民用建筑施工中預應力混凝土技術的應用研究

馮科峰

（湖南順天工程項目管理有限公司，湖南 岳陽 414000）

0 引言

民用建筑結構復雜，建筑類型較多。民用建筑對于預應力混凝土的應用基本普及，且隨著時間的推移，預應力混凝土病害仍沒有得到改觀，這對于預應力混凝土的生產廠商來說是一大難題，并影響著民用建筑建設水平的提高，給建筑后期使用及其運行安全造成了一定的危險隱患。例如，在20 世紀開通的鷹廈線電氣化鐵路使得接觸網的支柱裂紋產生，同時出現了200多根的混凝土接觸網支柱出現損傷，施工進度受到較大程度的影響，且對施工質量造成較大的影響，給國家經濟造成巨大損失，因此，如何提升民用建筑預應力混凝土施工質量，優化施工效率成為目前民用建筑施工質量提升的關鍵點。

1 工程簡介

某地區民用建筑項目，地上建筑14 層，地下一層，建筑總面積14500m2，總建筑高度達到72m，混凝土型號為C60。本項目工程柱截面尺寸及配筋比例如表1所示。

表1 柱截面尺寸及配筋匯總

由表1 的建筑統計數據可知，柱體截面面積減少以后，混凝土使用量減少，預應力混凝土使用后，柱體截面面積由原來的750mm×750mm 減小到650mm×650mm，混凝土用量減少了151t。鋼結構用量也減少，在該建筑結構中的柱體截面面積減少后，對應縱向鋼筋和箍筋共節省鋼筋重量達7t。

2 本項目預應力混凝土施工工藝

2.1 原材料的選擇

（1）水泥。水泥強度等級是導致混凝土性能變化的主要影響因素，同時水泥中礦物質的組成比例及細度參數都會影響到混凝土強度及穩定性[1]，在配置預應力混凝土中的水泥材料選擇中，C3A 含量應盡量低，同時游離的氧化鈣、氧化鎂等有害金屬離子成分也應降低，同時為了保證水泥性質具備高流動性和耐久性，外加劑的選擇也是較為重要的，必修與水泥充分的融合。

（2）摻合料。摻合料的選取中，應以耐久性的高低作為主要評估參數，作為普通的硅酸鹽材料來說，很難滿足于預應力混凝土的制備，因此可改變混凝土耐久性與穩定性的材料主要基于預應力混凝土自身的組成組分。在本項目工程中，對應的摻合料中粉煤灰選取Ⅰ級，細度比例可控制在5%～7%，且對應的需水量要控制在85%以上，燒失量要控制在50%以上。

（3）骨料。由于水泥漿界面黏結強度對于預應力混凝土的強度影響較大，因此在骨料的選擇中，應盡可能的選取石灰巖碎石結構，壓水指標值設計比例為5%～8%，并且吸水率應達到0.3%，含泥量應達到0.2%。

（4）外加劑。在配置預應力混凝土的過程中，關鍵質量標準為選取水泥具有較好的相容性，同時要高效化的控制混凝土初凝對應的周期時間，其中初凝時間應控制在 7h 左右[2]。

2.2 預應力混凝土配合比設計

在預應力混凝土制備的過程中，混凝土的流動性、抗離析性的平衡一般都需要有效的調整單方用水量，并施加一定比例的外加劑的方式來有效解決。本項目工程中，結構部位多數為剪力墻或者柱體結構，并且柱體鋼筋的綁扎相對緊密，因此在設計的過程中，應高度重視配合比設計過程，從而配置具有高流動性和高強度的混凝土。

混凝土配置強度如式（1）所示。

式中：fcu,o——混凝土配置強度，MPa；fcu,k——混凝土設計齡期立方體抗壓強度標準值，MPa；σ——混凝土抗壓強度的標準值。

水灰比計算公式如式（2）、式（3）所示。

粉煤灰設計量ξ=1.2，摻量7%，最后計算得出粉煤灰用量達到27kg/m3。此外，在假定容量2430kg/m3，選定砂率一般控制在37%。在試拌的過程中，主要選擇使用0.25、0.30 和0.35 三個參數值，經過計算優化設計，得出選用0.30 參數值的水膠比[3]，其中進行6 組有效的試配比設計，28d 的混凝土強度等級平均值設計為72MPa～78MPa，經過計算、統計和分析得出混凝土配合比如表2 所示。

