預(yù)應(yīng)力混凝土對混凝土材料和鋼筋材料的要求

周立友

(寶泰隆新材料股份有限公司，黑龍江 七臺河 154600)

預(yù)應(yīng)力混凝土對混凝土材料和鋼筋材料的要求

周立友

(寶泰隆新材料股份有限公司，黑龍江 七臺河 154600)

預(yù)應(yīng)力混凝土具有改善使用性能、提高構(gòu)件的受剪承載力、改善構(gòu)件卸載后的彈性恢復(fù)能力、提高耐疲勞強(qiáng)度、可充分利用高強(qiáng)度鋼材調(diào)整結(jié)構(gòu)內(nèi)力等作用。本文主要研究了預(yù)應(yīng)力混凝土對混凝土材料的要求(骨料、水泥和其他膠凝材料、水、外加劑、灌漿材料)，對鋼筋的要求主要有預(yù)應(yīng)力鋼筋和非預(yù)應(yīng)力筋材料的要求。

預(yù)應(yīng)力；混凝土；鋼筋材料；混凝土材料

預(yù)加應(yīng)力是指在某種材料中造成一種應(yīng)力狀態(tài)或應(yīng)變狀態(tài)，使它能更好地完成預(yù)定的功能。最常用的方法是由預(yù)加應(yīng)力在混凝土中造成壓應(yīng)力，以部分抵消或全部抵消結(jié)構(gòu)使用過程中本會出現(xiàn)的拉應(yīng)力。

預(yù)加應(yīng)力(預(yù)壓)的方法通常是張拉位于結(jié)構(gòu)內(nèi)的預(yù)應(yīng)力筋，然后將其錨定。預(yù)應(yīng)力筋(力筋)的材料目前普遍采用高強(qiáng)度鋼，但力筋不一定要位于混凝土之內(nèi)，它們可以位于混凝土截面之處(如：在斜拉橋中)，也可位于梯形箱梁的箱形空室之內(nèi)。預(yù)加應(yīng)力并不形成固定不變的應(yīng)力狀態(tài)及變形，應(yīng)力和應(yīng)變都是隨時(shí)間變化的。混凝土、鋼材二者在持續(xù)應(yīng)力作用下，都要出現(xiàn)塑性變形，溫度升高，塑性變形將增大；溫度降低，則塑性變形減小。

1 對混凝土材料的要求

預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)要求采用中、高強(qiáng)度等級的混凝土，根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)所用的混凝土，其強(qiáng)度等級不宜低于C40且不應(yīng)低于C30。

預(yù)應(yīng)力混凝土強(qiáng)度等級的選擇與結(jié)構(gòu)構(gòu)件的跨度、使用條件、施工方法及鋼材種類等因素有關(guān)。通常，應(yīng)盡量選用高強(qiáng)度等級的混凝土，因?yàn)楦邚?qiáng)混凝土的彈性模量高，在同樣應(yīng)力的情況下，所產(chǎn)生的彈性變形和徐變變形小，高強(qiáng)混凝土的收縮值也較小。因此，高強(qiáng)混凝土不僅強(qiáng)度高，與鋼筋的黏結(jié)力強(qiáng)，而且預(yù)應(yīng)力損失也小。為了獲得性能良好的預(yù)應(yīng)力混凝土材料，對其組成材料有相應(yīng)的要求，具體如下。

1.1 骨料

為了配制出高強(qiáng)混凝土，有效地利用預(yù)加應(yīng)力，粗骨料的最大粒徑不宜超過20 mm。粗骨料中不可含有過量的泥和泥粉，因?yàn)槟喾蹠够炷廉a(chǎn)生較大的徐變和收縮等體積的變化，增加預(yù)應(yīng)力損失。預(yù)應(yīng)力混凝土中，碎石和卵石均可使用。水灰比較低時(shí)，采用卵石可使混凝土具有良好的和易性，混凝土易澆筑密實(shí)。對于高強(qiáng)度混凝土，則宜采用粒形與級配較好的碎石作骨料。用于預(yù)應(yīng)力混凝土的骨料必須進(jìn)行堿活性檢驗(yàn)，以防堿—骨料反應(yīng)引起膨脹開裂。用于有硫酸鹽侵蝕環(huán)境中的預(yù)應(yīng)力混凝土的骨料，在硫酸鹽環(huán)境中必須保持穩(wěn)定而不膨脹。

1.2 水泥和其他膠凝材料

預(yù)應(yīng)力混凝土通常選用早期強(qiáng)度高、收縮小的水泥，普遍采用的是普通硅酸鹽水泥。低熱水泥是大體積混凝土工程所用的水泥，其水化進(jìn)展緩慢，強(qiáng)度增長慢，不宜用于預(yù)應(yīng)力混凝土工程中?；鹕交屹|(zhì)材料(天然火山灰、粉煤灰、礦渣微粉、硅灰)能與游離的石灰類材料(氫氧化鈣、石膏)起化學(xué)作用。因此，可在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，采用上述火山灰材料取代一定比例的水泥。

1.3 水

拌和用水中所含的氯離子、硫酸鹽等有害雜質(zhì)不能超標(biāo)，并且對強(qiáng)度和凝結(jié)時(shí)間不能產(chǎn)生顯著危害。夏季澆筑混凝土?xí)r，水可用碎冰的形式加入。這樣可降低新拌混凝土的溫度，降低水化過程中出現(xiàn)的最高溫度并減小溫度變形量。在天氣酷熱時(shí)，采用注入液態(tài)氮的方法可進(jìn)一步降低拌和物的溫度。天氣寒冷時(shí)，可將拌和用水預(yù)熱，使混凝土拌和物的溫度高于冰的熔點(diǎn)，但加入拌和物的水溫不應(yīng)高于80℃(水泥為42.5級以下)或60℃(水泥為42.5、42. 5R級以上)。

