預(yù)應(yīng)力混凝土的技術(shù)優(yōu)勢及其在工業(yè)與民用建筑施工中的應(yīng)用

張朝營

（河南恒盛建設(shè)集團有限公司，河南 許昌 461100）

1 預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)的主要優(yōu)點

預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)是一項比較成熟、應(yīng)用廣泛的建筑施工技術(shù)，它不僅可以顯著增強施工工程的抗裂性能，同時還可有效改善工程的剛度、耐久度等指標(biāo)。 眾所周知，混凝土是目前人類社會使用最為廣泛的建材，已被我們廣泛運用于工業(yè)建筑、民用建筑以及道路、渡河工程等建筑工程領(lǐng)域。 然而，混凝土本身卻有著比較明顯的缺陷，比如，極限應(yīng)變值較小。 工程實踐中要想使混凝土不發(fā)生開裂等問題， 鋼筋的應(yīng)力只能達到150～200N/mm2，限制了鋼筋抗拉強度的充分發(fā)揮。為了解決這一問題，最便捷的辦法就是應(yīng)用預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)。

與普通混凝土相比，預(yù)應(yīng)力混凝土不僅顯著提高了建筑構(gòu)件的抗裂度、剛度，還可以減輕建筑物自重，增加建筑構(gòu)件的耐久性，同時也顯著降低了建筑工程造價，并具有抗火性能優(yōu)良、抗疲勞性強等優(yōu)點。 對于那些大開間、大跨度、重載荷的建筑工程結(jié)構(gòu)，預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)的上述優(yōu)勢表現(xiàn)得更為明顯。

2 工業(yè)與民用建筑工程預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)對混凝土的技術(shù)要求

所謂預(yù)應(yīng)力混凝土，簡單說就是混凝土在外荷載作用于構(gòu)件之前，利用鋼筋張拉后的彈性回縮，對構(gòu)件受拉區(qū)的混凝土預(yù)先施加壓力， 產(chǎn)生預(yù)壓應(yīng)力。 當(dāng)構(gòu)件在荷載作用下產(chǎn)生拉應(yīng)力時，首先抵消預(yù)應(yīng)力，然后隨著荷載不斷增加，受拉區(qū)混凝土才受拉開裂，從而延遲了構(gòu)件裂縫的出現(xiàn)，限制了裂縫的開展，提高了構(gòu)件的抗裂度和剛度[1]。用于工業(yè)與民用建筑施工工程中預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的混凝土，在性能上要滿足如下條件：

2.1 強度高

與鋼筋混凝土等建材相比，預(yù)應(yīng)力混凝土采用的必須是高強度的混凝土。 高強度的混凝土才能夠通過先張法等技術(shù)手段來全面提升構(gòu)件的鋼筋與混凝土之間的黏結(jié)力， 提高錨固端的局部承壓承載力，滿足建筑工程質(zhì)量的需要。

2.2 收縮、徐變小

性能合格的預(yù)應(yīng)力混凝土，能夠有效降低收縮、徐變等因素所導(dǎo)致的預(yù)應(yīng)力損失。

2.3 快硬、早強

性能合格的預(yù)應(yīng)力混凝土可盡早施加預(yù)應(yīng)力， 加速臺座、錨具、夾具等施工器具的周轉(zhuǎn)，降低施工成本，加快施工進度。

國家標(biāo)準(zhǔn)《混凝土設(shè)計規(guī)范》（GB50010-2010）對預(yù)應(yīng)力混凝土的技術(shù)規(guī)范有著詳細(xì)規(guī)定，是行業(yè)強制性技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，我們在工程實踐中必須嚴(yán)格遵循，確保施工質(zhì)量。

3 先張法預(yù)應(yīng)力混凝土施工技術(shù)

3.1 先張法預(yù)應(yīng)力混凝土施工技術(shù)適用范圍分析

預(yù)應(yīng)力混凝土的施工工藝有先張法、后張法、后張自錨法和電熱法多種，而以先張法和后張法應(yīng)用較多，工藝較典型[2]。 先張法預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)工序較為簡單， 在工業(yè)與民用建筑工程施工中應(yīng)用廣泛，尤其適合于中小型建筑構(gòu)件的施工。

