1、第二講第二講 預應力混凝土材料預應力混凝土材料Materials for Prestressed Concrete StructurePrestressed Concrete Structures u Why？u What？u When? 第一講第一講 回顧回顧2-1 預應力筋預應力筋第二講第二講 預應力混凝土材料預應力混凝土材料2-2 預應力混凝土預應力混凝土2-3 預應力孔道及灌漿材料預應力孔道及灌漿材料一一. 對預應力筋的要求對預應力筋的要求 高強度高強度2-1 預應力筋預應力筋 較好的塑性較好的塑性 與混凝土之間有良好的粘結強度與混凝土之間有良好的粘結強度 良好的可焊性良好的可焊性 低

2、的應力松弛低的應力松弛二二. 預應力筋的種類預應力筋的種類 金屬預應力筋金屬預應力筋 非金屬預應力筋非金屬預應力筋 預應力螺紋鋼筋預應力螺紋鋼筋( T) 預應力鋼絲預應力鋼絲( ( PM, HM , P, H) )中強度預應力鋼絲中強度預應力鋼絲( ( PM, HM) )消除應力鋼絲消除應力鋼絲( ( P, H) ) 鋼絞線鋼絞線 ( S)預應力鋼絲預應力鋼絲用高碳鎮靜鋼熱處理后經多次用高碳鎮靜鋼熱處理后經多次冷拔冷拔制成。制成。 螺旋肋鋼絲中強度預應力鋼絲中強度預應力鋼絲( PM, HM)鋼絲經冷拔后，存在較大的內應力（殘余應力），一般都需鋼絲經冷拔后，存在較大的內應力（殘余應力），一般都需

3、要采用低溫回火處理來消除內應力（要采用低溫回火處理來消除內應力（消除應力鋼絲消除應力鋼絲, P, H ）消除應力鋼絲消除應力鋼絲( P, H)預應力鋼絲預應力鋼絲鋼絞線鋼絞線是用是用2、3、7、19股等高強鋼絲扭結（捻）而成的一種高股等高強鋼絲扭結（捻）而成的一種高強預應力筋，其中以強預應力筋，其中以7股鋼絞線應用最多股鋼絞線應用最多。7股鋼絞線的公稱直股鋼絞線的公稱直徑為徑為9.521.6 mm，通常用于無粘結預應力筋，極限強度可高達，通常用于無粘結預應力筋，極限強度可高達1960MPa。2股和股和3股鋼絞線用途不廣，僅用于某些先張法構件，股鋼絞線用途不廣，僅用于某些先張法構件，以提高與混凝

4、土的粘結強度。以提高與混凝土的粘結強度。鋼絞線鋼絞線有粘結鋼絞線有粘結鋼絞線整盤有粘結鋼絞線整盤有粘結鋼絞線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防腐潤滑油脂（防腐潤滑油脂（12mm厚）厚）3鋼絞線（裸線直徑為鋼絞線（裸線直徑為6.2528.6mm)無粘結鋼絞線無粘結鋼絞線 收盤機收盤機 牽引機牽引機 擠塑機擠塑機 涂油機涂油機冷卻水槽冷卻水槽 新開發使用的大直徑、高強度預應力鋼絞線有新開發使用的大直徑、高強度預應力鋼絞線有s21.8和和s28.6兩種，均由兩種，均由19根粗細不一的鋼絲扭絞而成，外面涂覆常根粗細不一的鋼絲扭絞而成，外面涂覆常溫延遲硬化型樹脂，再熱擠上帶肋的溫延遲

5、硬化型樹脂，再熱擠上帶肋的PE護套。護套。如：如： s21.8鋼絞線鋼絞線由由19根鋼絲分根鋼絲分3層層中心中心16鋼絲鋼絲中間層中間層94鋼絲鋼絲外層外層95鋼絲鋼絲s21.8鋼絞線截面鋼絞線截面 這種鋼絞線具有張拉阻力小，安全性高，強度高等優點。這種鋼絞線具有張拉阻力小，安全性高，強度高等優點。如：如： s28.6鋼絞線鋼絞線由由19根鋼絲分根鋼絲分3層層中心中心16鋼絲鋼絲中間層中間層66鋼絲鋼絲外層外層65和和67鋼絲鋼絲 （間隔布置）（間隔布置）s28.6鋼絞線截面鋼絞線截面非金屬預應力筋非金屬預應力筋 非金屬預應力筋主要指用非金屬預應力筋主要指用纖維增強塑料纖維增強塑料（簡稱（簡稱

