第2讲 预应力材料

1、第二讲第二讲 预应力混凝土材料预应力混凝土材料Materials for Prestressed Concrete StructurePrestressed Concrete Structures u Why？u What？u When? 第一讲第一讲 回顾回顾2-1 预应力筋预应力筋第二讲第二讲 预应力混凝土材料预应力混凝土材料2-2 预应力混凝土预应力混凝土2-3 预应力孔道及灌浆材料预应力孔道及灌浆材料一一. 对预应力筋的要求对预应力筋的要求 高强度高强度2-1 预应力筋预应力筋 较好的塑性较好的塑性 与混凝土之间有良好的粘结强度与混凝土之间有良好的粘结强度 良好的可焊性良好的可焊性 低

2、的应力松弛低的应力松弛二二. 预应力筋的种类预应力筋的种类 金属预应力筋金属预应力筋 非金属预应力筋非金属预应力筋 预应力螺纹钢筋预应力螺纹钢筋( T) 预应力钢丝预应力钢丝( ( PM, HM , P, H) )中强度预应力钢丝中强度预应力钢丝( ( PM, HM) )消除应力钢丝消除应力钢丝( ( P, H) ) 钢绞线钢绞线 ( S)预应力钢丝预应力钢丝用高碳镇静钢热处理后经多次用高碳镇静钢热处理后经多次冷拔冷拔制成。制成。 螺旋肋钢丝中强度预应力钢丝中强度预应力钢丝( PM, HM)钢丝经冷拔后，存在较大的内应力（残余应力），一般都需钢丝经冷拔后，存在较大的内应力（残余应力），一般都需

3、要采用低温回火处理来消除内应力（要采用低温回火处理来消除内应力（消除应力钢丝消除应力钢丝, P, H ）消除应力钢丝消除应力钢丝( P, H)预应力钢丝预应力钢丝钢绞线钢绞线是用是用2、3、7、19股等高强钢丝扭结（捻）而成的一种高股等高强钢丝扭结（捻）而成的一种高强预应力筋，其中以强预应力筋，其中以7股钢绞线应用最多股钢绞线应用最多。7股钢绞线的公称直股钢绞线的公称直径为径为9.521.6 mm，通常用于无粘结预应力筋，极限强度可高达，通常用于无粘结预应力筋，极限强度可高达1960MPa。2股和股和3股钢绞线用途不广，仅用于某些先张法构件，股钢绞线用途不广，仅用于某些先张法构件，以提高与混凝

4、土的粘结强度。以提高与混凝土的粘结强度。钢绞线钢绞线有粘结钢绞线有粘结钢绞线整盘有粘结钢绞线整盘有粘结钢绞线1高密度聚乙烯或聚丙烯套管高密度聚乙烯或聚丙烯套管2防腐润滑油脂（防腐润滑油脂（12mm厚）厚）3钢绞线（裸线直径为钢绞线（裸线直径为6.2528.6mm)无粘结钢绞线无粘结钢绞线 收盘机收盘机 牵引机牵引机 挤塑机挤塑机 涂油机涂油机冷却水槽冷却水槽 新开发使用的大直径、高强度预应力钢绞线有新开发使用的大直径、高强度预应力钢绞线有s21.8和和s28.6两种，均由两种，均由19根粗细不一的钢丝扭绞而成，外面涂覆常根粗细不一的钢丝扭绞而成，外面涂覆常温延迟硬化型树脂，再热挤上带肋的温延迟

5、硬化型树脂，再热挤上带肋的PE护套。护套。如：如： s21.8钢绞线钢绞线由由19根钢丝分根钢丝分3层层中心中心16钢丝钢丝中间层中间层94钢丝钢丝外层外层95钢丝钢丝s21.8钢绞线截面钢绞线截面 这种钢绞线具有张拉阻力小，安全性高，强度高等优点。这种钢绞线具有张拉阻力小，安全性高，强度高等优点。如：如： s28.6钢绞线钢绞线由由19根钢丝分根钢丝分3层层中心中心16钢丝钢丝中间层中间层66钢丝钢丝外层外层65和和67钢丝钢丝 （间隔布置）（间隔布置）s28.6钢绞线截面钢绞线截面非金属预应力筋非金属预应力筋 非金属预应力筋主要指用非金属预应力筋主要指用纤维增强塑料纤维增强塑料（简称（简称

