。

在当前施工大环境下，就需要管理部门提高各个方面的管理能力。

而对于管理过程来说，管理部门大多将预应力工程的质量控制重点放在预应力钢筋的张拉上，对于压浆质量的关注不够。

而施工过程也难以有效监管。

工后也没有有效的检测设备及手段进行定量检测。

所以管理部门仍然缺乏对压浆质量进行精细化管控的手段。

智能真空辅助循环压浆系统新工艺1真空辅助循环压浆工艺预应力孔道压浆的传统工艺为直接压浆工艺以及真空辅助压浆，但是直接压浆与真空辅助压浆存在从材料制备、过程管控等方面的问题，影响了工程建设的质量。

针对目前孔道压浆工艺，重庆交通科研设计院针对现有工艺存在的各种问题进行了大量深入的研究，综合考虑国内预应力施工需要和实际情况，结合传统直接压浆工艺与真空辅助压浆工艺的特点，提出真空加循环的压浆新工艺，并研制了智能真空循环压浆系统。

智能真空循环压浆系统采用独特的真空加循环的压浆工艺，其工艺原理如图3所示。

该工艺是通过管道将两个孔道连接，先将两孔道抽成一定的真空度，然后由压浆口将浆液通过上部管道流回设备储浆桶中，并使一定压力的浆液在设备与两个孔道中形成循环流动，持续循环设置的时间后关闭回浆口阀门，最后完成持荷及压浆。

图3智能真空循环压浆系统工艺原理在真空辅助压浆工艺中，抽真空和压浆均针对单孔道作业，效率较低且不能完全排出孔道内剩余空气，导致部分空气混入水泥浆中形成悬浮气泡，使浆液凝结后产生蜂窝状缺陷。

而真空辅助循环压浆工艺，能够抽出孔道内大部分空气，并使孔道与设备间形成循环回路，通过循环将内部空气排出孔道。

真空循环压浆工艺，结合了传统压浆工艺的优点，同时也克服了传统压浆工艺的一些问题，提高了压浆的施工效率以及施工质量。

2.智能真空循环压浆系统及操作流程智能真空循环压浆系统是在传统压浆工艺及设备的基础之上研制而成，其结合自动化技术，实现了工艺过程以自动化控制代替人工操作控制，自动完成称量、搅拌、抽真空、压浆全过程同时，针对压浆质量管理的问题，开发了实时测量记录系统，准确记录施工过程中的各个关键工艺参数的数值，从而改变了现有的管控模式。