表2 混凝土原材料用量及抗壓強度值統計

2.3 預應力鋼筋施工工藝

2.3.1 先張法施工工藝

對于先張法施工來說，澆筑混凝土之前，需要張拉預應力鋼筋，將其固定于臺座或者鋼模板結構上，隨即澆筑混凝土材料。待混凝土澆筑后達到一定強度，要保證預應力鋼筋與混凝土結構之間有充足的黏結力，這樣才能夠保證預應力鋼筋結構能夠產生對應預應壓力。

2.3.2 臺座、張拉設備

（1）臺座。臺座作為先張法施工與生產的主要設備類型之一，其不僅承受預應力筋全部的張拉力，同時臺座結構具有足夠的強度與穩定性，免受臺座變形、傾覆及滑移的影響而導致的預應力值的損失，針對于臺座的安裝流程，可分為兩種，即敦式和槽式。

（2）夾具與張拉設備。①夾具。對于夾具來說，其是先張法施工過程中重要的設備類型之一，不僅能夠固定在張拉臺座上，同時能夠保障臨時性的錨固處理，夾具從結構類型上看，分為很多中，最為常見的就是墩頭式和推銷式兩種[4]。②張拉設備。對于張拉設備來說，操作應便利化，張拉應力的掌控應精準，常用的張拉設備主要包含：千斤頂、穿心式千斤頂等結構。

2.3.3 先張法施工工藝

先張法施工流程主要為：預應力鋼筋鋪設→預應力鋼筋的張拉→混凝土澆筑→混凝土養護，對施工流程的優化具有重要意義。

2.3.4 后張法施工工藝

（1）后張法的工藝流程。后張法施工重點在于構件的制作流程上，在預應力筋的設計位置上，可穿入對應的預應力筋中進行分析和優化，按照待測強度穩定性達到一定要求后，穿入預應力筋中，并按照相關的要求施加預應力筋，最后對孔道進行灌漿施工，保證錨具能夠傳遞給混凝土構件。

（2）后張法張拉設備的組成。①錨具。錨具的重要作用是為了保證構件結構的穩定性，保持預應力筋拉力及其穩定能夠傳遞到對應的混凝土結構上部，并使用永久性的錨固裝置進行處理。錨具結構及設計應符合荷載受力要求，這樣才能夠確保施工流程和施工技術滿足要娶你，同時錨具結構的種類是較多的，要按照施工規范的要求，確定具體的錨具型號。②張拉千斤頂。a.對應預應力張拉筋結構應小于設備自身的穩定受力范圍；b. 對應的預應力筋要滿足一次張拉的基本要求，且應小于最大的張拉力矩。

2.4 構件安裝工藝

2.4.1 柱子的吊裝

對于柱體結構的吊裝來說，應按照吊起后的柱身結構是否垂直為原則，強化直吊與斜吊法的控制，按照對應的吊升過程進行處理和優化。

2.4.2 吊車梁安裝

吊車梁在控制的過程中，要基于基礎杯口結構中二次澆筑混凝土強度的穩定性要求，以達到強度穩定性的70%以上。

3 預應力混凝土生產質量控制措施

預應力混凝土的使用對于增加建筑物凈高、減少層高等具有積極意義，還能夠優化建筑空間，減少由于吊頂等裝修導致的空間感不好等現象發生。此外還節省了裝修費用，同時還有利于改善房屋建筑結構的使用功能，可依據業主自身的喜好，對建筑結構進行分割處理。從受力角度看，預應力筋產生橫向力，產生向上的等效荷載，可增加用戶的自由度，提高房屋建筑的檔次。