所謂“先張法”是指在混凝土澆筑之前先張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋，施工中利用臺座或者鋼模將預(yù)應(yīng)力鋼筋臨時固定， 等混凝土達到一定強度 （通常要求應(yīng)不低于混凝土設(shè)計強度標(biāo)準(zhǔn)值的75%），混凝土與預(yù)應(yīng)力筋產(chǎn)生一定的黏結(jié)力時，放松預(yù)應(yīng)力筋使混凝土受到預(yù)應(yīng)力筋的反彈作用， 從而讓建筑構(gòu)件受拉區(qū)的混凝土承受預(yù)壓應(yīng)力。

3.2 先張法預(yù)應(yīng)力混凝土施工技術(shù)常用的兩種施工方法

施工實踐中，先張法預(yù)應(yīng)力混凝土施工技術(shù)主要用于預(yù)制定型的預(yù)應(yīng)力中小構(gòu)件，實踐中主要采用臺座法、機組流水法等技術(shù)手段。

3.2.1 臺座法施工技術(shù)

顧名思義，臺座法就是在臺座上生產(chǎn)建筑構(gòu)件，即構(gòu)件的預(yù)應(yīng)力筋的張拉、固定，混凝土的澆筑、養(yǎng)護和預(yù)應(yīng)力筋的放松等工序均在臺座上完成。

3.2.2 機組流水法施工技術(shù)

與臺座法不同，機組流水法是利用鋼模板作為固定預(yù)應(yīng)力的承力架，建筑構(gòu)件連同模板通過固定的機組，以流水式完成其生產(chǎn)過程。

4 后張法預(yù)應(yīng)力混凝土施工技術(shù)

4.1 后張法預(yù)應(yīng)力混凝土施工技術(shù)適用范圍分析

后張法預(yù)應(yīng)力混凝土施工技術(shù)，是先制作建筑構(gòu)件并預(yù)留孔道，等建筑構(gòu)件的混凝土強度達到設(shè)計數(shù)值，再在孔道內(nèi)穿入預(yù)應(yīng)力筋并進行張拉，用錨具等在建筑構(gòu)件端部錨固預(yù)應(yīng)力筋，然后進行孔道灌漿。采用后張法預(yù)應(yīng)力混凝土施工技術(shù)時，預(yù)應(yīng)力筋的張拉力主要靠建筑構(gòu)件端部的錨具傳遞給混凝土， 使其產(chǎn)生預(yù)應(yīng)力。

采用后張法預(yù)應(yīng)力混凝土施工技術(shù)，在操作時無需臺座等設(shè)備的輔助，具有靈活性強等優(yōu)點，所以這種技術(shù)手段可以被廣泛地應(yīng)用于各種施工現(xiàn)場， 特別適合大型預(yù)制預(yù)應(yīng)力混凝土建筑構(gòu)件的現(xiàn)場澆筑。 但是，這種施工技術(shù)的工序復(fù)雜，加之錨具要永久留存于建筑構(gòu)件，耗鋼量大。 這就需要我們依據(jù)建筑工程的技術(shù)指標(biāo)、經(jīng)濟指標(biāo)等要求科學(xué)抉擇。

后張法預(yù)應(yīng)力混凝土施工技術(shù)可分為有黏結(jié)預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)、無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)，如今技術(shù)人員又研發(fā)出緩黏結(jié)預(yù)應(yīng)力施工技術(shù)。

4.2 后張法預(yù)應(yīng)力混凝土施工中預(yù)應(yīng)力筋的制作

4.2.1 單根預(yù)應(yīng)力筋的制作

單根預(yù)應(yīng)力筋通常是采用預(yù)應(yīng)力螺紋鋼筋，經(jīng)配料、對焊、冷拉等工序完成。 為保證建筑構(gòu)件的質(zhì)量，施工中宜采用控制應(yīng)力的方法進行冷拉， 所以鋼筋配料時要嚴(yán)格按照鋼筋的品種測定冷拉率。如果某批鋼筋的冷拉率變化較大，應(yīng)盡可能把冷拉率相近的鋼筋對焊在一起進行冷拉，以保證鋼筋冷拉力的均勻性。

