预应力钢绞线断丝原因分析

王鸿利（天津冶金集团中兴盛达钢业有限公司，天津301616）

预应力钢绞线断丝原因分析

王鸿利
（天津冶金集团中兴盛达钢业有限公司，天津301616）

针对预应力钢绞线在施工应用过程中发生的断丝问题，从钢绞线生产过程、钢绞线施工应用过程两方面分析出是由表面横裂纹、盘条接头、制作钢绞线原料存在缺陷等原因造成的。可通过选用优质合格的原料，严把生产过程各环节的操作及工艺；预应力施工单位严把锚具质量、加强预应力系统安装及现场操作的管理等措施避免该问题的发生。

钢绞线；断丝；锚具

1 引言

高强度低松弛预应力混凝土用钢绞线广泛应用于高层建筑、大跨度桥梁、核电站安全壳中［1］。在施工应用过程中，钢绞线不时会发生断丝现象，引起钢绞线发生断丝主要是由以下两方面原因造成：生产过程中，预应力钢绞线存在某些缺陷，诸如裂纹、机械损伤等造成使用中发生断丝；施工、应用过程中，由于操作不当或相关设施不匹配造成预应力钢绞线使用中发生断丝。

2 原因分析

2.1 由于预应力钢绞线生产制造过程造成的断丝

预应力钢绞线在生产过程中，如果使用原料存在缺陷、钢绞线出现表面横裂纹、电接头质量欠佳或捻制质量存在缺陷，往往会在施工应用引起钢绞线断丝。

2.1.1 表面横裂纹引起的断丝

表面横裂纹是在钢绞线用半成品钢丝生产时产生的。如果钢绞线表面存在表面横裂纹，在张拉施工过程中就横容易出现断丝现象。导致半成品钢丝表面出现横裂纹的原因主要有：

（1）生产钢绞线用原料盘条表面处理质量不好，即酸洗磷化质量不好。当酸洗磷化质量不好时，盘条表面会残留有氧化铁皮，磷化膜不能牢固地附着在钢盘条表面。在拉拔时，造成磷化膜脱落，而且氧化铁皮会嵌入钢基体中，使得拉拔后的钢丝表面存在微裂纹［2］。一旦产生微裂纹，张拉施工时，在张拉力的作用下，钢丝表面微裂纹会进一步扩展，进而造成钢绞线断丝。

（2）盘条表面有耳子、椭圆、折叠等缺陷，拉拔时盘条在模具中变形不均匀［3］或破坏了金属沿变形方向的连续性，因而在拉拔时容易产生横裂纹。

（3）拉拔时所使用润滑剂潮湿。导致润滑剂潮湿的原因有润滑剂包装不防潮、储存环境空气潮湿、拉丝机模盒漏水等。拉拔时如果润滑剂潮湿，润滑剂就会粘附在磷化盘条（钢丝）表面，使润滑剂失去润滑效果，产生“叫模”现象。使拉拔钢丝表面和拉丝模具的摩擦力出现起伏，造成钢丝表面出现横裂纹。

2.1.2 盘条接头引起的断丝

预应力钢绞线的生产过程是将经过表面处理的高碳盘条进行7～9道次的连续冷拉变形，再捻制合股并经稳定化处理而制成。为了提高劳动生产率、保证现代化大生产的连续性，在拉拔时需将不同盘卷的盘条采用电阻对焊的方法链接在一起。在生产过程中，电阻对焊的接头部位常常出现断丝，盘条接头引起的断丝原因有：

（1）焊接时引入氧化夹杂物，造成焊接区域脆性增大、韧性下降。

（2）电阻对焊操作过程多是由操作工凭借经验人工掌握焊接挤压的力度，肉眼观察焊接、回火温度，往往造成焊接挤压的力度不够、焊接、回火温度过高（低），从而引起焊缝不牢或组织转变不完全等焊接缺陷。

（3）由于焊接区域温度较高，对经表面处理后的盘条表面磷化膜造成损害，造成拉拔时焊接区域表面润滑不良，产生表面缺陷。

2.1.3 制作钢绞线原料存在缺陷，引起断丝

制造钢绞线选用82B盘条生产。82B盘条在冶炼、轧制过程中存在中心疏松、缩孔、网状渗碳体和马氏体组织及夹杂物等缺陷。这些缺陷的存在，在生产钢绞线半成品钢丝拉拔过程中由于应力集中而产生裂纹［4］，将会对钢绞线产生危害，造成钢绞线断丝。

2.1.4 钢绞线捻制原因造成断丝

钢绞线捻制时若出现各放线工字轮阻尼装置松紧不均匀，使捻制组成钢绞线的各根钢丝松紧程度不一致；捻制时使用的压线模尺寸过大，对钢绞线压紧力不够，使捻制钢绞线不能很好的定型，不能保证边丝与中心丝紧密接触并相切［5］；捻制钢绞线的外层钢丝的直径不均，个别钢丝直径偏大（小）；捻制时中心丝与边丝的直径差过小，外层钢丝压不住中心钢丝［6］；捻制后，成品钢绞线的不圆度过大。这些原因造成钢绞线的捻制质量较差，亦会导致钢绞线在使用过程中发生断丝情况。

