预应力混凝土即在混凝土的受拉区内,预先加力,将钢筋拉长到一定数值,并锚固在混凝土上,然后放松张拉力,此时钢筋立即产生弹性回缩,由于钢筋已被锚固住,故将回缩力传给混凝土,从而使混凝土受到压力而压紧。这种压力通常称为预应力。当这种构件在荷载作用下产生拉应力时,首先要抵消这种预应力,然后构件才承受拉应力,这就提高了整个构件的强度,并推迟了棍凝土裂缝的出现。
预应力工程施工,分先张法和后张法两大类。
(一)先张法
先张法是指先张拉钢筋,后浇捣混凝土的方法。具体做法是:在浇筑混凝土以前,用机械或电热张拉钢筋,用夹具将其临时固定在台座或钢模上,然后浇筑混凝土,待混凝土达到一定强度后,放松预应力筋,这时钢筋要回缩,而混凝土已与钢筋粘结在一起,阻止钢筋的回缩,于是钢筋的回缩力把混凝土压紧,便给混凝土施加了压力。
1 .台座
采用台座法生产预应力混凝土构件时,台座承受全部预应力筋的拉力,故台座应有足够的强度、刚度和稳定性。有墩式台座和槽形台座两种。
2 .夹具
夹具是预应力筋进行张拉和临时固定的工具,可以重复使用,要求构造简单、工作可靠、装拆方便、加工容易、成本低。有张拉夹具和锚固夹具两种。
3 .张拉机械
包括有穿心式千斤顶、卷扬机和电动螺杆张拉机。
4 .先张法施工工艺
◆ 预应力筋的张拉。预应力张拉程序有两种
以上两种张拉程序是等效的。
◆ 混凝土的浇筑与养护。混凝土的浇筑必须一次完成,不允许留设施工缝。混凝土的强度等级不得小于 C30 。预应力混凝土结构中,严禁使用含氯化物的外加剂。应采取正确的养护制度以减少由于温差引起的预应力损失。
◆ 预应力放张。预应力筋放松时混凝土强度应达到设计规定的数值,无具体规定时,不应低于混凝土立方体抗压强度标准值的 75 %。放张应缓慢进行,如预应力筋数量较多应同时放张,可采用千斤顶、楔块和砂箱等。
(二)后张法
后张法是指先浇筑混凝土,后张拉钢筋的方法。具体做法是:在浇筑混凝土时,在设计规定的位置上预留预应力钢筋的孔道,待混凝土达到设计规定的强度后,将预应力筋穿入孔道,进行张拉,并用锚具将预应力筋锚固在构件上,最后进行孔道灌浆。
1 .锚具
锚具是预应力筋进行张拉和永久固定的工具,要求工作可靠、构造简单、施工方便、预应力损失小、成本低。有单根粗钢筋锚具、钢筋束锚具和钢丝束锚具等。
2 .张拉机械
张拉机械有拉杆式千斤顶、穿心式千斤顶和锥锚式双作用千斤顶。
3 .后张法施工工艺
◆ 孔道留设。孔道留设是制作后张法构件的关键工序,预留孔道的质量直接影响预应力筋能否顺利张拉。通常有以下几种方法: ① 钢管抽芯法。预先将无缝钢管敷设在模板内的孔道位置上,在混凝土浇筑过程中和浇筑后,间隔一定时间慢慢转动钢管,防止与混凝土粘结,在混凝土终凝前抽出钢管,形成孔道; ② 胶管抽芯法。将 5~7 层夹布胶管或钢丝网橡胶敷设在模板内的孔道位置上,采用夹布胶管时,在混凝土浇筑前必须在管内充气或充水,使管径增大,然后浇筑混凝土,待混凝土初凝后放出压缩空气或压力水,抽出胶管,形成孔道; ③ 预埋波纹管法。金属波纹管是用0.3~0.5mm的钢带由专用的制管机卷制而成的。波纹管埋入混凝土后永不抽出,与混凝土有良好的粘结力。
◆ 预应力筋张拉。预应力张拉时,结构混凝土强度应符合设计要求,当设计无具体要求时,混凝土强度不得低于设计强度等级的 75 %。
◆ 孔道灌浆。预应力筋张拉后,应随即进行孔道灌浆,以防预应力筋锈蚀,同时增加结构的抗裂性和耐久性。灌浆用灰浆除应满足强度和粘结力要求外,尚应具较大的流动性和较小的压缩性/泌水性。故灌浆宜用强度等级不低于 42 . 5 的普通硅酸水泥配置的水泥浆,水泥浆强度应不低于 20N /mm2 ,水灰比宜控制在0.4~0.45之间,搅拌后 3h 泌水率宜控制在 20 %。对于空隙较大的孔道,水泥浆中可掺入适量的细砂。为了增加孔道灌浆的密实性,在水泥中可掺入水泥水量万分之 0 . 5 ~1 的铝粉或 0 . 25 % 的木质素磺酸盖或其他减水剂。
灌浆前,混凝土孔道应用压力水冲刷干净并润湿孔壁,可用电动或手动压浆泵进行灌浆。水泥浆应均匀缓慢地注入,不得中断;灌浆顺序应先下后上,以避免上层孔道漏浆而把下层孔道堵塞;曲线孔道灌浆,宜由最低点压入水泥浆,至最高点排出空气及溢出浓浆为止。
后张法预应力筋锚固后的外露部分宜采用机械方法切割,其外露长度不宜小于预应力筋直径的 1 . 5 倍,且不宜小于 30 mm。
(三)验收要求(强制行条文)
◆ 张拉过程中应避免预应力筋断裂或滑脱,当发生断裂或滑脱时,必须符合下列规定:对后张法预应力结构构件,断裂或滑脱的数量严禁超过同一截面预应力筋总根数的 3 % ,且每束钢丝不得超过一根;对多跨双向连续板其同一截面应按每跨计算;对先张法预应力构件,在浇筑混凝土前发生断裂或滑脱的预应力筋必须予以更换。
◆ 预应力筋张拉锚固完毕后,应尽快灌浆。切割外露于锚具的预应力筋必须用砂轮锯或氧乙炔焰,严禁使用电弧。当用氧乙炔焰切割时,火焰不得接触锚具。切割过程中还应用水冷却锚具。切割后预应力筋的外露长度不应小于 30mm 。