控制體外預應力混凝土結構的技術措施

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【摘  要】體外預應力結構在耐久性方面仍存在問題，文內對體外預應力混凝土結構的耐久性進行分析，在此基礎上淺述現階段采取的防護措施，指出其仍存在的一些問題，并提出提高體外預應力混凝土結構耐久性的措施。 

【關鍵詞】控制；體外；預應力；混凝土；結構；技術措施  體內預應力結構由于預應力筋設置于混凝土內部，降低了混凝土的澆筑質量，而且管道灌漿的施工質量也難以保證，這些因素使得體內預應力結構的耐久性容易出現問題。體外預應力結構在耐久性方面有其獨有的優(yōu)勢：體外預應力筋設置于混凝土外，不影響混凝土的振搗密實，而且索設置于混凝土體外，便于檢測、重新張拉和更換。體外索的檢測可以預防破壞事故的發(fā)生，而索的重新張拉及索的更換，可以保證力筋的應力水平及結構的可靠性，延長了結構的壽命，使其在壽命期內經濟性優(yōu)于體內預應力混凝土結構。  1 體外預應力筋腐蝕破壞原理  1.1 體外預應力筋的腐蝕機理  同普通混凝土結構的鋼筋腐蝕一樣，體外預應力筋的腐蝕也是一個電化學反應過程：由于預應力筋某兩點處的材質和環(huán)境的差異，分別引起兩點間的電位差，不同電位的區(qū)段之間形成陽極和陰極，陽極反應和陰極反應的進行將導致預應力筋破壞。預應力筋表面有一層氧化膜，由于應力作用、氯離子穿透等引起錒筋表面鈍化膜脫落，裸露的鋼筋表面處于活化狀態(tài)，在腐蝕環(huán)境中，鋼筋便發(fā)生陽極反應，鐵原于失去電子變成鐵離子，進入溶液。  1.2 應力腐蝕斷裂和氫脆  與普通混凝土結構的鋼筋不同體外預應力筋長期處于高應力狀態(tài)，在特定的腐蝕環(huán)境中很容易出現應力腐蝕，在腐蝕過程中會產生氫脆現象。應力腐蝕一般是指金屬在拉伸應力和腐蝕環(huán)境的共同作用下發(fā)生脆性斷裂。在這種腐蝕過程中，應力阻止裂縫尖端形成保護膜，在應力下裂縫尖端保護膜不停破裂，露出滑移臺階，裂縫尖端表面活性上升，在腐蝕介質中形成小陽極和大陰極的應力腐蝕電池，其裂縫尖端為陽極，金屬表面為陰極，這種腐蝕電池加大了快速陽極溶解，使裂縫向深度發(fā)展直至斷裂。應力腐蝕是金屬結構危害最大的破壞之一，其腐蝕速度遠大于無應力狀態(tài)，有可能在毫無預兆的情況下發(fā)生脆斷。  氫脆是指氫原子擴散到裂縫尖端的金屬內部，使這些部位的金屬變脆，在同拉應力共同作用時產生脆斷。氫也會引起金屬塑性降低，開裂和斷裂，因而又稱為氫損傷。在應力作用下氫會在結構缺口和裂縫尖端的三向拉應力區(qū)集合，應力強度愈高局部聚集的氫越多，在拉應力共同作用下，體外預應力筋脆斷。  1.3 疲勞腐蝕機理  金屬的疲勞腐蝕系指構件在交替變應力與腐蝕環(huán)境的共同作用下產生的脆性斷裂。其形成的破壞比單純的交變應力或單純的腐蝕作用造成的破壞嚴重得多。腐蝕疲勞破壞可以在很低應力下發(fā)生，也沒有一定的腐蝕介質，而且在鋼筋的活化區(qū)、純化區(qū)都會發(fā)生。由于體外預應力筋在錨固端之間沒有受到約束，在活荷載作用下可能產生獨立于梁的振動，處理不當預應力筋更容易發(fā)生疲勞腐蝕而失效破壞。  2 混凝土的質量劣化  同普通混凝土結構一樣，體外預應力混凝土結構的質量劣化原因主要有以下幾種。  