當(dāng)構(gòu)件兩端均采用螺紋端桿錨具時，預(yù)應(yīng)力筋的下料長度為：

L=（l+2l2-2l1）/（1+γ–σ）+nΔ。

當(dāng)一端采用螺紋端桿錨具，另一端采用幫條錨具或鐓頭錨具時，預(yù)應(yīng)力筋的下料長度為：L=（l+l2+l3-2l1）/（1+γ–σ）+nΔ。

式中，l—構(gòu)件的孔道長度；l1—螺紋端桿長度， 一般為320mm；l2—螺紋端桿伸出構(gòu)件外的長度， 一般為120～150mm；l3—幫條錨具或鐓頭錨具所需鋼筋長度；γ—預(yù)應(yīng)力筋的冷拉率（由試驗定）；σ—預(yù)應(yīng)力筋的冷拉回彈率， 一般為0.4%～0.6%；n—對焊接頭數(shù)量；Δ—每個焊接頭的壓縮量，取一個鋼筋直徑。

4.2.2 鋼筋束的制作

鋼筋束通常由Φ10mm 的鋼筋編束制作而成， 鋼絞線由Φ12mm 或Φ15mm 的鋼絞線編束制作而成。 制作預(yù)應(yīng)力筋主要包括開盤冷拉、下料和編束等工序，每束3～6 根，一般不需對焊接長，下料是在鋼筋冷拉后進行。 鋼絞線下料前，應(yīng)在切割口的兩側(cè)各50mm 處用鐵絲綁扎，切割后應(yīng)將切割口立即焊接，以避免松散。

為了保證構(gòu)件孔道穿入筋和張拉時不發(fā)生扭結(jié)，應(yīng)將預(yù)應(yīng)力筋編束。編束時先把預(yù)應(yīng)力筋理順，然后用18～22 號鐵絲每隔1 000mm 左右綁扎一道，形成束狀。

5 無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土施工技術(shù)

5.1 無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土性能概述

凡張拉后允許預(yù)應(yīng)力筋與其周圍的混凝土產(chǎn)生相對滑動的預(yù)應(yīng)力筋，都可稱之為無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋。

無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋混凝土是新技術(shù)，其施工方法是在預(yù)應(yīng)力筋的表面粉刷防腐潤滑脂并包上塑料管， 鋪設(shè)在模板的預(yù)應(yīng)力筋設(shè)計位置處，而后澆筑混凝土。 等混凝土達到設(shè)計強度后，再進行預(yù)應(yīng)力筋的張拉、錨固等工序。

無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土施工技術(shù)的優(yōu)點是不需要留設(shè)孔道、穿筋、灌漿等工序，所以施工程序簡單，摩擦力小，預(yù)應(yīng)力筋易彎成多跨曲線形狀等。 其缺點是預(yù)應(yīng)力筋的強度不能充分發(fā)揮（一般要降低10%～20%）， 而且施工中對錨具要求較高。 由實踐來看，無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力筋在雙向連續(xù)平板和密肋板中應(yīng)用比較經(jīng)濟，在大跨度連續(xù)梁中也有較大發(fā)展。

5.2 無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力束的制作

一般由鋼絞線或高強鋼絲組成鋼絲束，通過專用設(shè)備涂包防腐油脂和塑料套管構(gòu)成一種新型預(yù)應(yīng)力筋。 從技術(shù)上說，涂料層的作用主要是隔離預(yù)應(yīng)力筋與混凝土， 減少張拉時的摩擦力損失，并預(yù)防預(yù)應(yīng)力筋的銹蝕。 制作無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力束對涂料層、外包層的技術(shù)性能要求見表1，制作工序見圖1。

表1 制作無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力束對涂料層、外包層的技術(shù)性能要求

圖1 無黏結(jié)預(yù)應(yīng)力束制作工序

[1]羅來祥.工民建施工中預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)的應(yīng)用[J].中華民居（學(xué)術(shù)版），2013（07）.

[2]吳文才.淺議先張法預(yù)應(yīng)力混凝土施工工藝[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2009（24）.