6、FRP）制成）制成的预应力筋，主要有的预应力筋，主要有u玻璃纤维增强（玻璃纤维增强（GFRP）u芳纶纤维增强（芳纶纤维增强（AFRP）u碳纤维增强（碳纤维增强（CFRP）FRP与钢材相比有下列性能特点：与钢材相比有下列性能特点：u 强度高，重量轻，强质比约为钢材的强度高，重量轻，强质比约为钢材的5倍倍u抗腐蚀性能好抗腐蚀性能好u热膨胀系数与混凝土相近热膨胀系数与混凝土相近u非导电材料及非磁性材料非导电材料及非磁性材料u弹性模量约为钢材的弹性模量约为钢材的2/3-1/2u碳纤维和芳纶纤维筋具有良好的抗疲劳性能碳纤维和芳纶纤维筋具有良好的抗疲劳性能 FRP的缺点是脆、徐变值较大，高温下的热膨胀系数

7、较大。的缺点是脆、徐变值较大，高温下的热膨胀系数较大。成品成品GFRP成品成品CFRP直径8mm直径10mm直径6mm直径8mm三三. 影响预应力筋力学性能的因素影响预应力筋力学性能的因素 松弛松弛松弛松弛钢筋受到已定的张拉力以后，在钢筋受到已定的张拉力以后，在变形变形与与温度温度保持不保持不变的条件下，变的条件下，拉应力拉应力随时间增长而随时间增长而降低降低的现象。的现象。蠕变蠕变在在拉力拉力与与温度温度保持不变的情况下，保持不变的情况下，变形变形随时间而增随时间而增长的现象。长的现象。 预应力筋的松弛试验表明，在第一个小时中，应力松弛非预应力筋的松弛试验表明，在第一个小时中，应力松弛非常显

8、著，试验持续到七八年之后尚未完成，持续常显著，试验持续到七八年之后尚未完成，持续数十年数十年之后之后才能趋于停止。但松弛才能趋于停止。但松弛率率随时间增长而逐渐减小。所以，习随时间增长而逐渐减小。所以，习惯上把惯上把1000小时发生小时发生的松弛作为推断长期松弛的依据，即以的松弛作为推断长期松弛的依据，即以1000小时试验确定的应力松弛，乘以放大系数作为结构使用小时试验确定的应力松弛，乘以放大系数作为结构使用寿命的长期松弛损失。寿命的长期松弛损失。 温度温度 温度对松弛的影响十分显著温度对松弛的影响十分显著。同时应力松弛随温度的升。同时应力松弛随温度的升高而增加的影响长期存在。高而增加的影响长

9、期存在。因此对于采用蒸汽养护或长期处因此对于采用蒸汽养护或长期处于高温状态下工作的预应力混凝土构件，应考虑温度对预应于高温状态下工作的预应力混凝土构件，应考虑温度对预应力松弛的影响。力松弛的影响。 特别高或特别低的温度对预应力筋的性能有很大的影响。特别高或特别低的温度对预应力筋的性能有很大的影响。温度的急剧下降将温度的急剧下降将增加钢筋的强度和弹性模量增加钢筋的强度和弹性模量，但对，但对塑性和塑性和抗冲击性能抗冲击性能不利。不利。 预应力混凝土结构中的预应力混凝土结构中的非预应力纵向钢筋非预应力纵向钢筋一般选用一般选用HRB(F)400和和HRB(F)500，箍筋一般选用，箍筋一般选用HPB3

10、00、HRB(F)335、400、500。Hot rolled Ribbed steel Bar (Fine)(细晶粒细晶粒)热轧带肋钢筋热轧带肋钢筋Hot rolled Plane steel Bar热轧光圆钢筋热轧光圆钢筋普通钢筋强度标准值（普通钢筋强度标准值（N/mm2）Remained Heat Ribbed steel Bar 余热余热处理带肋钢筋处理带肋钢筋一一. 对预应力混凝土的要求对预应力混凝土的要求 强度高强度高2-2 预应力混凝土预应力混凝土 低收缩，低徐变低收缩，低徐变 采用高强度混凝土是为了与采用高强度混凝土是为了与高强度预应力筋高强度预应力筋相适应，保证钢相适应，保证

11、钢筋充分发挥作用，并能有效地减小构件截面尺寸和减轻自重。筋充分发挥作用，并能有效地减小构件截面尺寸和减轻自重。 减小由于混凝土收缩、徐变产生的减小由于混凝土收缩、徐变产生的预应力损失预应力损失有效控制预应力混凝土结构的徐变变形。有效控制预应力混凝土结构的徐变变形。 高弹性模量高弹性模量构件刚度大，变形小，预应力损失减小构件刚度大，变形小，预应力损失减小 快硬、早强快硬、早强能尽早施加预应力，加快施工进度，提高设备利用率能尽早施加预应力，加快施工进度，提高设备利用率 二二. 预应力混凝土的种类预应力混凝土的种类 普通混凝土普通混凝土水泥、砂石为原材料，采用常规生产工艺生产的水泥混凝水泥、砂石为原

