无粘结预应力筋的防护与修复

第23卷第2期

Vol.23No.2徐州工程学院学报2008年2月FEB12008JournalofXuzhouInstituteofTechnology

无粘结预应力筋的防护与修复

杨晓燕,冯　瑞,袁迎曙

(中国矿业大学建筑工程学院,江苏徐州　221008)

　　摘要:,但是目前对无粘结预应力筋的防腐蚀研究还不完善,.凝土结构的发展概况,力学性能及结构性能的影响,,最后指出了.

关键词:;耐久性

文献标志码:A　文章编号:167320704(2008)0220019205

无粘结预应力技术是20世纪50年代兴起的一种新的后张预应力工艺,为预应力混凝土的应用开辟了新的领域.由于其结构性能良好、施工方便、经济合理,因而在某些结构和构件中已逐渐取代了灌浆的后张预应力工艺.

无粘结预应力筋是指由单根或多根高强钢丝、钢绞线或高强粗钢筋组成,沿全长涂刷润滑防锈蚀材料并用塑料套管或油纸包裹,允许对周围混凝土发生纵向相对滑动的的后张预应力筋.施工时,无粘结预应力筋与普通钢筋一样,按设计要求直接铺放入模板内,然后浇筑混凝土,待混凝土达到设计强度后,再进行张拉、锚固及封堵端部.

1　国内外无粘结预应力混凝土结构的发展概况

无粘结预应力技术始于德国,20世纪50～60年代兴起于美国,并在70年代形成大规模发展趋势.开始,美国采用无粘结预应力板代替钢筋混凝土升板,克服了提升过程中由于不完全同步而引起过大裂缝的缺点,接着采用无粘结预应力混凝土双向平板代替普通钢筋混凝土双向平板,解决了大柱网双向平板的挠度问题.

有关资料表明[1],在1965年～1989年间,美国共消耗100万吨后张预应力筋,其中无粘结预应力筋占73%,至1997年已有1亿m2以上的高层建筑采用了无粘结预应力混凝土.此外,无粘结预应力混凝土技术在加拿大、英国、德国、瑞士、澳大利亚、日本、泰国、新加坡等国家也得到大量的应用.

近年来,国内外对无粘结预应力技术的研究十分重视,从理论和实践中都证明了无粘结预应力混凝土不仅可应用于高层、超高层、大跨度房屋建筑,也可用于桥梁工程.无粘结预应力筋从作为小跨度板梁的体内力筋,逐渐推广到板梁桥.无粘结预应力混凝土楼板于1982年从美国开始迅速在全世界推广.

我国对无粘结预应力的研究始于70年代,并在近十几年来发展较快.1980年北京市建筑工程研究所研制成有防腐涂层及外包装层的无粘结预应力筋的挤塑成型工艺,随后在各大城市的高层建筑中得到大量采

(JGJ92-2004)正式发布,推动了我国无粘结预用.1994年,行业标准《无粘结预应力混凝土结构技术规程》

收稿日期:2007212220

基金项目:国家自然科学基金资助项目(50538087,50478100)

作者简介:杨晓燕(19852),女,山东巨野人,主要从事混凝土结构耐久性研究.

通讯作者:袁迎曙(19452),男,上海人,教授,博士生导师,主要从事混凝土结构耐久性研究.

・19・

应力技术的发展.

目前,北京、大连、南京、福州和天津等地均有专业工厂生产和供应无粘结预应力筋,在我国已建成大量无粘结预应力筋的大开间、大柱网和大跨度的现代建筑,在许多工业与民用建筑中也已应用无粘结预应力混凝土结构.在桥梁方面,据不完全统计[2],至2002年,我国已建成和在建的无粘结预应力混凝土桥梁达30多座,累计折算成10m宽的桥梁总长度已达4000m之多.由于无粘结预应力混凝土桥梁的结构性能好、造价相对较低、工期短,具有较好的经济效益和社会效益,因而随着研究的深入和工程实践的增多,可以预见,无粘结预应力混凝土技术在桥梁结构中的应用会有更广阔的前景.

2　无粘结预应力混凝土结构的耐久性

无粘结预应力混凝土结构的耐久性问题是无粘结预应力结构使用的关键问题.筋与有粘结预应力筋不一样,一旦预应力筋受腐蚀,.在非预应力混凝土结构中,钢筋锈蚀,最后导致混凝土保护层的开裂、,,表现出较明显的预示性.而在无粘结预应力混凝土结构中,,响;而且钢绞线始终处于高应力状态,,,破坏时钢筋的应力远低于其极限抗拉强度,.

:

(1),或者锚固区域使用含有氯化物的封堵砂浆.

(2).

(3).