2.1 混凝土的熱脹冷縮  混凝土也具有熱脹冷縮，浸水膨脹，失水收縮的特點，當混凝土處于溫濕度交替急驟變化時，其表面及內部的體積變化不協(xié)調，從而出現裂縫，降低結構的整體強度。  2.2 堿集骨料反應  堿一骨料反應是組成混凝土中的水泥、外摻合料、外加劑或拌合水中的可溶性堿和混凝土的空隙中，以及集料中能同堿反應的活性成分在混凝土的使用期逐漸發(fā)生的一種化學反應。該反應引起的開裂破壞是整體性的。  2.3 混凝土的碳化  混凝土碳化是指空氣中的co2引起混凝土中性化的過程，如果體外預應力混凝土結構沒有配置體內主筋，碳化過程對結構的受力性能影響很小。此外表面可磨損、空隙中的鹽類結晶、凍脹循環(huán)也會造成混凝土質量的劣化。  3 體外預應力筋及錨具的防護  體外預應力筋是體外預應力混凝土結構的主要受力構件，它是通過錨具將預應力傳遞給主體結構，它們的耐久性是決定結構耐久性。為此，必須采取必要措施保護體外預應力筋及錨具。  3.1 對預應力筋的防護  與體內預應力筋不同，體外預應力筋沒有混凝土保護層，鋼索直接暴露在自然環(huán)境中，且預應力筋又是對腐蝕極其敏感，若防護不當極容易腐蝕破壞，將造成巨大損失，目前對體外索的防腐保護大體可分為三類。  3.1.1 裸露預應力筋束鍍鋅或涂層保護  對鋼筋表面鍍鋅實際是一種犧牲陽極用陰極保護法，在腐蝕介質中鋅原子失去電子變?yōu)殛栯x子而出現腐蝕，從而使陰極的鋼筋受到保護。這種方法造價低、結構簡單，但缺點也多；鍍鋅溫度達400℃左右，會造成鋼絞線或鋼絲強度降低；由于鍍鋅是犧牲陽極保護，可能引起氫產生氫脆加速破裂，尤其在不含氧的非氧化性酸環(huán)境中發(fā)生；鋼絲直接暴露在大氣中，容易碰撞損傷，不利體外預應力筋防腐；鍍鋅防腐污染環(huán)境。  3.1.2 套管加填充材料防腐  這種方法是在索的外面加套管，待張拉完預應力筋后，在套管內灌注填充材料，其中索可以是鍍鋅鋼絲或鋼絞線、涂環(huán)氧涂層鋼絞線、裸鋼絲或鋼絞絲。這種防腐系統(tǒng)增加了兩層防腐屏障(填充材料和套管)，因此防腐性能優(yōu)于第一種，但造價也較高。  3.1.3 采用單股無粘結鋼絞線  單股無粘結鋼絞線是將鋼絞線擠入pe套管并內充油脂而形成，它自身具有防護系統(tǒng)，可以不用管道而單獨使用，也可以外面加套管，并充入灌漿材料構成具有多重防護功能的防護體系。無粘結鋼絞線直接在工廠生產，不僅提高質量，而且提高鋼絞線在運輸、存儲、安裝過程的耐腐蝕性。單股無粘結鋼絞線外加套管的結構，無論采用剛性灌漿材料還是非剛性灌漿材料，均可進行索力調整及單根索或整束索更換。  3.2 體外預應力筋的減振和錨固處理  體外預應力筋僅在錨固和轉向塊處受到約束，當梁受到活載作用時，轉向塊(錨固端)間的預應力筋就可能產生獨立于梁的振動，如果體外索的固有頻率和梁的固有頻率接近，就可能發(fā)生共振。共振不僅影響梁的正常使用，甚至導致體外索斷裂，梁破壞，因此，應采取構造上的措施來避免體外索和梁發(fā)生共振，即避免體外索與梁的固有基本頻率相近。  參考文獻  [1]王強.建筑物的結構設計[m].上海：上海科學技術出版社，2006.  [2]中國建筑科學研究院.混凝土實用手冊[m].北京：中國建工出版社.2001