6、FRP）制成）制成的預應力筋，主要有的預應力筋，主要有u玻璃纖維增強（玻璃纖維增強（GFRP）u芳綸纖維增強（芳綸纖維增強（AFRP）u碳纖維增強（碳纖維增強（CFRP）FRP與鋼材相比有下列性能特點：與鋼材相比有下列性能特點：u 強度高，重量輕，強質比約為鋼材的強度高，重量輕，強質比約為鋼材的5倍倍u抗腐蝕性能好抗腐蝕性能好u熱膨脹系數與混凝土相近熱膨脹系數與混凝土相近u非導電材料及非磁性材料非導電材料及非磁性材料u彈性模量約為鋼材的彈性模量約為鋼材的2/3-1/2u碳纖維和芳綸纖維筋具有良好的抗疲勞性能碳纖維和芳綸纖維筋具有良好的抗疲勞性能 FRP的缺點是脆、徐變值較大，高溫下的熱膨脹系數

7、較大。的缺點是脆、徐變值較大，高溫下的熱膨脹系數較大。成品成品GFRP成品成品CFRP直徑8mm直徑10mm直徑6mm直徑8mm三三. 影響預應力筋力學性能的因素影響預應力筋力學性能的因素 松弛松弛松弛松弛鋼筋受到已定的張拉力以后，在鋼筋受到已定的張拉力以后，在變形變形與與溫度溫度保持不保持不變的條件下，變的條件下，拉應力拉應力隨時間增長而隨時間增長而降低降低的現象。的現象。蠕變蠕變在在拉力拉力與與溫度溫度保持不變的情況下，保持不變的情況下，變形變形隨時間而增隨時間而增長的現象。長的現象。 預應力筋的松弛試驗表明，在第一個小時中，應力松弛非預應力筋的松弛試驗表明，在第一個小時中，應力松弛非常顯

8、著，試驗持續到七八年之后尚未完成，持續常顯著，試驗持續到七八年之后尚未完成，持續數十年數十年之后之后才能趨于停止。但松弛才能趨于停止。但松弛率率隨時間增長而逐漸減小。所以，習隨時間增長而逐漸減小。所以，習慣上把慣上把1000小時發生小時發生的松弛作為推斷長期松弛的依據，即以的松弛作為推斷長期松弛的依據，即以1000小時試驗確定的應力松弛，乘以放大系數作為結構使用小時試驗確定的應力松弛，乘以放大系數作為結構使用壽命的長期松弛損失。壽命的長期松弛損失。 溫度溫度 溫度對松弛的影響十分顯著溫度對松弛的影響十分顯著。同時應力松弛隨溫度的升。同時應力松弛隨溫度的升高而增加的影響長期存在。高而增加的影響長

9、期存在。因此對于采用蒸汽養護或長期處因此對于采用蒸汽養護或長期處于高溫狀態下工作的預應力混凝土構件，應考慮溫度對預應于高溫狀態下工作的預應力混凝土構件，應考慮溫度對預應力松弛的影響。力松弛的影響。 特別高或特別低的溫度對預應力筋的性能有很大的影響。特別高或特別低的溫度對預應力筋的性能有很大的影響。溫度的急劇下降將溫度的急劇下降將增加鋼筋的強度和彈性模量增加鋼筋的強度和彈性模量，但對，但對塑性和塑性和抗沖擊性能抗沖擊性能不利。不利。 預應力混凝土結構中的預應力混凝土結構中的非預應力縱向鋼筋非預應力縱向鋼筋一般選用一般選用HRB(F)400和和HRB(F)500，箍筋一般選用，箍筋一般選用HPB3

10、00、HRB(F)335、400、500。Hot rolled Ribbed steel Bar (Fine)(細晶粒細晶粒)熱軋帶肋鋼筋熱軋帶肋鋼筋Hot rolled Plane steel Bar熱軋光圓鋼筋熱軋光圓鋼筋普通鋼筋強度標準值（普通鋼筋強度標準值（N/mm2）Remained Heat Ribbed steel Bar 余熱余熱處理帶肋鋼筋處理帶肋鋼筋一一. 對預應力混凝土的要求對預應力混凝土的要求 強度高強度高2-2 預應力混凝土預應力混凝土 低收縮，低徐變低收縮，低徐變 采用高強度混凝土是為了與采用高強度混凝土是為了與高強度預應力筋高強度預應力筋相適應，保證鋼相適應，保證