在高強度混凝土生產制備的過程中，不僅要制定科學合理化的質量控制措施，并形成高效的質量控制體系，以適應混凝土生產環節中的質量控制及穩定性需求，在混凝土生產環節中，應優化流程，其中預應力混凝土制備的過程中，應合理控制和設計配合比，優化材質檢測標準和流程，對于材料檢測后不符合規范要求的材料應拒收，加強配合比信息的輸入控制，其中在預應力混凝土制備和應用過程中，質量控制措施如下。

①控制混凝土材料進場過程中的質量監管，堅決杜絕材料質量不合格產品入場，按照砂粒度大小，逐一分類處理；②合理控制上料的精確性。按照施工材料堆放的統一地點，避免因為上錯料導致的混凝土制備過程中出現質量問題；③在預應力混凝土制備的過程中，要合理控制混凝土配合比，科學合理監控砂石材料的含水率；④混凝土罐車進站裝車之前，經過反轉以后才可以運行，杜絕帶水裝車施工[5]。

4 預應力混凝土在民用建筑工程中應用質量控制措施

4.1 加強混凝土模板制作

在預應力混凝土制備之前，要選取高強度鋼模板結構，以防止漲模，實現施工中安全系數的預留與管理。

4.2 提高泵送能力

預拌混凝土拌合物提高了預拌混凝土受力的穩定性，減少易散性，降低坍落度，提升泵送效果。

針對泵送混凝土來說，首先要控制配比率，對于高配比的砂石材料，加入混凝土后，配置能力提升，但是配砂率過高的話，會導致混凝土層增厚，進而導致混凝土表面層結構的裂縫增加。基于此，控砂率應控制在科學合理的范圍之內。常規情況下，控砂率應控制在38%～40%，且泵送混凝土對于模板結構的側壓力影響較大，因此在模板的設計中應充分考慮新澆筑混凝土對模板的側壓力。同時，布料設備不得碰撞或直接休息在模板上，并在布桿下方加固模板和支撐。澆筑豎向結構混凝土時，不要直入鋼骨架。澆筑水平結構混凝土時，混凝土結構應滿足強度和穩定性的相關要求。

4.3 預應力混凝土澆筑施工質量控制

按照現有的技術要求，對應的剪力墻結構的穩定性要與混凝土進行分層澆筑處理，這樣在先澆筑的過程中，才能夠保持尺桿結構的控制高度達到分層的相關要求，每一層的澆筑厚度要達到500mm，且墻面結構混凝土經過連續性的澆筑后，高出板底3cm，同時經過拆模以后，施工縫得到處理，以滿足施工技術的相關要求。

待對應的墻體結構以達到既定的施工技術要求，同時要控制地下室結構水平面的強度穩定性，按照既定的設計要求思路，刷對應的液體進行養護和處理，進而控制混凝土的收縮縫。

4.4 加強對預應力混凝土的養護

由于目前預應力混凝土水化熱較高，在養護及其施工作業的過程中，若實際操作流程不規范，施工技術不達標，就會導致混凝土內外溫差變大，內應力的出現，會導致混凝土裂縫生成。待預應力混凝土澆筑施工完成后，要按照既定要求，選取立即遮蓋等養護處理方式，保證混凝土結構表面濕潤性，其中預應力混凝土養護周期應小于7d。預應力混凝土柱體結構應選取塑料布包裹，對于外露表面的部分應遮蓋嚴密，保證塑料布結構內部存在凝結水。因此，為保證混凝土施工質量，防止混凝土開裂現象發生，預應力混凝土入模溫度應依據制備內外部環境的穩定性及所受內外力約束，加以限制。從預應力混凝土施工技術應用經濟性優勢看，其可減少1/5～1/3 的鋼筋用量，預應力混凝土及鋼筋需要高強度、高質量，因此每一種材料的單價都較高，也具備更高的耐久性和穩定性。

5 結語

綜上所述，在本文的論述中，要以強化混凝土自身的性能為前提，提升混凝土施工質量，以優化和提高預應力混凝土的施工工藝和施工技術應用的穩定性，對于目前預應力混凝土施工來說具有重要意義，并且在提升預應力混凝土施工效率方面具有積極意義。