(4)锚固区域构造处理不完善,或封堵砂浆出现干缩裂缝及施工质量不好造成的,或通过无粘结预应力筋端部单根丝间毛细间隙渗透水分引起的预应力筋及锚具的腐蚀.

研究表明[3],若使用中结构混凝土受潮,特别是水可能受侵蚀性物质污染的地方,例如受海水侵蚀,用防冰盐或严重的大气污染的情况等,无粘结预应力筋易受腐蚀.混凝土结构所处的环境可以划分为一般大气环境、海洋环境、土壤环境及工业环境等,设计时应根据结构的使用环境确定合适的保护层厚度、护套的尺寸及锚具的保护措施等.

所有侵蚀环境中,以处于海洋环境潮汐区结构受氯离子侵蚀最为普遍和严重.氯离子侵入使预应力筋钝化膜破坏.水分和氧气为钢材的腐蚀提供了必要条件,而氯离子作为促进腐蚀的中间产物[4],会对腐蚀起催化作用.

3　锈蚀对无粘结预应力筋力学性能的影响

文献[5]对氯盐环境下混凝土内钢绞线的锈蚀特性进行了试验研究,结果表明:

(1)钢绞线及其中心钢丝的锈蚀均匀性差,具有严重的局部锈蚀———坑蚀形态,对断面小、应力大而又比较脆的预应力钢筋,特别是预应力高强钢丝危害巨大,将使其抗拉承载力受到严重削弱,从而严重影响预应力混凝土结构的使用性能.

(2)7股钢绞线内部有6股彼此之间以及与外侧缝之间均封闭的内孔道,氧气和水可以从端部自由进出,因而在钢绞线内表面会产生类似于空气中的相对全面的、均匀的锈蚀.因此,为防止钢绞线内表面锈蚀,宜将其两端封闭处理.

文献[7]和文献[8]都对锈蚀钢绞线的力学性能进行了试验研究.试验结果表明:随锈蚀程度的增加,局部锈蚀的不均匀性越趋显著;随锈蚀重量损失率的增加,锈蚀钢绞线的名义弹性模量、极限伸长率及名义极限强度迅速降低,钢绞线的塑性变形能力逐渐退化,脆性破坏特征明显.

4　无粘结预应力混凝土结构工程的防护

无粘结预应力筋的防腐蚀性能,与保护层的厚度、所采用的油脂性能及厚度有直接的关系.根据国外经验,混凝土保护层的厚度可取有粘结预应力混凝土结构的保护层厚度[6].

一般来说,引起无粘结预应力筋锈蚀的薄弱环节有以下几方面[7]:锚固区的后浇混凝土不密实或砂浆收缩产生裂缝,锚具上无任何防护措施,无粘结预应力筋涂料保护层不饱满、不连续,锚具与护套连接不当,预应力筋暴露在混凝土中,预应力筋护套的质量差,有裂缝、孔洞或摩擦损坏,预应力筋护套内进入水分并沉积・20・

在最低处,与预应力筋相交的普通架立筋或绑扎铁丝使护套损伤,预应力筋张拉将护套剪坏等.

4.1　对混凝土保护层的耐久性要求

混凝土是预应力结构的重要组成部分,其自身的耐久性在一定程度上决定了预应力结构的耐久性,所以保证混凝土的耐久性是工程防护的前提.提高混凝土的耐久性,可以从以下几方面考虑:控制水泥用量,选用优质水泥;控制水灰比,提高抗渗性和密实度;限制氯离子含量;限制氯离子渗透速率;最小保护层厚度满足要求.

4.2　无粘结预应力筋的防护

为保证无粘结预应力筋免受腐蚀,必须依靠防腐油脂、护套和锚固区设施3道防线,并达到以下要求:

4.2.1　对防腐油脂的要求

(1)具有良好的防腐性能,能隔绝水分(潮气)和杂质,使其不能到达钢筋上;,并在-20～70℃范围内不流淌,不变脆;(3)不与预应力筋、护套、,能保持化学稳定性;(4)油脂本身不含有害物质;(5)、连续,不得出现空白.

4.2.2　对护套的要求

(1)对预应力筋全长应连续,、防杂质的作用;(2)有足够的强度、韧性和一定的厚度,足以抵抗在制造;(3)应具有化学稳定性以及良好的抗低温、、;(4)制作护套的材料不得含有有害化学元素.

4.2.3　试验表明[3],预应力筋的锚固端是遭腐蚀最敏感的部位,特别是在钢丝或组成钢绞线的钢丝之间易形成毛细作用,使水分到达预应力筋应力最高位置.

4.2.3.1　对锚具的要求

锚具不得有砂眼、空隙与其它缺陷,所有加工工件必须经过严格的检查与探伤.