11、鋼筋充分發揮作用，并能有效地減小構件截面尺寸和減輕自重。筋充分發揮作用，并能有效地減小構件截面尺寸和減輕自重。 減小由于混凝土收縮、徐變產生的減小由于混凝土收縮、徐變產生的預應力損失預應力損失有效控制預應力混凝土結構的徐變變形。有效控制預應力混凝土結構的徐變變形。 高彈性模量高彈性模量構件剛度大，變形小，預應力損失減小構件剛度大，變形小，預應力損失減小 快硬、早強快硬、早強能盡早施加預應力，加快施工進度，提高設備利用率能盡早施加預應力，加快施工進度，提高設備利用率 二二. 預應力混凝土的種類預應力混凝土的種類 普通混凝土普通混凝土水泥、砂石為原材料，采用常規生產工藝生產的水泥混凝水泥、砂石為原

12、材料，采用常規生產工藝生產的水泥混凝土，是目前工程中最常用的混凝土。強度等級一般為土，是目前工程中最常用的混凝土。強度等級一般為C30 C50。 預應力混凝土強度等級不預應力混凝土強度等級不宜宜低于低于C40且不且不應應低于低于C30 高強混凝土高強混凝土 采用常規的水泥、砂石為原材料，采用常規生產工藝，主要采用常規的水泥、砂石為原材料，采用常規生產工藝，主要依靠添加依靠添加高效減水劑高效減水劑或同時或同時摻加一定數量的活性礦物材料摻加一定數量的活性礦物材料，使，使新攪拌混凝土硬化后具有高強、高密實性的水泥混凝土。強度新攪拌混凝土硬化后具有高強、高密實性的水泥混凝土。強度等級一般為等級一般為C

13、60 C80。 采用高強混凝土是發展采用高強混凝土是發展高層建筑、高聳結構、大跨度結構高層建筑、高聳結構、大跨度結構的的重要措施。采用高強混凝土可以減少構件截面尺寸、減輕自重重要措施。采用高強混凝土可以減少構件截面尺寸、減輕自重，減少混凝土用量，降低成本。，減少混凝土用量，降低成本。 高強混凝土較為密實，具有良好的高強混凝土較為密實，具有良好的耐久性耐久性，其抗滲和抗凍，其抗滲和抗凍性能均高于普通混凝土，因此屬于腐蝕性環境下或易破損的結性能均高于普通混凝土，因此屬于腐蝕性環境下或易破損的結構，構，尤其是基礎設施工程，多采用高強混凝土尤其是基礎設施工程，多采用高強混凝土。 高強混凝土具有優良的物

14、理力學性能及良好的耐久性，但高強混凝土具有優良的物理力學性能及良好的耐久性，但是是延性較差延性較差。 在高強混凝土中加入適量在高強混凝土中加入適量鋼纖維鋼纖維后制成的纖維增強高強混后制成的纖維增強高強混凝土，其抗拉、抗彎、抗剪強度均有提高，其韌性（延性）凝土，其抗拉、抗彎、抗剪強度均有提高，其韌性（延性）和抗疲勞、抗沖擊等性能則大幅提高。和抗疲勞、抗沖擊等性能則大幅提高。高性能混凝土（高性能混凝土（HPC） 高性能混凝土，是指混凝土具有高強度、高性能混凝土，是指混凝土具有高強度、高耐久性、高流動性等多方面的優越性能。高耐久性、高流動性等多方面的優越性能。高性能混凝土不是傳統混凝土的簡單擴展，高

15、性能混凝土不是傳統混凝土的簡單擴展，而是一種而是一種新材料新材料。 實踐證明，諸如實踐證明，諸如橋梁、道路、海上構筑物、橋梁、道路、海上構筑物、化工構筑物化工構筑物等設計使用壽命較長且處于惡劣等設計使用壽命較長且處于惡劣環境中的結構物的破壞原因，并不一定是強環境中的結構物的破壞原因，并不一定是強度問題，而大多數是因為耐久性問題。事實度問題，而大多數是因為耐久性問題。事實上，上，強度高的混凝土不一定能夠保證有強度高的混凝土不一定能夠保證有的耐久性。的耐久性。寧波北侖港碼頭混凝土梁（建成后寧波北侖港碼頭混凝土梁（建成后11年）年）高性能混凝土的優良性能主要體現在：高性能混凝土的優良性能主要體現在：

