浅谈预应力混凝土技术在建筑工程中的应用

张权华

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摘要：随着近代建筑行业的快速发展，混凝土结构工程的设计及施工技术也不断得到改进，通过配置高强、高性能的轻质材料，采用科学合理的施工技术来建造更为经济耐用的建筑结构。预应力混凝土结构以其多重优点广泛应用于建筑工程之中，本文将围绕粘结机械张拉后张法预应力混凝土施工的工艺原理、张拉机械、锚具及施工工艺技术等方面进行阐述，具体一定的理论价值及实践参考意义。

关键词：预应力；混凝土技术；施工技术；应用分析

混凝土是一种抗压强度高、抗拉强度低的结构材料，它不仅抗拉强度很低，而且抗拉变形能力也很小，其脆性破坏没有明显预兆。钢筋混凝土结构利用钢筋来承受混凝土的抗应力，但仍存在两个问题：首先，在带裂缝工作状态下裂缝的存在不仅造成受拉区混凝土材料不能充分利用、结构刚度下降和自重比例上升，而且限制了它的使用范围；其次，从保证结构耐久性的要求出发，必须限制混凝土裂缝开展的宽度，这就使高强度钢筋无法在钢筋混凝土结构中充分发挥其作用，相应地也不可能使高强度混凝土的作用发挥出来。为克服钢筋混凝土结构的缺点，经过人们长期实践而创造出一种具有广泛发展潜力、性能优良的结构—预应力混凝土结构。预应力混凝土技术是在有粘结机械张拉后张法预应力，在构件制作时，在放置预应力筋的部位预留孔道，待混凝土达到一定强度，将预应力筋穿入孔道中并进行张拉，然后用锚具将预应力筋锚固在构件上，最后进行孔道灌浆。预应力筋承受的张拉力通过锚具传递给混凝土构件，使混凝土产生预压应力。在制作钢筋混凝土构件时，采用某种方法使配置在构件受拉区内的钢筋预先受拉，并使这个预拉力同时反作用于混凝土截面，则受拉区的混凝土便产生了预压应力，这种构件就称为预应力混凝土构件。预应力混凝土构件与普通混凝土构件相比，除能提高构件的抗裂度和刚度外，还具有能增加构件的耐久性、节约材料、减少自重等优点。但是在制作预应力混凝土构件时，增加了张拉工作，相应增添了张拉机具和锚固装置，制作工艺也较复杂。

1、张拉设备及施工的锚具

后张法使用张拉机械有拉杆式千斤顶、锥锚式双作用千斤顶及YC一60型穿心式千斤顶机具设备及仪表，应由专人使用和管理，定期维护和标定，张拉设备应配套标定，以确定张拉力与压力表读数的关系曲线，并配套使用。标定期限不宜超过半年，张拉设备标定时，千斤顶活塞的运行方向应与实际张拉工作状态一致：标定张拉设备用的试验机或测力计精度，不得低于2%，压力表的精度不宜低于1.5级，最大量程不宜小于设备额定张拉力的1.3倍，当发生下列情况之一时，应对张拉设备重新标定，单根粗钢筋用作预应力筋时，张拉端采用螺丝端杆锚具，固定端采用帮条锚具或镦头锚具，钢筋束或钢绞线束用作预应力筋，张拉端采用JM12型锚具，固定端采用镦头锚具，钢丝束用作预應力筋，张拉端采用锥形螺杆锚具、DM5A型镦头锚具，固定端采用采用DM5B型镦头锚具。

2、预应力筋制作以及孔道留设

单根钢筋的制作：一般包括配料、对焊、冷拉等工序，钢筋的下料长度应由计算确定。计算时应考虑锚具的特点、对焊接头的压缩量、钢筋的冷拉率和弹性回缩率、构件的长度等因素。钢筋束制作：钢筋束或钢绞线束的下料长度计算既要考虑受锚具影响又要考虑受张拉机械影响。为了保证穿人构件孔道中的预应力筋束不发生扭结。钢丝束的制作：钢丝束的制作包括调直、下料、编束和安装锚具等工序。钢丝下料时如发现钢丝表面有电接头或机械损伤，应随时剔除。为了保证每根钢丝长度相等，以使预应力张拉时每根钢丝受力均匀一致，采用锥形螺杆锚具和镦头锚具时，均应采用应力下料。为了防止钢丝互相扭结，应对钢丝进行编束，在平整的场地把钢丝理顺放平，然后在全长每隔1米用铁线将钢丝编成帘子状，将编好的钢丝帘绕衬圈形成束，再用铁线绑扎牢固。

