预制梁封锚新技术在京台高速改扩建中的应用

郭永智，王 昊，郭保林

（1.山东省交通科学研究院，山东 济南 250031；2.山东高速股份有限公司，山东 济南 250100）

引言

在公路桥梁工程中，预制预应力混凝土梁应用广泛，近年深埋锚工艺被广泛推广。其封端位置有一定概率处于盐冻环境，盐、水、空气一旦经过裂缝与钢绞线接触，会因其捻制形状加速顺钢绞线的锈蚀。钢绞线一旦锈蚀，会造成严重的工程事故。预应力体系的耐久性在预应力梁桥的服役性能中至关重要，封锚质量控制则是保证预应力体系耐久性的重要环节。因此，封锚材料应具备与梁体混凝土黏结牢固、无离缝，自身不开裂、抗盐冻性能好等性能。

开发的TXTC-I 型封锚专用材料无收缩、不开裂，抗冻耐久性指数DF ≥98%，抗渗指标（28 d）DNEL≤3.0×10-12m2/s，采用支立专用模板、拌合机强制拌和、自流平浇筑的新工艺，在京台高速改扩建工程中推广应用。

1 国内公路工程中深埋锚的问题

公路工程中箱梁的腹板厚度小，深埋锚的锚穴尺寸小，钢绞线切割难度大，钢绞线保护层厚度小，因此，对封锚混凝土抗盐冻性能要求高。封锚混凝土单次浇筑量小，施工过程未足够重视，往往采用人工拌和半干硬性细石混凝土或低塑性水泥砂浆浇筑。该材料一般对养护要求较高，因其面积小，浇筑后往往不被重视，得不到充分养护，产生开裂；新旧混凝土收缩不一致，产生离缝，见图1。封锚混凝土的裂缝，将成为水、空气及盐分的通道，使钢绞线暴露在腐蚀环境中，钢绞线一旦锈蚀，是预应力箱梁的质量隐患，因而亟需解决。

图1 封锚混凝土自身开裂及混凝土离缝

万惠文和谢春磊［1］介绍了使用聚合物改性砂浆（PMM）作为封锚砂浆；孙志刚等［2］介绍使用环氧封锚砂浆；马洪忠［3］介绍封锚混凝土灌注4 h 后拆模，凿除面层上0.5 ～1 cm 厚的混凝土，用水泥砂浆进行收面处理；李洪刚［4］介绍了铁路轨道板封锚砂浆施工技术。但上述几种方式在公路深埋锚施工中均不适用。

2 封锚材料性能测试

2.1 抗盐冻性能

采用《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法》（GB/T50082—2009）标准中抗冻试验（盐冻法）方法，通过测量TXTC-I 型封锚专用材料与C30、C40、C50 混凝土盐冻循环后的剥落量表征各材料的抗盐冻性能，试验结果见图2。

图2 各材料盐冻试验对比

由图2 可知，C30、C40、C50 混凝土的剥落量随盐冻循环次数的增加均有不同程度的增加，其中C30 混凝土剥落量最大，增幅最大，C50 混凝土剥落量最少，仅为C30 混凝土剥落量的11.34%，C40 混凝土稍差于C50 混凝土介于两者之间，而TXTC-I 型封锚专用材料在经历次循环后，剥落量为零，混凝土表面完好，无浆体剥落。试验结果表明，混凝土的抗盐冻性能与其强度等级有关，且强度等级越高，抗盐冻性能越好。TXTC-I 型封锚专用材料的抗盐冻性能优于C50 混凝土，在试验室盐冻环境中实现表面质量零损伤，更适合做公路桥梁的封锚材料。

2.2 黏结性能

利用100 mm×100 mm×400 mm 试模，成型C50混凝土长方体试块，标准养护28 d 后折断并将其中一端切掉1 cm，放入原混凝土试模，将断面处润湿，浇筑TXTC-I 型封锚专用材料将两处断块黏结，标准养护28 d 后用相同的方法将试块再次折断，断面并不顺黏结面，而在C50 混凝土上，表明TXTC-I 型封锚专用材料与混凝土的黏结强度大于C50 混凝土本身内聚力，使用该专用材料做封锚不易产生离缝。

2.3 足尺试验

根据实体结构物孔穴尺寸，在试验室制作1 ∶1模型，分别选用传统砂浆工艺、灌浆料工艺、TC-I型封锚专用材料模拟实体浇筑。养护拆模后置于室外条件进行长期暴露试验，同时在新旧混凝土交接处各取一个10 cm 直径的芯样进行冻融循环试验。

传统砂浆芯样，取出后即沿交接面分为两块，见图3。灌浆料芯样取出时完整，经过25 次冻融循环后分为两块，200 次冻融循环后，质量损失达到22.69%。钻取的TXTC-I 型封锚专用材料芯样见图4。经过200 次冻融循环后，芯样仍保持完整无破裂且无明显剥蚀，质量损失仅为0.89%。试验结果表明，TXTC-I 型封锚专用材料与主体混凝土粘结性强，自身的抗冻性能好，不易受外界恶劣环境影响。

图3 传统砂浆封锚效果

图4 TXTC-I 型封锚专用材料封锚效果

3 工程应用

3.1 工程概况

京台高速德齐段改扩建工程项目起于鲁冀界主线收费站，止于京台高速与济聊高速交叉的晏城枢纽，由双向四车道拓宽至双向八车道，拓宽里程全长93.143 km。沿线穿过省内中西部地区多条河流，混凝土结构处于冻融循环、干湿循环等环境作用中，高速公路冬季撒布除冰盐。该项目预制箱梁多采用深埋锚工艺，亟需提升该处混凝土耐久性。

3.2 施工工艺

（1）锚穴清理：使用电锤对锚穴凿毛，使露出坚硬石子，彻底去除混凝土碎屑、砂粒、粉尘等杂物，保证新旧混凝土界面粗糙洁净。（2）支架模板：模板架设要确保不漏浆，尽量使施工过程简便。（3）搅拌及浇筑TC-I 型封锚专用材料：采用立式圆盘强制式搅拌机，搅拌速度≮50 转/min。按照实验室验证确定的配合比，对各原料准确称量，搅拌量依据搅拌机具的搅拌能力及封锚施工效率确定。投料前润湿搅拌机内表面及叶片，加入干粉料，预搅1 min 左右；然后均匀加入减水剂和90%的水，搅拌约3 min 左右（拌合物变成很多小团状）；最后加入剩下10%的水，搅拌3 min 使拌合料呈现很好的流动状态即可；继续搅拌，均匀、缓慢加入钢纤维，继续搅拌1 min，即可卸料。顺浇筑口将材料浇筑到模板内，浇筑时，用橡胶锤敲击模板。（4）模板拆除及养护：浇筑48 h 后可以拆除模板，模板拆除后采用高分子养护膜覆盖，该养护膜以SAP（超强吸水树脂，一种新型可控含特种官能团的高分子吸收材料为核心原料，可吸收自重数百倍的水分，吸水后形成一个微型小水库，紧贴混凝土）进行保湿养护。

5 结语

（1）TXTC-I 型封锚专用材料，抗盐冻性能以及与原混凝土黏结效果均优于C50 混凝土，满足封锚材料的各项要求，提高了封锚质量。（2）采用新材料及新工艺浇筑公路深埋锚，无裂缝与离缝，提高了预应力结构的耐久性。（3）TXTC-I 型封锚专用材料及配套施工工艺在京台高速改扩建工程中应用并取得了很好的使用效果。