1.4 外加劑

近年來，高效減水劑(或稱為超塑化劑)已成為配制高強(qiáng)混凝土不可缺少的組分之一。由于高效減水劑的應(yīng)用，配制高強(qiáng)混凝土?xí)r可采用低水膠比，同時(shí)保證新拌混凝土良好的工作性，混凝土易于澆筑密實(shí)。為減少坍落度損失，通常采用緩凝型高效減水劑。為了盡早對混凝土施加預(yù)應(yīng)力，縮短工期，則可采用早強(qiáng)型外加劑。在寒冷冬季施工時(shí)，通常要考慮使用早強(qiáng)外加劑。預(yù)應(yīng)力混凝土中禁止使用含氯鹽的外加劑，因?yàn)樵诼入x子作用下預(yù)應(yīng)力筋表面的鈍化膜遭到破壞，易引起預(yù)應(yīng)力筋的銹蝕。當(dāng)混凝土結(jié)構(gòu)處于經(jīng)常經(jīng)受反復(fù)凍融的環(huán)境中時(shí)，必須采用引氣劑，以提高混凝土的抗凍性。

1.5 灌漿材料

灌漿是后張預(yù)應(yīng)力生產(chǎn)工藝中重要的環(huán)節(jié)之一。在后張預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)構(gòu)件中，一般在鋼筋張拉完畢之后，需向預(yù)留孔道內(nèi)壓注水泥漿或水泥砂漿。灌漿可起到以下作用：

A.將預(yù)應(yīng)力筋封閉在堿性環(huán)境中，防止其銹蝕。

B.填充套管，以避免水進(jìn)入。

C.在預(yù)應(yīng)力筋和結(jié)構(gòu)混凝土之間提供黏結(jié)力。

灌漿用水泥漿應(yīng)符合下列規(guī)定：

A.采用普通灌漿工藝時(shí)，稠度宜控制在12 s～20 s，采用真空灌漿工藝時(shí)，稠度宜控制在18 s～25 s。

B.水灰比不大于0. 45。

C.3 h自由泌水率宜為0且不應(yīng)大于1%，泌水應(yīng)在24 h內(nèi)全部被水泥漿吸收。

D.24 h自由膨脹率，采用普通灌漿工藝時(shí)不應(yīng)大于6%，采用真空灌漿工藝時(shí)不應(yīng)大于3 %。

E.水泥中氯離子含量不應(yīng)超過水泥質(zhì)量的0.06%。

F.28 d標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)試件(邊長70. 7 mm的立方體)抗壓強(qiáng)度不應(yīng)低于30 MPa。

2 對鋼筋的要求

2.1 預(yù)應(yīng)力鋼筋

根據(jù)預(yù)應(yīng)力混凝土自身的要求，預(yù)應(yīng)力鋼筋需滿足下列要求：

A. 強(qiáng)度高。具有一定的延續(xù)性，與混凝土之間有較好的黏結(jié)力。

B. 防止銹蝕。銹蝕可能有損于預(yù)應(yīng)力筋的延性，也會減少預(yù)應(yīng)力筋的截面并因而降低預(yù)應(yīng)力拉力值和極限拉力值，因而應(yīng)采取合理措施保證預(yù)應(yīng)力筋不被銹蝕。

2.2 非預(yù)應(yīng)力筋

非預(yù)應(yīng)力筋在預(yù)應(yīng)力混凝土工程中很重要，其作用為抵抗次生的拉應(yīng)力，以及圍箍受高度預(yù)壓的混凝土局部區(qū)域。非預(yù)應(yīng)力筋還起到抵抗橫向剪力及扭轉(zhuǎn)剪力的作用，可以用作附加的主要受力筋，以增大構(gòu)件的極限承載能力或者控制構(gòu)件的性能。

在材料使用過程中，對鋼筋的要求如下：

A. 安裝、定位及綁扎規(guī)范。預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中的非預(yù)應(yīng)力筋通常由間距相同的許多小直徑鋼筋組成，又因所用混凝土拌和物需澆筑進(jìn)去，有時(shí)還要進(jìn)行強(qiáng)有力的振搗，小直徑鋼筋往往在上述過程中受磕碰而移位，這對混凝土最終性能將產(chǎn)生影響。

B. 非預(yù)應(yīng)力受壓粗鋼筋端面須平整。非預(yù)應(yīng)力粗鋼筋不但可以用來傳遞拉力，還可以傳遞壓力。大直徑受壓粗鋼筋端部及其接頭處如不平整，會出現(xiàn)承壓破壞或沖剪破壞，因此須將鋼筋端面銑平，以便于傳力。

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Requirements of prestressed concrete for concrete and reinforced materials

ZHOU Li-you

(Baotailong New Materials Co., Ltd., Qitaihe 154600, China)

Prestressed concrete has effects of improving performance, improving shear capacity of components, improving elastic recovery ability after unloading, improving fatigue strength and can make full use of high strength steel to adjust the internal force of structure. This paper mainly studies the requirements of prestressed concrete for concrete materials (aggregate, cement and other cementitious materials, water, admixture, grouting material), and the requirements of steel bars are mainly prestressed steel and non-prestressed steel materials.

Prestress; Concrete; Reinforced material; Concrete material

2017-04-11

周立友(1980-)，男，助理工程師。

TU528

B

1674-8646(2017)12-0090-02