張志彬

1 預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)簡(jiǎn)述

在預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)中,人們使用先張法預(yù)應(yīng)力技術(shù)和后張灌漿有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù),后來開發(fā)了后張無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)和后張?bào)w外預(yù)應(yīng)力技術(shù)等?，F(xiàn)在最新的也是最有前途的是后張緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)。而緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力體系在相當(dāng)程度上吸取了兩者的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)又彌補(bǔ)了兩者的不足,揚(yáng)長(zhǎng)避短,是目前國(guó)際上預(yù)應(yīng)力技術(shù)研究方向的一個(gè)熱點(diǎn)。

2 傳統(tǒng)后張預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)性能特點(diǎn)

在后張預(yù)應(yīng)力混凝土體系中,按設(shè)計(jì)和施工方法的不同可分為兩大類,即無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土和有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土。

在有粘結(jié)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)體系具有空間靈活、施工簡(jiǎn)便、摩阻系數(shù)小等優(yōu)點(diǎn),能解決一些有粘結(jié)不好解決的問題,但它也有一定的缺點(diǎn),力學(xué)結(jié)構(gòu)性能上主要表現(xiàn)在極限強(qiáng)度、裂縫、能耗和延性、連續(xù)破壞四個(gè)方面。

而在有粘結(jié)預(yù)應(yīng)力體系中,其具有承載力大,抗疲勞性能好等優(yōu)點(diǎn),但施工工藝較為復(fù)雜,隱蔽工程施工質(zhì)量要求比較高,構(gòu)件形狀和體積都較無粘結(jié)笨重,工期長(zhǎng),在一些工程上的使用也受到了限制。并且預(yù)應(yīng)力筋直接接觸混凝土的結(jié)構(gòu)方式也降低了它的耐腐蝕性能。

3 緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力材料及其工藝的特點(diǎn)

緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋是一種新的預(yù)應(yīng)力筋粘結(jié)形式,緩粘結(jié)筋技術(shù)是一種在預(yù)應(yīng)力筋的張拉前具有無粘結(jié)筋的特點(diǎn),而后期又具有有粘結(jié)筋使用效果的預(yù)應(yīng)力工藝,綜合了無粘結(jié)筋施工簡(jiǎn)便與有粘結(jié)筋安全可靠的兩方面各自的優(yōu)點(diǎn),緩粘結(jié)筋的作用機(jī)理是在預(yù)應(yīng)力筋與護(hù)套之間,填充一種特殊的緩凝材料,這種材料在正常溫度下,在一定時(shí)間內(nèi)是幾乎無凝結(jié)的。這樣使其在工程現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行安裝、張拉時(shí)可完全采用無粘結(jié)筋預(yù)應(yīng)力技術(shù)、設(shè)備和工序。以后經(jīng)過預(yù)定時(shí)間,緩凝材料開始逐漸硬化,并達(dá)到相當(dāng)?shù)恼辰Y(jié)和抗壓強(qiáng)度,對(duì)預(yù)應(yīng)力筋產(chǎn)生握裹、保護(hù)作用,使得預(yù)應(yīng)力筋和混凝土構(gòu)件粘結(jié)為一體,具備較好的自錨能力,從而后期又具備了有粘結(jié)筋的使用效果?？梢娝C合了無粘結(jié)筋與有粘結(jié)筋各自的優(yōu)點(diǎn),既具有無粘結(jié)筋的施工迅速、空間小巧、布索自由、使用方便、無需孔道的設(shè)置和壓漿過程繁雜工藝的優(yōu)點(diǎn),又具有有粘結(jié)筋在后期使用上的特點(diǎn)和耐久性高、抗腐蝕能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)的一種預(yù)應(yīng)力嶄新技術(shù)。

