(七)预应力混凝土工程
普通钢筋混凝土构件的抗拉极限应变值只有0.0001—0.00015，如果要求混凝土不开裂，受拉钢筋的应力只能达到20--30N/mm2。允许出现裂缝的构件，由于受裂缝宽度的限制，钢筋应力也只能达到150--200N/mm2，因而高强钢材在普通混凝土构件中不能充分发挥作用，预应力混凝土是解决这一矛盾的有效方法。
预应力混凝土施工工艺有：先张法、后张法、后张自锚法和电热法。
1．先张法
先张法多数用于预应力混凝土厂中，在台座上生产中小型构件。
台座由台面、横梁和承力结构等组成。根据承力结构的不同，台座分为墩式台座、槽式台座和桩式台座。生产板形构件多用墩式台座，生产梁、屋架等构件多用槽式台座。
设计台座时要进行抗倾覆稳定性和强度验算。
先张法中钢丝用的锚固夹具有：圆锥齿板式夹具、圆锥三槽式夹具和墩头夹具。钢筋用的锚固夹具有：螺丝端杆锚具、墩头锚和销片夹具等。
为减少由于松弛等原因造成的预应力损失，先张法张拉预应力筋时都要进行超张拉。 常用的张拉程序为：
0------105%σcon—持荷2min----σcon
或 0----------103％σcon。
式中 σcon ——预应力筋的张拉控制应力。
先张法预应力混凝土构件进行湿热养护时，应采取正确的养护制度以减少由于温差引起的预应力损失。
混凝土强度要达到不小于混凝土标准强度的75％后，才可放松预应力筋，放松过早会由于预应力筋回缩而引起较大的预应力损失。
2．后张法
在后张法中，预应力筋、锚具和张拉机具是配套的。
后张法中常用的预应力筋有单根粗钢筋、钢筋束(或钢绞线束)和钢丝束三类：
(1)单根粗钢筋
单根粗钢筋预应力筋的制作，包括配料、对焊、冷拉等工序。预应力筋的下料长度应计算确定。
预应力筋的成品长度(即预应力筋和螺丝端杆对焊并经冷拉后的全长)Ll：
Ll=l+2l2 (17—3—5)
预应力筋(不包括螺丝端杆)冷拉后需达到的长度Lo：
Lo=Ll-2l2 (17—3—6)
预应力筋(不包括螺丝端杆)冷拉前的下料长度L：
L=L0/(1+γ-σ)+nΔ (17—3—7)
式中 l——构件的孔道长度；
l2——螺丝端杆伸出构件外的长度：
张拉端：l2=2H+h+5mm； ·
锚固端：l2=H+h+10mm；
l1螺丝端杆长度，一般为320mm；
γ--预应力筋的冷拉率；
δ——预应力筋的冷拉弹性回缩率，一般为0.4％--0.6％；
n--对焊接头数量；
Δ--每个对焊接头的压缩量，一般为20--30mm；
H--螺母高度(mm)；
h--垫板厚度(mm)。
单根粗钢筋常用的锚具为螺丝端杆和帮条锚具，张拉设备常用YL-60型拉杆式千斤顶，或YC-60型、YC-20型和YC-18型穿心式千斤顶，亦可用电热法张拉。
(2)钢筋束和钢绞线束
如用JM-12型锚具，则宜用YC-60型双作用千斤顶张拉。如用KT-Z型锚具，对螺纹钢筋束用锥锚式双作用千斤顶张拉；对钢绞线束则宜用YC-60型双作用千斤顶。
下料长度要根据所用的锚具和千斤顶计算确定。
(3)钢丝束
常用的锚具有螺丝端杆锚具、帮条锚具、镦头锚具、锥形螺杆锚具和钢质锥形锚具。
镦头锚具要求钢丝束下料长度精确，相对误差控制在L/5000以内，并不大于5mm，为此要求钢丝束在应力状态下切断下料，下料的控制应力为300N/mm2。
镦头锚具用YC-60千斤顶张拉或拉杆式千斤顶张拉；锥形螺杆锚具用拉杆式千斤顶或穿心式千斤顶张拉；钢质锥形锚具用锥锚式双作用千斤顶张拉。
后张法工艺中，与预应力施工有关的是孔道留设、预应力筋张拉和孔道灌浆三部分。
1)孔道留设
孔道留设是后张法构件制作中的关键之一。孔道直径取决于预应力筋和锚具，如用螺丝端杆的粗钢筋，孔道直径应比螺丝端杆的螺纹直径大10--15mm；用JMl2型锚具的钢筋束或钢绞线束，对JMl2-3、4，孔道直径为42mm，对JMl2-5、6则为50mm。孔道留设方法有钢管抽芯法、胶管抽芯法和预埋波纹管法。