12、材料，采用常规生产工艺生产的水泥混凝土，是目前工程中最常用的混凝土。强度等级一般为土，是目前工程中最常用的混凝土。强度等级一般为C30 C50。 预应力混凝土强度等级不预应力混凝土强度等级不宜宜低于低于C40且不且不应应低于低于C30 高强混凝土高强混凝土 采用常规的水泥、砂石为原材料，采用常规生产工艺，主要采用常规的水泥、砂石为原材料，采用常规生产工艺，主要依靠添加依靠添加高效减水剂高效减水剂或同时或同时掺加一定数量的活性矿物材料掺加一定数量的活性矿物材料，使，使新搅拌混凝土硬化后具有高强、高密实性的水泥混凝土。强度新搅拌混凝土硬化后具有高强、高密实性的水泥混凝土。强度等级一般为等级一般为C

13、60 C80。 采用高强混凝土是发展采用高强混凝土是发展高层建筑、高耸结构、大跨度结构高层建筑、高耸结构、大跨度结构的的重要措施。采用高强混凝土可以减少构件截面尺寸、减轻自重重要措施。采用高强混凝土可以减少构件截面尺寸、减轻自重，减少混凝土用量，降低成本。，减少混凝土用量，降低成本。 高强混凝土较为密实，具有良好的高强混凝土较为密实，具有良好的耐久性耐久性，其抗渗和抗冻，其抗渗和抗冻性能均高于普通混凝土，因此属于腐蚀性环境下或易破损的结性能均高于普通混凝土，因此属于腐蚀性环境下或易破损的结构，构，尤其是基础设施工程，多采用高强混凝土尤其是基础设施工程，多采用高强混凝土。 高强混凝土具有优良的物

14、理力学性能及良好的耐久性，但高强混凝土具有优良的物理力学性能及良好的耐久性，但是是延性较差延性较差。 在高强混凝土中加入适量在高强混凝土中加入适量钢纤维钢纤维后制成的纤维增强高强混后制成的纤维增强高强混凝土，其抗拉、抗弯、抗剪强度均有提高，其韧性（延性）凝土，其抗拉、抗弯、抗剪强度均有提高，其韧性（延性）和抗疲劳、抗冲击等性能则大幅提高。和抗疲劳、抗冲击等性能则大幅提高。高性能混凝土（高性能混凝土（HPC） 高性能混凝土，是指混凝土具有高强度、高性能混凝土，是指混凝土具有高强度、高耐久性、高流动性等多方面的优越性能。高耐久性、高流动性等多方面的优越性能。高性能混凝土不是传统混凝土的简单扩展，高

15、性能混凝土不是传统混凝土的简单扩展，而是一种而是一种新材料新材料。 实践证明，诸如实践证明，诸如桥梁、道路、海上构筑物、桥梁、道路、海上构筑物、化工构筑物化工构筑物等设计使用寿命较长且处于恶劣等设计使用寿命较长且处于恶劣环境中的结构物的破坏原因，并不一定是强环境中的结构物的破坏原因，并不一定是强度问题，而大多数是因为耐久性问题。事实度问题，而大多数是因为耐久性问题。事实上，上，强度高的混凝土不一定能够保证有强度高的混凝土不一定能够保证有的耐久性。的耐久性。宁波北仑港码头混凝土梁（建成后宁波北仑港码头混凝土梁（建成后11年）年）高性能混凝土的优良性能主要体现在：高性能混凝土的优良性能主要体现在：

16、u 高体积稳定性高体积稳定性u 高耐久性高耐久性u 高工作性高工作性高性能混凝土还具备反应热低、密度小、耐磨、耐疲劳和高性能混凝土还具备反应热低、密度小、耐磨、耐疲劳和放气少等特性。放气少等特性。 高强轻骨料混凝土高强轻骨料混凝土 纤维增强混凝土纤维增强混凝土 自密实混凝土自密实混凝土几类特殊混凝土介绍几类特殊混凝土介绍2-3 预应力孔道及灌浆材料预应力孔道及灌浆材料一一. 预应力孔道预应力孔道 抽拔式制孔抽拔式制孔 预应力混凝土结构所用材料除预应力筋和混凝土外，预应力混凝土结构所用材料除预应力筋和混凝土外，还有还有后张法后张法中预留孔道壁的管道材料和灌浆材料，预应中预留孔道壁的管道材料和灌浆