4 緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線的研制

4.1 緩粘結(jié)填充劑的試驗(yàn)研究

4.1.1 緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線涂層膠粘劑材料

緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線用的膠粘劑,應(yīng)有一定的粘度和對(duì)鋼絞線有較好的附著性,涂敷在鋼絞線上后,對(duì)鋼絞線的間隙有較好的填充性。膠粘劑的填料和主劑應(yīng)有較好的相容性和懸浮性。膠粘劑的主劑和固化劑反應(yīng)時(shí),在主劑的分子間通過固化反應(yīng)產(chǎn)生交聯(lián),膠粘劑在全部固化過程中,不會(huì)產(chǎn)生水和其他小分子的化合物。固化后的膠粘劑不會(huì)產(chǎn)生氣泡和多孔等缺陷,其固化時(shí)收縮率很低。固化后的膠粘劑是一種無嗅、無味的堅(jiān)硬固體,其耐堿性能良好,對(duì)人體和環(huán)境均無害,其耐熱性、絕緣性均良好。

緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線涂層用的膠粘劑,根據(jù)使用要求選用了不同的配比,其使用期限與使用環(huán)境的溫度、濕度等有密切的關(guān)系,根據(jù)使用要求,膠粘劑從配制到完全固化,可分為三個(gè)月到十幾個(gè)月幾種類型。

4.1.2 膠粘劑固化后的力學(xué)性能

緩粘結(jié)涂料固化后的強(qiáng)度如表1所示。

表1 緩粘結(jié)涂料固化后的抗折強(qiáng)度

4.2 緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線的生產(chǎn)工藝

4.2.1 緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋生產(chǎn)工藝流程

放線→膠粘劑→涂敷→擠塑→水冷卻→牽引→收線。

4.2.2 生產(chǎn)工藝

緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋用的鋼絞線應(yīng)符合GB/T 5224-2003標(biāo)準(zhǔn),膠粘劑涂敷時(shí),將鋼絞線在放線盤上固定,通過定位裝置使膠粘劑涂敷裝置的進(jìn)出口和擠塑機(jī)的進(jìn)出口在同一直線上。膠粘劑通過傳動(dòng)機(jī)送到涂敷裝置中,當(dāng)鋼絞線經(jīng)過時(shí),膠粘劑均勻的涂敷在鋼絞線上,并將其包裹。

緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的聚乙烯外套由擠塑機(jī)進(jìn)行包塑,當(dāng)涂有膠粘劑的鋼絞線進(jìn)入擠塑機(jī)后,塑化后的聚乙烯材料通過機(jī)頭的芯模和口模,將聚乙烯擠成管狀,在口模外包裹在已涂有膠粘劑的鋼絞線上,靠塑料管的熱收縮包緊。

包塑好的緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋從擠塑機(jī)頭的口模出來后,立即進(jìn)入冷卻水槽冷卻至常溫,使熱塑狀態(tài)套管在冷水中快速硬化。

收線由牽引機(jī)與收線機(jī)同步轉(zhuǎn)動(dòng)完成,牽引機(jī)的牽引速度必須與擠塑機(jī)螺桿的轉(zhuǎn)速相匹配,在生產(chǎn)過程中,牽引速度為8 m/min～13 m/min。收線機(jī)協(xié)助牽引機(jī)工作,把成品緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋整齊地纏繞在收線盤上,以便于包裝運(yùn)輸。

4.3 緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋握裹力試驗(yàn)

握裹力試驗(yàn)示意圖見圖1,在放置時(shí)間較長(zhǎng),粘結(jié)作用最充分的一組中,握裹力測(cè)試結(jié)果是140.6 kN/cm2,147.8 kN/cm2和213.5 kN/cm2,其平均值為167.3 kN/cm2。

5 緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力梁的荷載試驗(yàn)

