《土木工程施工》：非金属预应力钢筋及其代换计算与确认

5.1.1 预应力钢筋的主要类型

预应力混凝土结构或构件的钢筋分为预应力钢筋和非预应力钢筋。常用的预应力钢筋主要有预应力螺纹钢筋、钢丝和钢绞线三种。

1. 预应力螺纹钢筋

(1) 热处理钢筋

热处理钢筋是由普通热轧中碳低合金钢筋经淬火和回火等调质热处理制成。这种钢筋具有强度高、低松弛、粘结性好等优点。热处理钢筋的螺纹按外形分为带纵肋和无纵肋两种，常用于先张法预应力混凝土构件。带纵肋钢筋的公称直径有8.2mm和10mm两种;无纵肋钢筋的公称直径有6mm和8.2mm两种。随着高强度预应力钢材的广泛应用，热处理钢筋的应用越来越少。

(2) 精轧螺纹钢筋

精轧螺纹钢筋如图5.1.1所示，是用热轧方法在整根钢筋的表面上轧出不带纵肋的螺纹外形的钢筋。直径为18mm、25 mm、32 mm、40mm和50mm的精轧螺纹钢筋的螺距分别为9mm、12mm、16mm、20mm和24mm。这种钢筋做为预应力筋，连接非常方便，中部直接采用带有内螺纹的连接器，端头锚固直接采用螺母，无须冷拉与焊接，施工十分方便。精轧螺纹钢筋的力学性能如表5.1.1所示。

图5.1.1 精轧螺纹钢筋外形示意图

dh、dv—基圆直径; h—螺纹高; b—螺纹底宽; L—螺距; r—螺纹规弧

表5.1.1 精轧螺纹钢筋的力学性能 (单位: MPa)

2. 预应力钢丝

预应力钢丝是采用高碳钢线材加工而成、应用于预应力混凝土结构或预应力钢结构。按照强度级别可以分为中强度预应力钢丝800～1270MPa，高强度预应力钢丝1470～1860MPa等; 按照表面镀层可以分为无镀层预应力钢丝，涂环氧树脂预应力钢丝和镀锌预应力钢丝; 按照表面形态可以分为光圆预应力钢丝和螺旋肋预应力钢丝 (如图5.1.2所示) 等; 按照处理工艺可以分为冷拉预应力钢丝和低松弛预应力钢丝。预应力钢丝的力学性能如表5.1.2所示。

图5.1.2 螺旋肋钢丝外形示意图

表5.1.2 预应力钢丝的力学性能 (单位: MPa)

3. 预应力钢绞线

预应力钢绞线是由高强钢丝纽结而成，主要有3股 (1×3) 和7股 (1×7) 钢绞线。其中7股钢绞线是用6根冷拔钢丝围绕一根中心钢丝在绞线机上绞成螺旋状，并经低温回火制成。钢绞线的整根破断力大、柔性好、施工方便。为了提高钢绞线的耐腐蚀性，在钢丝表面喷涂一层环氧树脂保护膜，形成环氧涂层钢绞线。环氧涂层钢绞线从国外引进后，已编制企业标准，批量生产，推广应用。预应力钢绞线的规格与力学性能如表5.1.3所示。为减少应力损失，预应力混凝土结构设计应考虑钢绞线的松弛率的影响，宜选择低松弛钢材，提高结构的有效预应力值。

表5.1.3 预应力钢绞线的力学性能 (单位: MPa)

注: 极限强度标准值为1960MPa的钢绞线作后张预应力配筋时，应有可靠的工程经验。

4. 非金属预应力筋

为了提高预应力混凝土构件或结构的预应力筋耐腐蚀性能，非金属预应力筋的应用日益增多。非金属预应力筋主要是由多股连续纤维与树脂复合而成的增强塑料预应力筋。目前主要品种有:

①碳纤维增强塑料CFRP: 该品种是由碳纤维与环氧树脂复合而成。(www.xing528.com)

