无粘结预应力混凝土结构是指预应力筋全长不与混凝土粘结 (能与混凝土发生相对滑动),依靠锚具传力的一种预应力混凝土结构。无粘结预应力是后张预应力技术的一个重要分支,起源于20世纪50年代的美国,20世纪70年代末移植到我国并开始研究,20世纪80年代初成功地应用于实际工程中,是国家“八五”重点推广技术,现已广泛应用于土木建筑工程。
无粘结预应力施工时,直接将预应力筋按照设计要求铺设在相应的位置,待混凝土浇筑完毕且达到规定强度后,张拉预应力筋并锚固。这种工艺的优点是无须预留孔道与灌浆,施工简单,张拉时摩阻力小,预应力筋具有良好的抗腐蚀性,且易弯成多跨曲线形状,适用于曲线配筋的结构,常用于多层及高层建筑大柱网板柱结构 (平板或密肋板),大荷载的多层工业厂房楼盖体系,大跨度梁类结构。但预应力筋强度不能充分发挥 (一般要降低10%~20%),对锚具的要求也较高。
5.6.1 无粘结预应力筋的用材与质量要求
无粘结预应力筋由钢绞线、专用防腐润滑脂涂料层和高密度聚乙烯塑料外护套构成,如图5.6.1所示。无粘结预应力筋除保证力学性能外,特别要注意其防腐和耐久性。
图5.6.1 无粘结预应力筋构成图
1—塑料护套; 2—涂料层; 3—预应力筋 (钢绞线等)
1. 无粘结预应力筋用材料的要求
(1) 预应力筋
无粘结预应力筋按钢筋种类和直径分为: φS12.7、φS15.2和φS17.8钢绞线等,其质量应符合《预应力混凝土用钢绞线》(GB5224) 和《无粘结预应力钢绞线》(JGJ161) 中的要求,且应附有质量保证书。
(2) 涂料层
涂料层的作用是使预应力筋与混凝土隔离,减少张拉时的摩擦损失,防止预应力筋锈蚀等。因此,对涂料层的要求是具有良好的化学稳定性; 不透水,不吸湿,防水性好,抗腐蚀性能强; 润滑性能好,摩阻力小; 对周围材料 (如混凝土、钢材和外包材料) 无侵蚀作用; 在规定温度范围 (一般为-20℃~ +70℃) 内不流淌,不变脆,不裂缝,且具有一定韧性; 同时还要考虑价格便宜,取材容易和施工方便等,常用的涂料层有防腐油脂和防腐沥青。
制作单根无粘结预应力筋时,宜优先选用防腐油脂作涂料层,油脂的涂层要饱满,塑料外包层宜采用塑料注塑机注塑成型,且外包层应松紧适度; 成束无粘结预应力筋可以用防腐沥青或防腐油脂作涂料层,当使用防腐沥青时,应密缠塑料带作外包层,塑料带各圈之间的搭接宽度应不小于带宽的1/2,缠绕层数不少于4层。
(3) 塑料外包层
塑料外包层应具有足够的抗拉强度和防水性能,宜采用高密度聚乙烯。要求在-20℃~+70℃温度范围内,低温不脆化,高温化学稳定性好; 必须具有足够的韧性、抗破损性; 对周围材料 (如混凝土、钢材) 无侵蚀作用; 防水性好。对一、二类环境塑料外包层厚度应不小于1.0mm,对三类环境应按设计要求确定。由于聚氯乙烯在长期的使用过程中氯离子将析出,对周围的材料有腐蚀作用,故严禁使用。
2. 无粘结预应力筋质量验收
(1) 质量要求
经力学性能检验合格的预应力钢材方可用于制作无粘结预应力筋。产品外观要求油脂饱满均匀,不漏涂; 护套圆滚光滑,松紧恰当,无破损。对φS15.2钢绞线或7φP5钢丝束,油脂用量不小于0.5kg/10m; 对φS12.7钢绞线油脂用量不小于0.43kg/10m。在正常环境下护套厚度不小于0.8mm,在腐蚀环境下护套厚度不小于1.2mm。
(2) 抽检
无粘结预应力筋进场时应按以下规定验收: 每次同规格订货为一检验批,且每批重量不大于30t; 外观应逐盘检查; 每批抽样三根进行油脂与塑料护套检查。每根长1m,称出产品重后,剖开塑料护套,分别用柴油清洗擦净并用天平称出钢材与塑料护套重,即得油脂重; 再用千分卡量取塑料每段端口最薄和最厚处的两个厚度取平均值。
5.6.2 无粘结预应力筋的施工工艺
无粘结预应力筋的施工工艺主要包括预应力筋的铺设、张拉和锚固区防腐处理等。
1. 无粘结预应力筋的铺设
铺设前,应对无粘结预应力筋逐根进行外包层检查,对有轻微破损者,可包塑料带修补,对破损严重者应予报废。对配有镦头式锚具的钢丝束应认真检查锚杯内外螺纹,镦头外形尺寸及是否漏镦,并将定位连杆拧入锚杯内。无粘结预应力筋的铺设应严格按设计要求的曲线形状,正确就位并固定牢靠。无粘结预应力筋的铺设应满足下列要求:
(1) 无粘结预应力筋的铺设通常在绑扎完成底筋后进行。(www.xing528.com)