5.1 簡(jiǎn)述

為檢驗(yàn)緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的荷載作用下的力學(xué)性能,制作了預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)試驗(yàn)梁,其中包括使用緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的試驗(yàn)梁,也包括使用無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋的試驗(yàn)梁。在試驗(yàn)梁W-1中使用的預(yù)應(yīng)力絞線是無粘結(jié)絞線。在試驗(yàn)梁H-1,H-3,H-7,XL-1和XL-2中使用的是緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力鋼絞線。

荷載試驗(yàn)中,每根梁都用百分表測(cè)量梁撓度;用電阻應(yīng)變儀測(cè)量純彎曲段沿梁高度應(yīng)變變化;XL-1梁還量測(cè)了緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋隨荷載改變而應(yīng)變的相應(yīng)變化數(shù)值和梁跨中部位受拉非預(yù)應(yīng)力鋼筋的應(yīng)變數(shù)據(jù)。

試驗(yàn)加荷采用千斤頂三分點(diǎn)加荷方式,荷載通過壓力傳感器來確定。在梁調(diào)平,儀表讀到初讀數(shù)后預(yù)壓10 kN,在所有設(shè)備和儀表工作正常的情況下正式以每級(jí)5 kN的增量加荷,每級(jí)保持10min～15 min,接近裂縫出現(xiàn)時(shí),將加荷增量適當(dāng)減小,并注意觀察裂縫的出現(xiàn),記錄測(cè)得的應(yīng)變和撓度數(shù)值,當(dāng)裂縫出現(xiàn)后,調(diào)大每級(jí)加荷的增量,觀測(cè)裂縫的發(fā)展及分布狀態(tài)。

5.2 試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)分析

各試驗(yàn)梁的試驗(yàn)結(jié)果見表2。

表2 梁加荷載試驗(yàn)結(jié)果

通過試驗(yàn)中測(cè)得的撓度曲線可以看出,緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋試驗(yàn)梁在加載過程中,撓度變化平緩,在75 kN以后才有所陡升。且和無粘結(jié)筋梁相比各級(jí)撓度數(shù)據(jù)較小,破壞荷載大,而無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力筋試驗(yàn)梁W-1,同樣荷載下各級(jí)撓度數(shù)值都大于緩粘結(jié)梁,在60 kN以后就發(fā)生陡升,且卸載后的殘余變形是緩粘結(jié)梁的1.8倍～2.2倍。

從破壞形態(tài)上看,無粘結(jié)梁的裂縫條數(shù)少,裂縫稀疏,寬度大,而緩粘結(jié)梁裂縫條數(shù)多,裂縫細(xì)小,類似于有粘結(jié)梁的破壞形態(tài)。

6 結(jié)語

通過對(duì)緩粘結(jié)和無粘結(jié)裝配的試驗(yàn)梁的撓度、應(yīng)變、裂縫等試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析可以看到,緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件在緩粘結(jié)效能發(fā)揮作用之后,與無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)構(gòu)件的力學(xué)性能發(fā)生了很大的差異。它所能承擔(dān)的極限荷載明顯高于無粘結(jié)預(yù)應(yīng)力試驗(yàn)梁。粘結(jié)發(fā)揮效能之后的力學(xué)性能更趨向于有粘結(jié),優(yōu)于無粘結(jié)構(gòu)件。

緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力技術(shù)和材料是一種在預(yù)應(yīng)力筋的張拉前具有無粘結(jié)筋的特點(diǎn),而后期又具有有粘結(jié)筋使用效果的新技術(shù),綜合了無粘結(jié)筋施工便捷和有粘結(jié)筋安全可靠的兩方面的優(yōu)點(diǎn),是預(yù)應(yīng)力技術(shù)的新發(fā)展。

目前緩粘結(jié)預(yù)應(yīng)力的研究還處于初期,其性能參數(shù)的試驗(yàn)依據(jù)有待于積累更多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),工藝操作也有待于進(jìn)一步完善。

[1]施永林,楊建軍.預(yù)應(yīng)力混凝土內(nèi)部錨固區(qū)計(jì)算[J].山西建筑,2008,34(15):51-52.