②聚酰胺纤维增强塑料AFRP: 该品种是由聚酰胺纤维与环氧树脂或乙稀树脂复合而成。

③玻璃纤维增强树脂GFRP: 该品种是由玻璃纤维与环氧树脂或聚酯树脂复合而成。

非金属预应力筋的规格较多，可以适用于不同的使用要求。CFRP线材的直径为1.5～5.0mm，绞合线有1×19、1×37、1×72等; AFRP棒材直径为2.6～14.7mm，绞合线直径为9.0～14.7mm。

非金属预应力筋与高强预应力筋相比较，具有以下特点:

①抗拉强度高，塑性变形小。CFRP、AFRP和GFRP的破断强度与最高级别的预应力筋的极限强度接近，且达到破断强度前塑性变形很小。

②表观密度小，施工轻便。

③耐腐蚀性强，特别适用于水工、港口和海水环境。

④线膨胀系数与混凝土相近，温度影响小。

非金属预应力筋存在弹性模量较低、极限延伸率小、抗剪强度低及成本高等缺点。

5.1.2 预应力钢筋的检验

预应力筋的品种、级别、规格、数量必须符合设计要求。当预应力筋需要代换时，应进行专门计算，并应经原设计单位确认。

钢筋进场时，应按国家现行相关标准中的规定进行外观检验、抽取试件作力学性能和重量偏差检验，检验结果必须符合相关标准中的规定。

1. 外观检查

预应力钢筋使用前应进行外观检查，采用全数检查，要求有粘结预应力筋展开后应平顺，不得有弯折，表面不应有裂纹、小刺、机械损伤、氧化铁皮和油污等; 无粘结预应力筋应光滑、无裂缝、无明显褶皱。无粘结预应力筋的涂包质量应符合无粘结预应力钢绞线标准的规定。当无粘结预应力筋的护套出现轻微破损时，应用外包防水塑料胶带修补; 若出现严重破损则不得使用。

2. 力学性能检验

预应力钢筋进场时，应按现行国家标准中的规定抽取试件作力学性能试验，包括: 屈服强度、抗拉强度、伸长率、松弛性能和冷弯性能等，其质量必须符合相关标准中的规定。一般应按下列规定验收:

钢丝外观检查合格后，进行力学性能抽样检验，按盘数的2%抽样，但不得小于3盘。从每盘钢丝的两端各截取一个试件，一个做拉伸试验 (抗拉强度与伸长率)，一个做反复弯曲试验。若有某一项试验结果不符合《预应力混凝土用钢丝》(GB/T5223)标准中的要求，则该盘钢丝为不合格品; 并从同一批未经试验的钢丝盘中再取双倍数量的试样进行复检。若仍有一个指标不合格，则该批钢丝为不合格品或逐盘检验取用合格品。

钢绞线力学性能应抽样检验。从每批中选取5%盘 (不少于3盘) 的钢绞线，各截取一个试件进行拉力试验。若有某一项试验结果不符合《预应力混凝土用钢绞线》(GB/T 5224) 标准中的要求，则该盘钢丝为不合格品; 其复验方法与钢丝相同。

5.1.3 预应力钢材的存放

预应力工程材料在运输、存放过程中，应采取防止其损伤、锈蚀或污染的保护措施。预应力钢材由于其强度高、塑性低，在无应力状态下抗腐蚀性能比普通钢筋差，在运输与存放过程中若遭受雨露、潮气或腐蚀性介质的侵蚀，易发生锈蚀，不仅降低质量，而且将出现腐蚀坑，有时甚至会造成钢材脆断。因此，预应力钢筋在运输时应用篷车或油布严密覆盖，存放时应架空堆放在有遮盖的棚内或仓库内，其周围环境不得有腐蚀性介质。若长期存放，宜用乳化防锈剂喷涂钢筋表面。