2.2 施工、应用过程中操作不当或相关设施不匹配造成预应力钢绞线发生断丝

预应力张拉锚固体系是由锚具和预应力钢筋组合而成，缺一不可。［7］而在钢绞线的实际应用过程中，由于操作不当或相关设施不匹配造成预应力钢绞线发生断丝的现象也时有发生，常见有斜口（见图1）、不平整的断口、有缩颈的断口（见图2）3种断面形式。

图1 斜口

图2 有缩颈的断口

2.2.1 斜口断丝

斜口断丝是常见的断裂形式，这种断口属于拉应力与高压应力合力作用下产生的一种断裂形式，该种断口多发生在工具锚或工作锚锥孔小端。

造成该种断丝的原因有：（1）夹片的表面硬度过大或纹路深浅不均，张拉时夹片划伤钢绞线使钢绞线某根钢丝表面受损严重。（2）预应力管道内部有漏砂浆现象，造成张拉时摩擦阻力过大，钢丝受力不均。（3）锚垫板偏斜过于严重，使孔道成折线形，导致钢绞线产生附加应力。（4）工作锚与工具锚间的钢绞线不平行，有较大的扭绞。（5）穿束时预应力钢绞线在波纹管内部发生交叉，使得波纹管内部各根预应力钢绞线长度不同，造成某根钢绞线受力过大产生断丝。（6）张拉千斤顶安装位置不正，张拉时工具夹片与工作锚不在同一水平位置，造成钢绞线张拉断丝。

2.2.2 不平整的断

不平整的断口，从形貌上可分为有金属熔滴（或灼伤）、有机械损伤两种，造成钢绞线局部强度及延伸率会下降明显。造成该种断丝的原因：（1）有金属熔滴（或灼伤）由火焰切割的金属、火花、直接电焊或间接的电焊回路打火烧损引起。（2）机械损伤是由卸货、转运、现场操作时钢绞线与其他物品或钢绞线之间的磕碰、划蹭引起。

2.2.3 有缩颈的断

有缩颈的断口，断口形式为正常金属拉伸断裂断口。造成该种断丝的原因：（1）张拉力过大。由操

作失误、对预应力系统摩阻估计过大、张拉千斤顶油压表失准或计量等问题造成。（2）钢绞线局部退火。在现场，进行焊接施工时，把焊机的地线接在预应力钢绞线上；或在施工现场进行其他热作业时靠近钢绞线，使钢绞线局部出现热损伤造成强度下降。（3）同时有其它断口。缩颈断口的钢丝不是首根断裂的钢丝，原因在其它钢丝上，找出第一根断丝查原因。

3 结论

总之，无论任何形式的钢绞线断丝，都将对构件的预应力结构产生不良后果，给施工带来一定难度。只要预应力钢绞线生产厂家选用优质合格的原料，严把生产过程各环节的操作及工艺；预应力施工单位严把锚具质量、加强预应力系统安装及现场操作的管理，上述原因造成的钢绞线断丝是可以避免的。

［1］方峰.预应力钢绞线的使用安全性探讨［M］.施工技术，2007（3）：41-43.

［2］郭志民.PC钢丝拉拔叫模及横裂原因分析 ［J］.金属制品，2000 （2）：18-19.

［3］刘立军.高强度预应力钢丝脆断原因初探 ［J］.金属制品，2000 （3）：29.

［4］陈海祥.低松弛预应力钢绞线生产中锥形断裂问题探讨［J］.金属制品，2000（2）：13-16.

［5］朱龙.预应力钢绞线的断面设计［J］.金属制品，1999（4）：18-19.

［6］王鸿利.切割过程中钢绞线缩丝的原因分析［J］.金属制品，2007 （5）：16.

［7］禹清泉.预应力张拉锚固体系质量及常见故障分析［J］.中国高新技术企业，2009（2）：166-167.

Analysis on Reason for Wire Breakage in Pre-stressed Steel Strand

WANG Hong-li
（Tianjin Metallurgy Group Zhongxing Shengda Steel Industry Co.，Ltd.，Tianjin 301616，China）

From the two aspects of the production process and execution and application of pre-stressed steel strand，the author analyzes and concludes that wire breakage during execution and application is caused by reasons of surface traverse crack，wire rod joint and defects in raw material for steel strand.The problem can be eliminated by selecting quality raw material and strictly controlling the operation and process of all links at production by the manufacturer，and tightly controlling anchorage devices quality and strengthening the management of installation and site operation for pre-stressing system by the construction company.

steel strand；wire breakage；anchorage device

10.3969/j.issn.1006-110X.2016.02.011

2015-10-13

2015-11-02

王鸿利（1970—），男，本科，高级工程师，主要从事预应力钢材的生产工艺研究工作。