无粘结预应力筋和锚具组装件的静荷载性能应符合锚具效率系数η0.95(即锚具至少应能承受预应a≥

力筋极限强度的95%的拉力),破坏时总应变ε2%.u≥

无粘结预应力筋和锚具组装件的疲劳性能,应通过200万次的疲劳试验,其应力上限为预应力筋标准强度的65%,应力幅度为80Mpa.用于抗震区的锚具,其组装件应能通过50万次的低周往复荷载试验,其应力上下限分别为预应力标准强度的65%和40%.

4.2.3.2　对锚固区的防腐蚀要求

无粘结预应力筋在锚具的外露部分以及锚具的夹片上,必须有永久性的防腐油脂涂盖,或采用专门的塑料帽、金属帽等加以覆盖;在预应力筋的张拉槽口内,应采用低收缩砂浆填充,张拉槽口的内壁,宜涂以环氧树脂粘结剂,以加强砂浆与混凝土之间的粘结;锚具与护套之间的粘结,可采用连接套管或用防水粘结带将二者密封连接,以防止渗入水分,以便对预应力筋提供全封闭的防腐环境.

5　无粘结预应力混凝土结构的修复

关于无粘结预应力混凝土结构的修复[8],其方案的确定由腐蚀损伤的范围和腐蚀引起的应力损失的大小来决定.如果损伤的范围较小且位置容易确定,则只需简单的修补.但大多数情况下,需要移除并替换全部受损的钢绞线束.在方案设计时要考虑到按各种方案修复对结构产生的影响.

当损伤范围较小,使局部修复不便于进行时,可采用体外后张预应力体系来进行结构的加固和修复.如果体外加固方案也不可行,可能就需要进行构件的部分或全部的拆除和替换.

5.1　在役钢绞线束的修复

当结构中诊断出有钢绞线束腐蚀时,应当尽快采取适当的方法制止或减缓在役钢绞线束的腐蚀速度.其中减少水分的入侵是最重要的,所以要进行混凝土的修补和裂缝的密封.如果存在大量裂缝,或者混凝土保护层沿部分或整个构件剥落,那么应当采用防水膜.这可以参考ACI224.1R“混凝土结构中裂缝的原因、评估和修复”.

如果遇到由于张拉槽口处灌浆不密实、锚固区的钢绞线暴露的情况,应当尽快修复.修复时锚具暴露的

・21・

部分,先用喷砂磨料或类似物清理,再涂一层防锈漆或其它防腐蚀剂,并且在张拉槽口处正确填塞.这可以参考无粘结钢绞线标准.

5.2　钢绞线的替换

当一根钢绞线腐蚀损伤是局部的且位置易于确定时,通常采用替换部分钢绞线的方法进行修复.可以不换掉原来的锚具,夹片也不用打开,只需切断损伤部分的钢绞线,用耦合器把新的一段钢绞线连接在两个切头之间;对一根钢绞线进行全长替换时,原来的锚具也可以不换,但在移走旧的夹片时,锚具容易被损坏,施工较困难,故通常的做法是替换使用新的锚具,这样也可以提高体系的耐久性.在已有的护套中插入新的钢绞线时,应保证该段的护套干燥,且应注入一定量的油脂,填充护套内的所有空隙,防止水分再次进入护套开始新的腐蚀循环.

替换钢绞线这种修复方法相对来说造价较高且比较耗时,,尤其是在建筑效果要求较高时.其优点是这种方法不改变结构的建筑外观.

5.3　钢绞线束的替换

绞线束.狭槽.,的混凝土中.

5.4　,大量应用于框架体系的加固,包括双向板、单向板、无梁楼板,框架梁等.采用这种修复方法,一般是沿梁或板的受拉侧张拉直线预应力钢绞线束,或者是张拉折线钢绞线束形成桁架形式.桁架的上弦是构件本身,锚具在其上锚固,下弦是后张的预应力钢绞线束,竖杆通常是钢管等刚性杆件.

体外后张预应力体系,对建筑现有的使用功能破坏小,较以上提到的修复方法节约费用.但当其暴露在结构外部时(比如当其没有被天花板或其他设施隐蔽时)可能改变建筑效果.

5.5　持续的声学监控

声学监控系统能对后张预应力结构体系提供持续的监控:当一股钢绞线或一根钢丝断裂时,能量突然释放,安装在结构各个部位的传感器可以检测到从破坏部位传来的声学反应信号,传感器采集到的信息被现场的终端设备记录,并下传到中心计算机,通过中心计算机的分析,来确定可能的破坏位置.

这种监控系统可以对已知或可疑部位钢绞线束腐蚀的评估和修复提供帮助,以便在保证结构完整性的前提下减少修复费用.

