浅析预应力混凝土及其发展和现状

浅析预应力混凝土及其发展和现状（江西科技师范大学建筑工程学院，南昌330013）[摘要]:就目前来看，预应力混凝土已经成为国内外土建工程最主要也是最常见的一种结构材料。本文主要介绍了预应力混凝土的概念,简单的表述了预应力混凝土的施加制作方式,就我国预应力的发展现状，分析并提出了预应力混凝土的材料特性及前景。[关键词]:预应力混凝土预应力筋先张法后张法预应力混凝土技术的发展还要追溯到第二次世界大战后，由于当时钢材的紧缺,预应力混凝土结构取代了大量钢材，以修复被战争破坏的结构，使预应力混凝土技术得到了快速的发展。近40年来，预应力混凝土技术在国内外的土木结构的各个领域发挥着重要作用。一、预应力混凝土材料预应力混凝土结构的材料和干净混凝土结构相同，主要为钢筋和混凝土，所不同的是，预应力混凝土结构必须采用高强度钢材和混凝土。1、预应力在结构承受外荷载之前,预先对去在外荷载作用下的受拉区施加压应力,以改善结构使用的性能的结构型式称之为预应力结构。像桶一样,在还没装水之前采用铁箍或竹箍套紧桶壁,侧壁筒以产生环压应力,被施加的压应力超过水压力产生的拉应力,桶就不会开裂漏水。弧形构件预应力像木桶箍相同一样。同样,在受弯构件的荷载加上去之前给构件施加预应力就会产生一个和与荷载作用产生的变形相反的变形,荷载要构件沿他作用方向发生变形之前必须最先把这个与荷载相反的变形抵消,为了继续使部件沿载荷的方向变形。因此，该预应力被尽可能多施加到部件作为保护。2、混凝土在预应力混凝土结构中，一般要求混凝土强度等级不低于C30，当采用碳素钢丝、钢绞线、热处理钢筋做预应力筋时，混凝土的强度等级不宜低于C40。目前，在一些预应力混凝土结构中，我们已开始采用C50-C60的高强度混凝土，并逐步发展到一个更高的强度等级的混凝土。国际上预应力结构采用的混凝土强度已达到60-70N/mm²，甚至100N/mm²以上。我国目前在高强轻质混凝土方面已经有所成功，它在桥梁建筑上具有巨大应用价值。3、预应力筋预应力筋也就是预应力混凝土材料中所使用到的钢材，按其材料可分为钢材类预应力筋和非钢材类预应力筋，作为预应力筋使用的主要是预应力钢材。但近年来，非钢材预应力筋也大量涌现和使用。钢材预应力筋主要有预应力钢筋（包括钢绞线、热处理钢筋和高强钢丝）、无黏结预应力筋和体外预应力筋等。非钢材预应力筋主要指连续纤维增强塑料（ContinuousFiberReinforcedPlastics,FRP）,主要包括碳纤维增强塑料、玻璃纤维增强塑料和芳纶纤维增强塑料等。目前，我国大量使用的是预应力钢绞线和钢丝，粗钢筋及热处理钢筋使用量较少。在房屋结构中，大量使用后张无黏结预应力技术和后张有黏结预应力筋；在桥梁结构中，主要以后张有黏结预应力施工方法为主。二、预应力混凝土早期避免在钢筋混凝土结构上出现裂缝,充分利用高强度钢筋及高强度混凝土。在承受使用荷载之前，尝试在混凝土结构或构件,对受拉区的部分施加压力后的混凝土就是预应力混凝土。根据预加应力值大小对构件截面裂缝控制程度的不同分类:1.全预应力混凝土。在使用荷载作用下,不允许截面上混凝土出现拉应力的构件,属严格要求不出现裂缝的构件。2.部分预应力混凝土。允许出现裂缝,但最大裂缝宽度不超过允许值的构件,属允许出现裂缝的构件。无粘结预应力钢筋。