17、材料，预应力张拉锚固所用的锚具和夹具等。力张拉锚固所用的锚具和夹具等。 钢管抽芯法钢管抽芯法: 主要用于直孔主要用于直孔胶管抽芯法胶管抽芯法: 可用于长孔或曲线孔。可用于长孔或曲线孔。钢管抽芯钢管抽芯直孔直孔 埋入式制孔埋入式制孔 在预应力混凝土构件中根据设计要求永久埋置管道，从而形在预应力混凝土构件中根据设计要求永久埋置管道，从而形成预应力孔道，通常可采用成预应力孔道，通常可采用钢管或金属波纹管钢管或金属波纹管作为制孔器。作为制孔器。 近年来国内外开始采用近年来国内外开始采用塑料波纹管塑料波纹管，采用的塑料为聚丙烯或，采用的塑料为聚丙烯或高密度聚乙烯。塑料波纹管有以下特点：高密度聚乙烯。塑料

18、波纹管有以下特点：金属波纹管金属波纹管u 耐腐蚀性能好耐腐蚀性能好u 不导电不导电u 粘结力高粘结力高u 可弯性好可弯性好u 孔道摩擦损失小孔道摩擦损失小u 重量轻，方便安装和运输重量轻，方便安装和运输 电热板电热板塑料波纹管塑料波纹管二二. 灌浆材料灌浆材料 在某些后张法预应力构件中，为了防止预应力筋的锈蚀并在某些后张法预应力构件中，为了防止预应力筋的锈蚀并使预应力筋与周围混凝土结合成一个整体，在预应力筋张拉使预应力筋与周围混凝土结合成一个整体，在预应力筋张拉完毕后，需向预留孔道内注入完毕后，需向预留孔道内注入水泥浆水泥浆。因此在浇注混凝土之。因此在浇注混凝土之前需设置前需设置灌浆孔、排气孔

19、、排水孔和泌水管灌浆孔、排气孔、排水孔和泌水管等。等。预应力灌浆常会出现水泥浆不饱满，导致钢筋锈蚀，构件断预应力灌浆常会出现水泥浆不饱满，导致钢筋锈蚀，构件断裂等事故。近年来出现了裂等事故。近年来出现了缓粘结水泥砂浆缓粘结水泥砂浆。在浇注混凝土时，。在浇注混凝土时，内部充满缓粘结水泥砂浆的塑料波纹管中的预应力筋与非预内部充满缓粘结水泥砂浆的塑料波纹管中的预应力筋与非预应力筋一样应力筋一样预先布置就位预先布置就位。在混凝土硬化过程中，缓粘结砂。在混凝土硬化过程中，缓粘结砂浆并不硬化，待浆并不硬化，待施加预应力之后缓粘结砂浆才硬化并达到设施加预应力之后缓粘结砂浆才硬化并达到设计强度计强度。这种缓粘

20、结水泥砂浆的特点是。这种缓粘结水泥砂浆的特点是粘结时间长，硬化后粘结时间长，硬化后能达到粘结要求能达到粘结要求。缓粘结灌浆技术缓粘结灌浆技术1.水泥浆自拌制至压入孔道的延续时间，视气温情况而定，一般在水泥浆自拌制至压入孔道的延续时间，视气温情况而定，一般在3045min范围内泥范围内泥 浆在使用前和压注过程中应连续搅拌。对于因延迟使用所致的流动度降低的水泥浆，浆在使用前和压注过程中应连续搅拌。对于因延迟使用所致的流动度降低的水泥浆，不得重通过加水来增加其流动度。不得重通过加水来增加其流动度。2.压浆时，对曲线孔道应从最低点压入，由最高点的排气孔排气和泌水。压浆顺序宜压压浆时，对曲线孔道应从最低点压入，由最高点的排气孔排气和泌水。压浆顺序宜压注下层孔道。注下层孔道。3.压浆应缓慢、均匀地进行，不得中断，并应将所有最高点的排气孔依次一一放开和关压浆应缓慢、均匀地进行，不得中断，并应将所有最高点的排气孔依次一一放开和关闭，使孔道内排气通畅。较集中和领近的孔道，宜尽量先连续压浆完成，不能连续压闭，使孔道内排气通畅。较集中和领近的孔道，宜尽量先