①钢管抽芯法 预先将钢管埋设在模板内孔道位置处，在混凝土浇筑过程中和浇筑之后，每间隔一定时间慢慢转动钢管，使之不与混凝土黏结，待混凝土初凝后、终凝前抽出钢管，即形成孔道。该法只用于留设直线孔道。
钢管要平直，表面要光滑，安放位置要准确。一般用间距不大于lm的钢筋井字架固定钢管位置。每根钢管的长度不超过15m，以便于旋转和抽管，较长构件则用两根钢管，中间用套管连接。钢管的旋转方向两端要相反。
恰当掌握抽管时间很重要，过早会坍孔，太晚则抽管困难。一般在初凝后、终凝前，以手指按压混凝土不黏又无明显印痕时则可抽管。为保证顺利抽管，混凝土的浇筑顺序要密切配合。
抽管顺序宜先上后下，抽管可用人工或卷扬机，抽管要边抽边转，速度均匀，与孔道呈一直线。
在留设孔道的同时还要在设计规定位置留设灌浆孔。一般在构件两端和中间每隔12m留一个直径20mm的灌浆孔，并在构件两端各设一个排气孔。
②胶管抽芯法 胶管有五层或七层夹布胶管和钢丝网胶管两种。前者质软，用间距不大于0.5m的钢筋井字架固定位置，浇筑混凝土前，胶管内充人压力为0.6—0.8N/mm2的压缩空气或压力水，此时胶管直径增大3mm左右，待浇筑的混凝土初凝后，放出压缩空气或压力水，管径缩小而与混凝土脱离，便于抽出。后者质硬，具有一定弹性，留孔方法与钢管一样，只是浇筑混凝土后不需转动，由于其有一定弹性，抽管时在拉力作用下断面缩小易于拔出。胶管抽芯留孔，不仅可留直线孔道，而且可留曲线孔道。
③预埋波纹管法 波纹管为特制的带波纹的金属管，与混凝土有良好的黏结力。波纹管不再抽出，用间距不大于lm的钢筋井字架固定。预埋波纹管法只用于曲线孔道。
2)预应力筋张拉
张拉预应力筋时，构件混凝土的强度应按设计规定，如设计无钡定则不宜低于混凝土标准强度的75％，用块体拼装的预应力构件，其拼装立缝处混凝土或砂浆的强度，如设计无规定时，不应低于块体混凝土标准强度的40％，且不得低于15N/mm2。
后张法预应力筋的张拉应注意下列问题：
①对配有多根预应力筋的构件，不可能同时张拉，只能分批、对称地进行张拉。对称张拉是为避免张拉时构件截面呈过大的偏心受压状态。分批张拉，要考虑后批预应力筋张拉时产生的混凝土弹性压缩，会对先批张拉的预应力筋的应力产生影响。为此先批张拉的预应力筋的张拉应力应增加nσc。：
n=Es/Ec (17—3—8)
σc=(σcon-σs1)Ay/Aj (17—3-9)
式中 Es--预应力筋的弹性模量；
Ec---混凝土的弹性模量；
σc张拉后批预应力筋时，对已张拉的预应力筋重心处混凝土产生的法向应力；
σcon—控制应力；
σs1--预应力筋的第一批应力损失(包括锚具变形和摩擦损失)；
Ay——第二批张拉的预应力筋的截面积；
Aj-----构件混凝土的净截面面积(包括构件钢筋的折算面积)。
②对平卧叠浇的预应力混凝土构件，上层构件的重量产生的水平摩阻力，会阻止下层构件在预应力筋张拉时混凝土弹性压缩的自由变形，待上层构件起吊后，由于摩阻力影响消失会增加混凝土弹性压缩的变形，从而引起预应力损失，损失值随构件型式、隔离层和张拉方式而不同。为便于施工，可采取逐层加大超张拉的办法来弥补该预应力损失，但底层超张拉值不宜比顶层张拉力大5％(钢丝、钢绞线、热处理钢筋)或9％(冷拉Ⅱ～Ⅳ级钢筋)，并且要保证底层构件的控制应力，冷拉Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ级钢筋不得大于屈服强度的95％，钢丝、钢绞线和热处理钢筋不大于标准强度的80％。如隔离层的隔离效果好，也可采用同一张拉值。
③为减少预应力筋与预留孔孔壁摩擦而引起的应力损失，对抽芯成形的孔道曲线形预应力筋和长度大于24m的直线预应力筋，应采用两端张拉；长度等于或小于24m的直线预应力筋，可一端张拉，但张拉端宜分别设置在构件两端。对预埋波纹管孔道，曲线形预应力筋和长度太子3％m的直线4顸随力筋宜在两端张拉；长度等于或小于30m直线预应力筋，可在一端张拉。用双作用千斤顶两端同时张拉钢筋束、钢绞线束或钢丝束时，为减少顶压时的应力损失，可先顶压一端的锚塞，而另一端在补足张拉力后再行顶压。