5.6　体外非预应力加固

结构的加固也可以采用非预应力构件,比如钢结构或钢筋混凝土梁、柱等.如果建筑要求允许,最经济的加固方法就是增加柱子等永久性竖向支撑.但这种方法需要再另外增设梁或其他构件以便将荷载传递到原存在的柱子上.

体外非预应力加固对建筑物的使用带来较大的干扰,且可能使原存在的设备绕行.这取决于加固时采用的具体形式和细部处理方法.

5.7　整体拆除并替换

当结构受损较严重,必要时可以进行整体拆除,替换成新的.后张预应力混凝土结构的拆除与非预应力混凝土结构的拆除步骤类似,但其倒塌机制不同.拆除时钢绞线束易形成明显的悬索效应,这对拆除可能有利也可能不利,取决于拆除的方法和应用的设备[11].

一般来说,不在拆除之前先切断钢绞线束,而可以利用钢绞线束来控制构件倒塌过程.拆除时应先有选择地拆除部分楼板和梁.有时需要采取措施防止钢绞线束从构件边缘崩出,以免损伤到临近的构件.也有些研究表明,这对于单根钢绞线体系是不必要的[12].

6　存在问题及主要研究方向

无粘结预应力混凝土技术是一项应用日益广泛的新技术,在无粘结预应力筋的防腐蚀问题的研究上尚・22・

存在一些问题,混凝土防护、腐蚀监测手段和锚具防护体系等还有待深入研究和发展.本文建议从以下几个方面进行考虑:

(1)进一步提高无粘结预应力筋制作工艺及产品质量,增加品种:用高性能纤维加强塑料筋代替钢丝及钢绞线等钢制材料筋,并实现产品系列化;对包裹材料、包裹工艺要认真研究、改进,着眼于防腐度的可靠性和耐久性;提高生产的自动化程度,降低无粘结预应力筋的价格.

(2)提高产品质量检测水平和手段,配套完整锚具、预应力筋检测设备、现场预应力张拉各项测试设备以及微观检测金属材料内在质量的设备.

(3)加强对张拉端、锚固端、中间连接处的锚具及连接器技术的研究,提高锚具在张拉和固定端组装过程中的密封性.需要指出的是,这既要安全,又要经济、简便易行.

参考文献:

[1]肖长礼,汪新梅.无粘结预应力混凝土技术的回顾与展望[J].,1997-[2]迟坤,田秀艳,冯大南.无粘结预应力混凝土综述[J].(4)[3]季直仓.无粘结预应力筋的防腐蚀———建筑科学,1989(2):76-80.

[4]袁广林,王来,鲁彩凤,李庆涛.北京:中国建材工业出版社,2007:113-114.

[5]李富民,袁迎曙.[J].铁道科学与工程学报,2006,3(4):23-28.

[6]袁迎曙,贾福萍,.[J].工业建筑,2006,30(1):43-46.

[7]郑亚明,欧阳平,[J].现代交通技术,2005(6):33-36.

[8]李富民,袁迎曙.[J],东南大学学报(自然科学版),2007,37(5):904-909.

[9]丁培炎,蔡鲁生,肖衍芳.国外无粘结预应力技术应用概况[J].工业建筑,1981(1):38-43.

[10]钱永久.新型无粘结预应力混凝土设计特点和施工技术[J].铁道建筑技术,2000(4):1-4.

[11]CorrosionandRepairofUnbondedSingleStrandTendons[R].ACI423.4R-98,1998.

[12]Causes,EvaluationandRepairofCracksinConcreteStructure[R].ACI224.1R-98,1998.

[13]SpecificationforUnbondedSingleStrandTendons[R].PTI12-1993,1993.

[14]CHACOSG.DemolishingaPost-TensionedParkingGarage[J].ConcreteInternational,1991,13(10).

[15]AALAMIBO,BARTHFG.ControlledDemolitionofUnbondedPost-TensionedConcreteSlab[J].Post-TensioningInstitutePhoenixAriz,1989.

CorrosionProtectionandRepairofUnbondedTendons

YANGXiao2yan,FENGRui,YUANYing2shu

(SchoolofArchitecture&CivilEngineering,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Xuzhou221008,China)

Abstract:Abriefreviewaboutdevelopmentofunbondedprestressedconcretestructureispresented,andthendurabilityproblemsofthestructurecausedbyenvironmentattackarerevealed.Effectsofcorro2sionoftheunbondedtendonsonthemechanicalbehaviorofthetendonsandbearingcapabilityofthestruc2turearediscussed.Thepaperemphasizesthecorrosionprotectionandrepairstrategyoftheunbondedpre2stressedconcretestructure,andpointsouttheexistingproblemsandfutureresearchdirectionontheun2bondedprestressedconcretestructure.