孔道留设是后张法预应力混凝土构件制作中的关键工序之一。预留孔道的尺寸与位置应正确，孔道应平顺：端部的预埋垫板应垂直于孔道中心线并用螺栓或钉子固定在模板上，以防止浇筑混凝土时发生走动。对于直线孔道可采用钢管抽芯法、胶管抽芯法和预埋管法；对于曲线、折线孔道可采用胶管抽芯法和预埋管法。钢管抽芯法和胶管抽芯法主要用于预制构件，管道可重复使用，成本较低，用金属波纹管留孔。一般均用于钢绞线或钢丝束作为预应力筋的大型构件或结构中，可直接将下好料的钢绞线、钢丝束在孔道成型前就穿人预波纹管中，这样可省去穿束工序。对金属波纹管的基本要求：一是在外荷载的作用下，有抵抗变形的能力：二是在浇筑混凝土过程中，水泥浆不得渗入管内，金属波纹管的连接，采用大一号同型波纹管，钢筋支托应焊在箍筋上，箍筋底部应垫实，波纹管固定后，必须用铁丝扎牢，以防浇筑混凝土时波纹管上浮而引起严重的质量事故，波纹管安装就位过程中，应尽量避免反复弯曲，以防管壁开裂。同时，还应防止电焊火花烧伤管壁，波纹管安装后，应检查其位置、曲线形状是否符合设计要求，波纹管的固定是否牢靠，接头是否完好，管壁有无破损等。如有破损，应及时用粘胶带修补。混凝土浇筑前，应按图纸规定留置灌浆孔、排气孔、泌水管等 排气孔一般留设在构件的两端，灌浆孔与排气孔也可设置在锚具或铸铁喇叭1：3处，应高于灌浆孔，宜设在上方，对现浇预应力结构金属波纹管留孔，可在波纹管上开洞，其上覆盖海绵垫片与带嘴的塑料弧形压板，并用铁丝扎牢，再用增强塑料管插在嘴上，并将其引出梁顶面400～500mm 灌浆孔间距不宜大于30m。

3、预应力筋技术以及封锚施工应用

预应力筋张拉时，构件的混凝土强度应符合设计要求：如设计无要求时，混凝土强度不应低于设计强度等级的75%对于拼装的预应力构件，其拼缝处混凝土或砂浆强度如设计无要求时，不宜低于块体混凝土设计强度等级的40%，且不低于15MPa。预应力筋张拉后，孔道应尽快灌浆，一般采用水泥砂浆，其强度不低于30N/mm2。空隙大的孔道，水泥浆中可掺人适量细砂，应采用不低于42.5级的普通硅酸盐水泥，水灰比宜采用0.4～O.5，掺人适当减水剂时，水灰比可减小到O.35，但减水剂应对钢筋无腐蚀，灌浆前应对锚具夹片空隙和其他可能产生的漏浆处采用水泥浆或结构胶封堵，灌浆顺序应先下后上，拌好的水泥浆必须通过过滤器置于贮浆桶内，并不断搅拌，以防泌水沉淀，灌浆应缓慢均匀地进行，不得中断，并应排气通顺：在孔道两端冒出浓浆并封闭排气孔后，应再继续加压至O.5～0.7N/mm2，稍后封闭灌浆孔，不掺外加剂的水泥浆，可采用二次灌浆法，封闭顺序沿灌注方向依次封闭，二次灌浆时间要掌握恰当，一般在水泥浆泌水基本完成，初凝尚未开始时进行。室外温度低于+5℃时，孔道灌浆应采取抗冻保温措施，防止浆体冻涨使混凝土沿孔道产生裂纹，构件张拉完毕后，应检查端部和其它部位是否有裂缝，并填写张拉记录表。预应力筋锚固后的外露部分宜采用机械方法切割，其外露长度不宜小于预应力筋直径的1.5倍，且不宜小于30mm，对外露的锚具，需涂刷防锈漆，并用混凝土封裹。

4、结语

由于预应力混凝土技术能有效地采用高强钢材，提高构件的抗裂度和刚度，还具有能增加构件的耐久性，节约材料，减少自重等优点，将会越来越广泛的应用在各种建筑工程项目中，在建筑工程进行中有着重要的地位。我们要在实践中不断总结创新，运用科学合理的预应力混凝土技术来创造更多精品工程，实现我国建筑行业的稳定发展以及国民经济的可持续发展。

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