考虑现场施工的便捷性，智能真空循环压浆系统结构设计一体化结构，将真空泵、上料搅拌机构、压浆泵、控制系统结合为一体，便于清洗维护。

该系统从功能划分上可分为上料搅拌系统、抽真空系统、压浆系统、控制系统四个功能模块。

图4DG-10智能真空压浆系统组成图1)上料搅拌系统上料搅拌系统完成自动上料、自动搅拌的工序，制成符合要求的浆液备压浆用。

上料搅拌系统由自动上料机构、高速搅拌机构、低速搅拌机构组成，实现浆液的自动搅拌制作。

在浆液的制拌过程中，系统能够根据设定的水胶比控制加入水量，实现自动均匀搅拌后的浆液的水胶比。

2)抽真空系统抽真空系统实现对密封预应力孔道进行抽真空的工艺处理。

抽真空操作中，系统会根据设定真空度值自动控制抽真空过程，并依靠声光提示等进行提示，完成人机交互及操作。

3)压浆系统压浆系统的功能主要是实现真空循环工艺的自动压浆过程，其构成包括压浆螺杆泵、测量传感器、控制阀以及连接管道等部件。

压浆泵采用连续工作方式的螺杆泵进行持续压浆，在孔道间形成循环压浆回路。

各个部件均满足《JTG/T F50-2011公路桥涵施工技术规范》的要求。

4)控制系统控制系统实现真空循环压浆工艺过程的自动化控制、参数测量、数据记录加密等功能，并通过触屏显示和操作相关过程，确保压浆工艺过程可控、数据安全。

控制系统由硬件部分和软件部分构成，控制硬件包括触屏、PLC、ARM控制器等相关电气控制部件。

设备的主要电子部件在选型设计时，考虑现场的复杂的电气环境和施工环境条件等因素，核心功能部件采用进口高质量产品，保证设备的稳定性和可靠性。

控制系统的软件部分依靠触屏和PC机分别操作，操作简单易懂。

压浆过程中，技术员设置设计水胶比等关键工艺参数后，施工过程中的工艺控制完全依靠设备自动完成，现场工人则需要完成管道拆装、制浆、异常处理等配合工作；压浆结束后，数据由技术员掌握，并通过系统软件自动生成报表，回溯查看施工过程等，能够提高施工效率和数据处理工作的效率。

梁片压浆质量切片对比试验为研究验证该工艺的实际效果，在国内某高速桥梁建设中，选取T梁作为预应力工艺对比的试验梁片。

试验中各个孔道使用相同压浆材料，分别采用传统直接压浆工艺设备、循环压浆设备以及真空循环压浆设备分别对试验梁对应孔道进行压浆施工。

施工完毕后，将梁片进行剖切并切开压浆孔道，直接观测压浆密实度情况。

图5试验梁梁型图试验选取标准40米5孔T梁作为试验梁片。

试验梁片的梁型示意图如上图所示，其上各孔编号分别为N1-N4，其编号对应的压浆工艺如表1所示：表1试验工艺孔道编号序号压浆工艺压浆设备构建编号1直接压浆工艺传统压浆设备N4孔2直接压浆工艺传统设备带监测系统N3孔3智能真空循环压浆智能真空循环压浆系统N2孔4循环压浆工艺大循环压浆设备N1b孔剖切试验梁能够直接验证采用各压浆工艺及设备的孔道压浆密实度，对比验证新设备新工艺的施工效果。

压浆孔道初凝后，将采用不同工艺及设备的压浆试验梁进行剖切，剖切位置从梁片端部开始切割。

切割的位置分别为距离梁片两端各1.5m、4m处，并切取T梁梁体中间部分长度为0.7m段出来。

图？为切割梁体的部分断面图和局部放大图。

图6梁端部1.5m处断面N4孔N3孔N2孔N1b孔图7梁端部1.5m处断面孔道局部密实度情况经过剖切对各孔道进行测量，中间部位0.7m梁体段各孔道压浆密实度都很好，而距端部1.5m处断面孔道的压浆密实度有较大差别。

通过切割梁体得到的断面密实度情况来看，智能真空循环压浆工艺及设备在整个孔道长度中，均完全饱满密实，能够较好的保证压浆密实度。

智能真空压浆系统的工程应用智能真空循环压浆系统已经广泛应用于重庆、四川、云南、贵州、福建、广东等在建工程中，在预制梁场、现浇梁、刚构桥等预应力结构件上面得以全面应用。

DG-10智能真空循环压浆系统操作简单便捷，稳定可靠，能够有效解决压浆施工过程中的工艺控制问题，改变了管理单位的管理工作模式，有利于提高压浆质量。

图8DG0-10智能真空压浆系统的工程应用孔道压浆施工作为桥梁预应力施工的关键工序，对预应力结构的长期可靠性有极大的影响。

而预应力智能真空循环压浆系统，结合了传统直接压浆和真空压浆工艺的优点，并采用循环工艺进行排气，通过切梁试验压浆密实度效果对比以及大规模的应用，DG-10智能真空循环压浆系统在设备性能、操作工艺、施工质量与施工效率上面有独特的优点。

系统自动化程度高，压浆的操作工艺过程能够由设备自动化和智能化控制，排除人为因素对施工质量的影响，在广泛的应用中，得到了用户极大地认可。