Keywords:unbondedtendons;corrosion;durability

(责任编辑　徐永铭)

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第23卷第2期

Vol.23No.2徐州工程学院学报2008年2月FEB12008JournalofXuzhouInstituteofTechnology

无粘结预应力筋的防护与修复

杨晓燕,冯　瑞,袁迎曙

(中国矿业大学建筑工程学院,江苏徐州　221008)

　　摘要:,但是目前对无粘结预应力筋的防腐蚀研究还不完善,.凝土结构的发展概况,力学性能及结构性能的影响,,最后指出了.

关键词:;耐久性

文献标志码:A　文章编号:167320704(2008)0220019205

无粘结预应力技术是20世纪50年代兴起的一种新的后张预应力工艺,为预应力混凝土的应用开辟了新的领域.由于其结构性能良好、施工方便、经济合理,因而在某些结构和构件中已逐渐取代了灌浆的后张预应力工艺.

无粘结预应力筋是指由单根或多根高强钢丝、钢绞线或高强粗钢筋组成,沿全长涂刷润滑防锈蚀材料并用塑料套管或油纸包裹,允许对周围混凝土发生纵向相对滑动的的后张预应力筋.施工时,无粘结预应力筋与普通钢筋一样,按设计要求直接铺放入模板内,然后浇筑混凝土,待混凝土达到设计强度后,再进行张拉、锚固及封堵端部.

1　国内外无粘结预应力混凝土结构的发展概况

无粘结预应力技术始于德国,20世纪50～60年代兴起于美国,并在70年代形成大规模发展趋势.开始,美国采用无粘结预应力板代替钢筋混凝土升板,克服了提升过程中由于不完全同步而引起过大裂缝的缺点,接着采用无粘结预应力混凝土双向平板代替普通钢筋混凝土双向平板,解决了大柱网双向平板的挠度问题.

有关资料表明[1],在1965年～1989年间,美国共消耗100万吨后张预应力筋,其中无粘结预应力筋占73%,至1997年已有1亿m2以上的高层建筑采用了无粘结预应力混凝土.此外,无粘结预应力混凝土技术在加拿大、英国、德国、瑞士、澳大利亚、日本、泰国、新加坡等国家也得到大量的应用.

近年来,国内外对无粘结预应力技术的研究十分重视,从理论和实践中都证明了无粘结预应力混凝土不仅可应用于高层、超高层、大跨度房屋建筑,也可用于桥梁工程.无粘结预应力筋从作为小跨度板梁的体内力筋,逐渐推广到板梁桥.无粘结预应力混凝土楼板于1982年从美国开始迅速在全世界推广.

我国对无粘结预应力的研究始于70年代,并在近十几年来发展较快.1980年北京市建筑工程研究所研制成有防腐涂层及外包装层的无粘结预应力筋的挤塑成型工艺,随后在各大城市的高层建筑中得到大量采

(JGJ92-2004)正式发布,推动了我国无粘结预用.1994年,行业标准《无粘结预应力混凝土结构技术规程》

收稿日期:2007212220

基金项目:国家自然科学基金资助项目(50538087,50478100)

作者简介:杨晓燕(19852),女,山东巨野人,主要从事混凝土结构耐久性研究.

通讯作者:袁迎曙(19452),男,上海人,教授,博士生导师,主要从事混凝土结构耐久性研究.

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应力技术的发展.

目前,北京、大连、南京、福州和天津等地均有专业工厂生产和供应无粘结预应力筋,在我国已建成大量无粘结预应力筋的大开间、大柱网和大跨度的现代建筑,在许多工业与民用建筑中也已应用无粘结预应力混凝土结构.在桥梁方面,据不完全统计[2],至2002年,我国已建成和在建的无粘结预应力混凝土桥梁达30多座,累计折算成10m宽的桥梁总长度已达4000m之多.由于无粘结预应力混凝土桥梁的结构性能好、造价相对较低、工期短,具有较好的经济效益和社会效益,因而随着研究的深入和工程实践的增多,可以预见,无粘结预应力混凝土技术在桥梁结构中的应用会有更广阔的前景.

2　无粘结预应力混凝土结构的耐久性

无粘结预应力混凝土结构的耐久性问题是无粘结预应力结构使用的关键问题.筋与有粘结预应力筋不一样,一旦预应力筋受腐蚀,.在非预应力混凝土结构中,钢筋锈蚀,最后导致混凝土保护层的开裂、,,表现出较明显的预示性.而在无粘结预应力混凝土结构中,,响;而且钢绞线始终处于高应力状态,,,破坏时钢筋的应力远低于其极限抗拉强度,.

:

(1),或者锚固区域使用含有氯化物的封堵砂浆.

(2).

(3).