将预应力钢筋的外表面涂以沥清,油脂或其他润滑防锈材料,以降低摩擦并提高耐锈蚀,并用塑料套筒或纸带,塑料胶带包裹,以防止施工中损坏涂层,并与周围混凝土隔离,而在张拉时可沿纵向发生相对滑移的后张预应力钢筋。三、施加预应力的方法预应力混凝土构件的制作方法有先张法和后张法。1.先张法在混凝土灌注之前,预应力筋浇注由钢丝，钢绞线组成的预应力筋张拉到某一规定应力,并锚固锚定在支撑基座的两端，然后安装模板、构造钢筋和零件,然后用混凝土填充和保护。一旦混凝土达到预定强度，放松两端支墩的预应力筋，通过粘结力将预应力筋中的张拉力传给混凝土而产生预压应力。先张法以采用长的台座较为有利,最长有用到一百多米的,因此有时也称作长线法。2.后张法先灌注构件,然后在构件上直接施加预应力的方法。一般做法多是先安置后张预应力筋成孔的套管、构造钢筋和零件,然后安装模板和灌注混凝土。预应力筋可先穿入套管也可以后穿。等混凝土达到强度后,用千斤顶将预应力筋张拉到要求的应力并锚于梁的两端,预压应力通过两端锚具传给构件混凝土。为了保护预应力筋不受腐蚀和恢复预应力筋与混凝土之间的粘结力,预应力筋与套管之间的空隙必须用水泥浆灌实。水泥浆除起防腐作用外,也有利于恢复预应力筋与混凝土之间的粘结力。为了方便施工,有时也可采用在预应力筋表面涂刷防锈蚀材料并用塑料套管或油纸包裹的无粘结后张预应力筋。四、发展前景及现状预应力混凝土在我国推广超过50年的历史,但是普及程度并不高,熟悉业务和操作的专业人才也不多,据调查，即使在甲级设计院,至今也只有少数的专业人才,这与60年代时相对比,发展并不大。为什么出现这种现象?原因有很多,我觉得最主要的是预应力混凝土主体比较复杂，涉及的高强度材料，生产工艺，机械设备，设计和施工的专业人士等领域，而且这些技术交织在一起,要掌握完整的科学知识,难度十分大。我认为，在实际的生产实践中，可以参考模仿其他国家，通过专业分工与合作的方式进行。例如预制预应力混凝土房屋的设计应与预制工厂合作;现浇后张预应力混凝土房屋的设计应与后张技术专业公司合作进行设计。并且近年来由乌克兰的技术人员发明的的新型预应力技术是介于先张和后张拉法之间的工艺。它是在浇捣混凝土尚未凝固的时候施加预应力，混凝土在压力的情况下固结。施加这种预应力需要用特殊的可滑动的模版及能把压力传给混凝土的装置。它可使同样配筋率的情况下将梁的承载力提高25%-34%，柱的承载力提高75%，而且能使抗裂度不变。五、结束语随着中国经济的发展，应用预应力混凝土结构的范围将更加广泛，所以我们应该加强对预应力技术层面的研究意识。与发达国家相比，我们预应力混凝土工程的研究还比较落后。我认为设计和施工分离，也是影响我国预应力混凝土结构发展的瓶颈之一。因此，有必要建立一个全面的预应力混凝土工程公司，承接重大建设工程预应力混凝土，负责开发和新技术的研究，以提高我国的预应力技术水平。参考文献:[1]张泽平.《土木工程施工》.天津科学技术出版社,2014,(2).[2]陈嘉辉.《预应力钢筋混凝土在建筑中的应用研究》.建筑技术,2009,(10):156.[3]王雪,桑洪杰.《预应力混凝土的分类及使用》.中国建材,2003,(04):41.[4]丁晓玲.《预应力混凝土结构的理论与应用》.大众商务出版社.[5]李国平.《预应力混凝土结构发展史》.建筑,2008,(12):43.