④后张法预应力筋的张拉程序，与所采用的锚具种类有关。为减少松弛损失，张拉程序一般与先张法相同。
3)孔道灌浆
预应力筋张拉后，应随即进行孔道灌浆，尤其是钢丝束，张拉后应尽快进行灌浆，以防锈蚀与增加结构的抗裂性和耐久性。
灌浆宜用标号不低于425号普通硅酸盐水泥调制的水泥浆，对空隙大的孔道，水泥浆中可掺适量的细砂，但水泥浆和水泥砂浆的强度不宜低于20N/mm2，且应有较大的流动性和较小的干缩性、泌水性(搅拌后三小时的泌水率宜控制在2％)，水灰比一般为0.40—0.45。为使孔道灌浆饱满，可在灰浆中掺人0.5~%oo—1.0%oo在铝粉或0.25％的木质素磺酸钙。
灌浆前，用压力水冲洗和湿润孔道。用电动或手动灰浆泵进行灌浆，压力以0.5—0.6N/mm2为宜。对不掺外加剂的水泥浆，可采用二次灌浆法以提高灌浆的密实性。
3．无黏结预应力混凝土
为适应大柱网整体现浇楼盖结构的需要，国内外都发展了后张无黏结预应力混凝土工 艺。它是在浇灌混凝土之前，把涂有防腐油脂或防腐沥青涂料层、表面裹了一层高压聚乙烯塑料外包层的钢丝束或钢绞线先行绑扎，埋置在混凝土构件内，待混凝土达到设计规定的强度后，用张拉机具对其进行张拉和锚固。这种体系是借助两端的锚具传递预应力，不需预留孔道，不必灌浆，施工简单，张拉时摩阻力较小，预应力筋易弯成曲线形状，适用于曲线配筋的结构。
无黏结预应力束由预应力钢丝、防腐涂料和外包层以及锚具组成。
防腐油脂等涂料应符合下列要求：①在-200C～+700C温度范围内不流淌、裂缝不变脆，并有一定韧性；②使用期内化学稳定性高；③对周围材料无侵蚀作用；④不透水、不吸湿；⑤防腐性能好；⑥润滑性能好，摩擦阻力小。
高压聚乙烯塑料等外包层应符合下列要求：①在-200C～+700C温度范围内，低温不脆化，高温化学稳定性高；②具有足够的韧性，抗磨性好；③对周围材料无侵蚀作用。制作单根无黏结筋时，宜优先选用防腐油脂作涂料层，其塑料外包层用塑料注塑机注塑成型。防腐油脂应饱满，外包层应松紧适度。成束无黏结筋可用防腐沥青或防腐油脂作涂料层。使用防腐沥青时，用密缠塑料带作外包层，塑料带各圈之间搭接宽度应不小于带宽的1/4，缠绕层数不少于两层。用防腐油脂作涂料层的无黏结筋的张拉摩擦系数应不大于0.12；用防腐沥青作涂料层的无黏结筋的张拉摩擦系数应不大于0.25。
无黏结预应力束的制作一般有缠纸工艺和挤压涂层工艺两种。
我国主要采用高强钢丝和钢绞线作为无黏结预应力束，高强钢丝预应力束主要用镦头锚具，钢绞线预应力束主要用XM型锚具。
无黏结预应力混凝土施工工艺主要包括无黏结预应力束的铺设、张拉和锚头端部处理等。
无黏结预应力束在平板中一般为双向曲线配置，因此铺设顺序很重要。一般是根据双向钢丝束交点的标高差，绘制钢丝束的铺设顺序图，钢丝束波峰低的底层钢丝束先行铺设，然后依次铺设波峰高的上层钢丝束，以避免钢丝束之间的相互穿插。张拉一般采用0~103％σcon。进行锚固，并采用两端同时张拉。其张拉顺序，应根据其铺设顺序，先铺设的先张拉，后铺设的后张拉。施工时为降低摩阻损失值，宜采用多次反复张拉工艺。
无黏结筋的一种锚固方式，埋入端和张拉端均用镦头锚具。从我国目前情况看，钢丝束无黏结筋的张拉端和埋入端均可采用镦头锚具或夹片式锚具，钢绞线无黏结筋的张拉端可用夹片式锚具，埋人端宜用压花式埋入锚具。无黏结筋的锚具性能应符合I类锚具的规定。
由于无黏结预应力筋长度大，有时又呈曲线形，正确确定其摩阻损失十分重要。事实证明，塑料外包层和预应力筋截面型式是影响摩阻损失的主要因素。预应力摩阻损失由计算确定。
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