(4)锚固区域构造处理不完善,或封堵砂浆出现干缩裂缝及施工质量不好造成的,或通过无粘结预应力筋端部单根丝间毛细间隙渗透水分引起的预应力筋及锚具的腐蚀.

研究表明[3],若使用中结构混凝土受潮,特别是水可能受侵蚀性物质污染的地方,例如受海水侵蚀,用防冰盐或严重的大气污染的情况等,无粘结预应力筋易受腐蚀.混凝土结构所处的环境可以划分为一般大气环境、海洋环境、土壤环境及工业环境等,设计时应根据结构的使用环境确定合适的保护层厚度、护套的尺寸及锚具的保护措施等.

所有侵蚀环境中,以处于海洋环境潮汐区结构受氯离子侵蚀最为普遍和严重.氯离子侵入使预应力筋钝化膜破坏.水分和氧气为钢材的腐蚀提供了必要条件,而氯离子作为促进腐蚀的中间产物[4],会对腐蚀起催化作用.

3　锈蚀对无粘结预应力筋力学性能的影响

文献[5]对氯盐环境下混凝土内钢绞线的锈蚀特性进行了试验研究,结果表明:

(1)钢绞线及其中心钢丝的锈蚀均匀性差,具有严重的局部锈蚀———坑蚀形态,对断面小、应力大而又比较脆的预应力钢筋,特别是预应力高强钢丝危害巨大,将使其抗拉承载力受到严重削弱,从而严重影响预应力混凝土结构的使用性能.

(2)7股钢绞线内部有6股彼此之间以及与外侧缝之间均封闭的内孔道,氧气和水可以从端部自由进出,因而在钢绞线内表面会产生类似于空气中的相对全面的、均匀的锈蚀.因此,为防止钢绞线内表面锈蚀,宜将其两端封闭处理.

文献[7]和文献[8]都对锈蚀钢绞线的力学性能进行了试验研究.试验结果表明:随锈蚀程度的增加,局部锈蚀的不均匀性越趋显著;随锈蚀重量损失率的增加,锈蚀钢绞线的名义弹性模量、极限伸长率及名义极限强度迅速降低,钢绞线的塑性变形能力逐渐退化,脆性破坏特征明显.

4　无粘结预应力混凝土结构工程的防护

无粘结预应力筋的防腐蚀性能,与保护层的厚度、所采用的油脂性能及厚度有直接的关系.根据国外经验,混凝土保护层的厚度可取有粘结预应力混凝土结构的保护层厚度[6].

一般来说,引起无粘结预应力筋锈蚀的薄弱环节有以下几方面[7]:锚固区的后浇混凝土不密实或砂浆收缩产生裂缝,锚具上无任何防护措施,无粘结预应力筋涂料保护层不饱满、不连续,锚具与护套连接不当,预应力筋暴露在混凝土中,预应力筋护套的质量差,有裂缝、孔洞或摩擦损坏,预应力筋护套内进入水分并沉积・20・

在最低处,与预应力筋相交的普通架立筋或绑扎铁丝使护套损伤,预应力筋张拉将护套剪坏等.

4.1　对混凝土保护层的耐久性要求

混凝土是预应力结构的重要组成部分,其自身的耐久性在一定程度上决定了预应力结构的耐久性,所以保证混凝土的耐久性是工程防护的前提.提高混凝土的耐久性,可以从以下几方面考虑:控制水泥用量,选用优质水泥;控制水灰比,提高抗渗性和密实度;限制氯离子含量;限制氯离子渗透速率;最小保护层厚度满足要求.

4.2　无粘结预应力筋的防护

为保证无粘结预应力筋免受腐蚀,必须依靠防腐油脂、护套和锚固区设施3道防线,并达到以下要求:

4.2.1　对防腐油脂的要求

(1)具有良好的防腐性能,能隔绝水分(潮气)和杂质,使其不能到达钢筋上;,并在-20～70℃范围内不流淌,不变脆;(3)不与预应力筋、护套、,能保持化学稳定性;(4)油脂本身不含有害物质;(5)、连续,不得出现空白.

4.2.2　对护套的要求

(1)对预应力筋全长应连续,、防杂质的作用;(2)有足够的强度、韧性和一定的厚度,足以抵抗在制造;(3)应具有化学稳定性以及良好的抗低温、、;(4)制作护套的材料不得含有有害化学元素.

4.2.3　试验表明[3],预应力筋的锚固端是遭腐蚀最敏感的部位,特别是在钢丝或组成钢绞线的钢丝之间易形成毛细作用,使水分到达预应力筋应力最高位置.

4.2.3.1　对锚具的要求

锚具不得有砂眼、空隙与其它缺陷,所有加工工件必须经过严格的检查与探伤.