(2) 预应力筋或成孔管道竖向位置偏差应符合表5.6.1中的规定。
表5.6.1 预应力筋或成孔管道竖向位置允许偏差
(3) 除符合上述 (2) 的规定外,尚应符合下列要求: ①无粘结预应力筋的定位应牢固,浇筑混凝土时不应出现移位和变形; ②端部的预埋锚垫板应垂直于预应力筋; ③内埋式固定端垫板不应重叠,锚具与垫板应贴紧; ④成束布置时应能保证混凝土密实,且能裹住预应力筋; ⑤无粘结预应力筋的护套应完整,局部破损处应采用防水胶带缠绕紧密。
(4) 在单向连续梁板中,无粘结预应力筋的铺设基本上与非预应力筋相同。无粘结预应力筋的曲率,可以垫铁马凳控制。铁马凳高度应根据设计要求的无粘结预应力筋曲率确定,铁马凳间隔不宜大于2m,且应用铁丝与无粘结预应力筋扎紧。
(5) 铺设双向配筋的无粘结预应力筋时,无粘结预应力筋需要配制成两个方向的悬垂曲线,由于两个方向的无粘结预应力筋互相穿插,给施工操作带来困难。因此必须事先编出无粘结预应力筋的铺设顺序。其方法是将各向无粘结预应力筋各搭接点处的标高标出,对各搭接点相应的两个标高分别进行比较,若一个方向某一无粘结预应力筋的各点标高均分别低于与其相交的各筋相应点标高时,则该筋就可以先放置。按此规律编出全部无粘结预应力筋的铺设顺序。
(6) 多根无粘结预应力筋组成集束配置时,每根无粘结预应力筋应保持平行走向,不得相互扭绞。曲线筋的曲线段的起始点至张拉锚固点应有一段不小于300mm的直线过渡段。
(7) 楼板中的无粘结预应力筋当遇到孔洞、管道、凹槽、插件时,在平面内需作出某些偏移。这时应注意,由于无粘结预应力筋的侧向力作用,可能使混凝土开裂,为避免和控制这类裂缝,无粘结预应力筋离开孔边要有一定的距离,并以足够大的曲率半径平缓绕过板中的开孔,如图5.6.2所示。洞口边还应配置构造钢筋予以加强。
图5.6.2 洞口处无粘结预应力筋构造要求示意图
(1) a≥300mm,b≥150mm,c≤1000mm;(2) 弯折坡度>6∶ 1; (3) 加V形钢筋φ10@150mm
(8) 应注意梁、柱节点处,梁的预应力筋应穿入柱子主筋内,不要穿柱子保护层而过。若发现有这种做法应预以纠正。
2. 无粘结预应力筋的张拉
无粘结预应力筋的张拉与有粘结预应力筋的后张法基本相似。无粘结预应力筋的张拉顺序,应根据其铺设顺序,先铺设的先张拉,后铺设的后张拉。楼盖结构宜先张拉楼板、后张拉楼板梁。楼板中的预应力筋可以依次张拉,梁中预应力筋宜对称张拉。
由于无粘结预应力筋一般为曲线配筋,当长度超过25m时,宜采取两端同时张拉;当长度超过60m时,宜采取分段张拉。
成束的无粘结预应力筋在正式张拉前,宜先用千斤顶往复抽动1~2次,以降低张拉摩擦损失。在张拉过程中,当有个别钢丝发生滑脱或断裂时,可以相应降低张拉力,但滑脱或断裂的数量,应不超过结构同一截面无粘结预应力筋总数的3%。
无粘结预应力筋在梁板结构中应用较多,经常遇到在梁板顶面或墙壁侧面的斜槽内张拉预应力筋等情况,此时宜采用变角张拉装置。变角张拉装置如图5.6.3所示,其关键部件是变角块。变角块可以是整体的或分块的,前者仅为一个特定工程所用; 后者则可以根据需要由若干块组合使用。以分块式变角装置的每一个变角块的变角量为5°,根据需要进行组合,可以满足5°~60°的变角要求。
采用变角度张拉工艺时,经实际测试,变角10°~25°时,应超张拉2%~3%; 变角25°~40°时,应超张拉5%,弥补预应力损失。
图5.6.3 变角张拉装置示意图
应力筋; 2—油嘴; 3—YCQ20千斤顶; 4—变角块; 5—顶压器或限位器; 6—锚具7—垫板; 8—螺旋筋
3. 锚固区防腐处理
锚具是无粘结预应力筋的关键部分,对锚固区的保护是至关重要的。无粘结预应力筋的外露长度应不小于30mm,多余部分可以用手提砂轮切去。锚具等锚固部位应及时进行密封处理。一般应在锚具与承压板的表面涂以防水涂料,以防水汽进入。为了使无粘结预应力筋端头全密封,在锚具端头涂防腐润滑油脂,罩上封端塑料盖帽,以防预应力筋发生局部锈蚀。
对于凹入式锚固区,锚具经上述处理后,再用后浇膨胀混凝土或低收缩水泥砂浆或环氧砂浆密封,且应在与老混凝土交界处涂刷一层粘结剂。凹入式锚固区的处理如图5.6.4所示。
图5.6.4 凹入式锚固区的处理示意图
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