預應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)

預應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)

預應力混凝土具有改善使用性能、提高構件的受剪承載力、改善構件卸載后的彈性恢復能力、提高耐疲勞強度、可充分利用高強度鋼材調整結構內力等作用。本文主要研究了預應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應力鋼筋和非預應力筋材料的要求。

預應力；混凝土；鋼筋材料；混凝土材料

預加應力是指在某種材料中造成一種應力狀態或應變狀態，使它能更好地完成預定的功能。最常用的方法是由預加應力在混凝土中造成壓應力，以部分抵消或全部抵消結構使用過程中本會出現的拉應力。

預加應力(預壓)的方法通常是張拉位于結構內的預應力筋，然后將其錨定。預應力筋(力筋)的材料目前普遍采用高強度鋼，但力筋不一定要位于混凝土之內，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。預加應力并不形成固定不變的應力狀態及變形，應力和應變都是隨時間變化的。混凝土、鋼材二者在持續應力作用下，都要出現塑性變形，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

預應力混凝土結構要求采用中、高強度等級的混凝土，根據《混凝土結構設計規范》，預應力混凝土結構所用的混凝土，其強度等級不宜低于C40且不應低于C30。

預應力混凝土強度等級的選擇與結構構件的跨度、使用條件、施工方法及鋼材種類等因素有關。通常，應盡量選用高強度等級的混凝土，因為高強混凝土的彈性模量高，在同樣應力的情況下，所產生的彈性變形和徐變變形小，高強混凝土的收縮值也較小。因此，高強混凝土不僅強度高，與鋼筋的黏結力強，而且預應力損失也小。為了獲得性能良好的預應力混凝土材料，對其組成材料有相應的要求，具體如下。

1.1 骨料

為了配制出高強混凝土，有效地利用預加應力，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，因為泥粉會使混凝土產生較大的徐變和收縮等體積的變化，增加預應力損失。預應力混凝土中，碎石和卵石均可使用。水灰比較低時，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。對于高強度混凝土，則宜采用粒形與級配較好的碎石作骨料。用于預應力混凝土的骨料必須進行堿活性檢驗，以防堿—骨料反應引起膨脹開裂。用于有硫酸鹽侵蝕環境中的預應力混凝土的骨料，在硫酸鹽環境中必須保持穩定而不膨脹。

1.2 水泥和其他膠凝材料

預應力混凝土通常選用早期強度高、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，其水化進展緩慢，強度增長慢，不宜用于預應力混凝土工程中。火山灰質材料(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)起化學作用。因此，可在實驗基礎上，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、硫酸鹽等有害雜質不能超標，并且對強度和凝結時間不能產生顯著危害。夏季澆筑混凝土時，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的最高溫度并減小溫度變形量。在天氣酷熱時，采用注入液態氮的方法可進一步降低拌和物的溫度。天氣寒冷時，可將拌和用水預熱，使混凝土拌和物的溫度高于冰的熔點，但加入拌和物的水溫不應高于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)已成為配制高強混凝土不可缺少的組分之一。由于高效減水劑的應用，配制高強混凝土時可采用低水膠比，同時保證新拌混凝土良好的工作性，混凝土易于澆筑密實。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應力，縮短工期，則可采用早強型外加劑。在寒冷冬季施工時，通常要考慮使用早強外加劑。預應力混凝土中禁止使用含氯鹽的外加劑，因為在氯離子作用下預應力筋表面的鈍化膜遭到破壞，易引起預應力筋的銹蝕。當混凝土結構處于經常經受反復凍融的環境中時，必須采用引氣劑，以提高混凝土的抗凍性。

1.5 灌漿材料

灌漿是后張預應力生產工藝中重要的環節之一。在后張預應力結構構件中，一般在鋼筋張拉完畢之后，需向預留孔道內壓注水泥漿或水泥砂漿。灌漿可起到以下作用：

A.將預應力筋封閉在堿性環境中，防止其銹蝕。

B.填充套管，以避免水進入。

C.在預應力筋和結構混凝土之間提供黏結力。

灌漿用水泥漿應符合下列規定：

A.采用普通灌漿工藝時，稠度宜控制在12 s～20 s，采用真空灌漿工藝時，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且不應大于1%，泌水應在24 h內全部被水泥漿吸收。

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

E.水泥中氯離子含量不應超過水泥質量的0.06%。

F.28 d標準養護試件(邊長70. 7 mm的立方體)抗壓強度不應低于30 MPa。

2 對鋼筋的要求

2.1 預應力鋼筋

根據預應力混凝土自身的要求，預應力鋼筋需滿足下列要求：

A. 強度高。具有一定的延續性，與混凝土之間有較好的黏結力。

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

2.2 非預應力筋

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

在材料使用過程中，對鋼筋的要求如下：

A. 安裝、定位及綁扎規范。預應力混凝土構件中的非預應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去，有時還要進行強有力的振搗，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生影響。

B. 非預應力受壓粗鋼筋端面須平整。非預應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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[2] 楊金鐸.房屋建筑構造[M].北京:中國建材工業出版社，2003.

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[4] 王崇杰.房屋建筑學[M].北京:中國建筑工業出版社，1997.

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