无粘结预应力筋和锚具组装件的静荷载性能应符合锚具效率系数η0.95(即锚具至少应能承受预应a≥

力筋极限强度的95%的拉力),破坏时总应变ε2%.u≥

无粘结预应力筋和锚具组装件的疲劳性能,应通过200万次的疲劳试验,其应力上限为预应力筋标准强度的65%,应力幅度为80Mpa.用于抗震区的锚具,其组装件应能通过50万次的低周往复荷载试验,其应力上下限分别为预应力标准强度的65%和40%.

4.2.3.2　对锚固区的防腐蚀要求

无粘结预应力筋在锚具的外露部分以及锚具的夹片上,必须有永久性的防腐油脂涂盖,或采用专门的塑料帽、金属帽等加以覆盖;在预应力筋的张拉槽口内,应采用低收缩砂浆填充,张拉槽口的内壁,宜涂以环氧树脂粘结剂,以加强砂浆与混凝土之间的粘结;锚具与护套之间的粘结,可采用连接套管或用防水粘结带将二者密封连接,以防止渗入水分,以便对预应力筋提供全封闭的防腐环境.

5　无粘结预应力混凝土结构的修复

关于无粘结预应力混凝土结构的修复[8],其方案的确定由腐蚀损伤的范围和腐蚀引起的应力损失的大小来决定.如果损伤的范围较小且位置容易确定,则只需简单的修补.但大多数情况下,需要移除并替换全部受损的钢绞线束.在方案设计时要考虑到按各种方案修复对结构产生的影响.

当损伤范围较小,使局部修复不便于进行时,可采用体外后张预应力体系来进行结构的加固和修复.如果体外加固方案也不可行,可能就需要进行构件的部分或全部的拆除和替换.

5.1　在役钢绞线束的修复

当结构中诊断出有钢绞线束腐蚀时,应当尽快采取适当的方法制止或减缓在役钢绞线束的腐蚀速度.其中减少水分的入侵是最重要的,所以要进行混凝土的修补和裂缝的密封.如果存在大量裂缝,或者混凝土保护层沿部分或整个构件剥落,那么应当采用防水膜.这可以参考ACI224.1R“混凝土结构中裂缝的原因、评估和修复”.

如果遇到由于张拉槽口处灌浆不密实、锚固区的钢绞线暴露的情况,应当尽快修复.修复时锚具暴露的

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部分,先用喷砂磨料或类似物清理,再涂一层防锈漆或其它防腐蚀剂,并且在张拉槽口处正确填塞.这可以参考无粘结钢绞线标准.

5.2　钢绞线的替换

当一根钢绞线腐蚀损伤是局部的且位置易于确定时,通常采用替换部分钢绞线的方法进行修复.可以不换掉原来的锚具,夹片也不用打开,只需切断损伤部分的钢绞线,用耦合器把新的一段钢绞线连接在两个切头之间;对一根钢绞线进行全长替换时,原来的锚具也可以不换,但在移走旧的夹片时,锚具容易被损坏,施工较困难,故通常的做法是替换使用新的锚具,这样也可以提高体系的耐久性.在已有的护套中插入新的钢绞线时,应保证该段的护套干燥,且应注入一定量的油脂,填充护套内的所有空隙,防止水分再次进入护套开始新的腐蚀循环.

替换钢绞线这种修复方法相对来说造价较高且比较耗时,,尤其是在建筑效果要求较高时.其优点是这种方法不改变结构的建筑外观.

5.3　钢绞线束的替换

绞线束.狭槽.,的混凝土中.

5.4　,大量应用于框架体系的加固,包括双向板、单向板、无梁楼板,框架梁等.采用这种修复方法,一般是沿梁或板的受拉侧张拉直线预应力钢绞线束,或者是张拉折线钢绞线束形成桁架形式.桁架的上弦是构件本身,锚具在其上锚固,下弦是后张的预应力钢绞线束,竖杆通常是钢管等刚性杆件.

体外后张预应力体系,对建筑现有的使用功能破坏小,较以上提到的修复方法节约费用.但当其暴露在结构外部时(比如当其没有被天花板或其他设施隐蔽时)可能改变建筑效果.

5.5　持续的声学监控

声学监控系统能对后张预应力结构体系提供持续的监控:当一股钢绞线或一根钢丝断裂时,能量突然释放,安装在结构各个部位的传感器可以检测到从破坏部位传来的声学反应信号,传感器采集到的信息被现场的终端设备记录,并下传到中心计算机,通过中心计算机的分析,来确定可能的破坏位置.

这种监控系统可以对已知或可疑部位钢绞线束腐蚀的评估和修复提供帮助,以便在保证结构完整性的前提下减少修复费用.

5.6　体外非预应力加固

结构的加固也可以采用非预应力构件,比如钢结构或钢筋混凝土梁、柱等.如果建筑要求允许,最经济的加固方法就是增加柱子等永久性竖向支撑.但这种方法需要再另外增设梁或其他构件以便将荷载传递到原存在的柱子上.

体外非预应力加固对建筑物的使用带来较大的干扰,且可能使原存在的设备绕行.这取决于加固时采用的具体形式和细部处理方法.

5.7　整体拆除并替换

当结构受损较严重,必要时可以进行整体拆除,替换成新的.后张预应力混凝土结构的拆除与非预应力混凝土结构的拆除步骤类似,但其倒塌机制不同.拆除时钢绞线束易形成明显的悬索效应,这对拆除可能有利也可能不利,取决于拆除的方法和应用的设备[11].

一般来说,不在拆除之前先切断钢绞线束,而可以利用钢绞线束来控制构件倒塌过程.拆除时应先有选择地拆除部分楼板和梁.有时需要采取措施防止钢绞线束从构件边缘崩出,以免损伤到临近的构件.也有些研究表明,这对于单根钢绞线体系是不必要的[12].

6　存在问题及主要研究方向

无粘结预应力混凝土技术是一项应用日益广泛的新技术,在无粘结预应力筋的防腐蚀问题的研究上尚・22・

存在一些问题,混凝土防护、腐蚀监测手段和锚具防护体系等还有待深入研究和发展.本文建议从以下几个方面进行考虑:

(1)进一步提高无粘结预应力筋制作工艺及产品质量,增加品种:用高性能纤维加强塑料筋代替钢丝及钢绞线等钢制材料筋,并实现产品系列化;对包裹材料、包裹工艺要认真研究、改进,着眼于防腐度的可靠性和耐久性;提高生产的自动化程度,降低无粘结预应力筋的价格.

(2)提高产品质量检测水平和手段,配套完整锚具、预应力筋检测设备、现场预应力张拉各项测试设备以及微观检测金属材料内在质量的设备.

(3)加强对张拉端、锚固端、中间连接处的锚具及连接器技术的研究,提高锚具在张拉和固定端组装过程中的密封性.需要指出的是,这既要安全,又要经济、简便易行.

参考文献:

[1]肖长礼,汪新梅.无粘结预应力混凝土技术的回顾与展望[J].,1997-[2]迟坤,田秀艳,冯大南.无粘结预应力混凝土综述[J].(4)[3]季直仓.无粘结预应力筋的防腐蚀———建筑科学,1989(2):76-80.

[4]袁广林,王来,鲁彩凤,李庆涛.北京:中国建材工业出版社,2007:113-114.

[5]李富民,袁迎曙.[J].铁道科学与工程学报,2006,3(4):23-28.

[6]袁迎曙,贾福萍,.[J].工业建筑,2006,30(1):43-46.

[7]郑亚明,欧阳平,[J].现代交通技术,2005(6):33-36.

[8]李富民,袁迎曙.[J],东南大学学报(自然科学版),2007,37(5):904-909.

[9]丁培炎,蔡鲁生,肖衍芳.国外无粘结预应力技术应用概况[J].工业建筑,1981(1):38-43.

[10]钱永久.新型无粘结预应力混凝土设计特点和施工技术[J].铁道建筑技术,2000(4):1-4.

[11]CorrosionandRepairofUnbondedSingleStrandTendons[R].ACI423.4R-98,1998.

[12]Causes,EvaluationandRepairofCracksinConcreteStructure[R].ACI224.1R-98,1998.

[13]SpecificationforUnbondedSingleStrandTendons[R].PTI12-1993,1993.

[14]CHACOSG.DemolishingaPost-TensionedParkingGarage[J].ConcreteInternational,1991,13(10).

[15]AALAMIBO,BARTHFG.ControlledDemolitionofUnbondedPost-TensionedConcreteSlab[J].Post-TensioningInstitutePhoenixAriz,1989.

CorrosionProtectionandRepairofUnbondedTendons

YANGXiao2yan,FENGRui,YUANYing2shu

(SchoolofArchitecture&CivilEngineering,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Xuzhou221008,China)

Abstract:Abriefreviewaboutdevelopmentofunbondedprestressedconcretestructureispresented,andthendurabilityproblemsofthestructurecausedbyenvironmentattackarerevealed.Effectsofcorro2sionoftheunbondedtendonsonthemechanicalbehaviorofthetendonsandbearingcapabilityofthestruc2turearediscussed.Thepaperemphasizesthecorrosionprotectionandrepairstrategyoftheunbondedpre2stressedconcretestructure,andpointsouttheexistingproblemsandfutureresearchdirectionontheun2bondedprestressedconcretestructure.

Keywords:unbondedtendons;corrosion;durability

(责任编辑　徐永铭)

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