16、u 高體積穩定性高體積穩定性u 高耐久性高耐久性u 高工作性高工作性高性能混凝土還具備反應熱低、密度小、耐磨、耐疲勞和高性能混凝土還具備反應熱低、密度小、耐磨、耐疲勞和放氣少等特性。放氣少等特性。 高強輕骨料混凝土高強輕骨料混凝土 纖維增強混凝土纖維增強混凝土 自密實混凝土自密實混凝土幾類特殊混凝土介紹幾類特殊混凝土介紹2-3 預應力孔道及灌漿材料預應力孔道及灌漿材料一一. 預應力孔道預應力孔道 抽拔式制孔抽拔式制孔 預應力混凝土結構所用材料除預應力筋和混凝土外，預應力混凝土結構所用材料除預應力筋和混凝土外，還有還有后張法后張法中預留孔道壁的管道材料和灌漿材料，預應中預留孔道壁的管道材料和灌漿

17、材料，預應力張拉錨固所用的錨具和夾具等。力張拉錨固所用的錨具和夾具等。 鋼管抽芯法鋼管抽芯法: 主要用于直孔主要用于直孔膠管抽芯法膠管抽芯法: 可用于長孔或曲線孔。可用于長孔或曲線孔。鋼管抽芯鋼管抽芯直孔直孔 埋入式制孔埋入式制孔 在預應力混凝土構件中根據設計要求永久埋置管道，從而形在預應力混凝土構件中根據設計要求永久埋置管道，從而形成預應力孔道，通常可采用成預應力孔道，通常可采用鋼管或金屬波紋管鋼管或金屬波紋管作為制孔器。作為制孔器。 近年來國內外開始采用近年來國內外開始采用塑料波紋管塑料波紋管，采用的塑料為聚丙烯或，采用的塑料為聚丙烯或高密度聚乙烯。塑料波紋管有以下特點：高密度聚乙烯。塑料

18、波紋管有以下特點：金屬波紋管金屬波紋管u 耐腐蝕性能好耐腐蝕性能好u 不導電不導電u 粘結力高粘結力高u 可彎性好可彎性好u 孔道摩擦損失小孔道摩擦損失小u 重量輕，方便安裝和運輸重量輕，方便安裝和運輸 電熱板電熱板塑料波紋管塑料波紋管二二. 灌漿材料灌漿材料 在某些后張法預應力構件中，為了防止預應力筋的銹蝕并在某些后張法預應力構件中，為了防止預應力筋的銹蝕并使預應力筋與周圍混凝土結合成一個整體，在預應力筋張拉使預應力筋與周圍混凝土結合成一個整體，在預應力筋張拉完畢后，需向預留孔道內注入完畢后，需向預留孔道內注入水泥漿水泥漿。因此在澆注混凝土之。因此在澆注混凝土之前需設置前需設置灌漿孔、排氣孔

19、、排水孔和泌水管灌漿孔、排氣孔、排水孔和泌水管等。等。預應力灌漿常會出現水泥漿不飽滿，導致鋼筋銹蝕，構件斷預應力灌漿常會出現水泥漿不飽滿，導致鋼筋銹蝕，構件斷裂等事故。近年來出現了裂等事故。近年來出現了緩粘結水泥砂漿緩粘結水泥砂漿。在澆注混凝土時，。在澆注混凝土時，內部充滿緩粘結水泥砂漿的塑料波紋管中的預應力筋與非預內部充滿緩粘結水泥砂漿的塑料波紋管中的預應力筋與非預應力筋一樣應力筋一樣預先布置就位預先布置就位。在混凝土硬化過程中，緩粘結砂。在混凝土硬化過程中，緩粘結砂漿并不硬化，待漿并不硬化，待施加預應力之后緩粘結砂漿才硬化并達到設施加預應力之后緩粘結砂漿才硬化并達到設計強度計強度。這種緩粘

20、結水泥砂漿的特點是。這種緩粘結水泥砂漿的特點是粘結時間長，硬化后粘結時間長，硬化后能達到粘結要求能達到粘結要求。緩粘結灌漿技術緩粘結灌漿技術1.水泥漿自拌制至壓入孔道的延續時間，視氣溫情況而定，一般在水泥漿自拌制至壓入孔道的延續時間，視氣溫情況而定，一般在3045min范圍內泥范圍內泥 漿在使用前和壓注過程中應連續攪拌。對于因延遲使用所致的流動度降低的水泥漿，漿在使用前和壓注過程中應連續攪拌。對于因延遲使用所致的流動度降低的水泥漿，不得重通過加水來增加其流動度。不得重通過加水來增加其流動度。2.壓漿時，對曲線孔道應從最低點壓入，由最高點的排氣孔排氣和泌水。壓漿順序宜壓壓漿時，對曲線孔道應從最低點壓入，由最高點的排氣孔排氣和泌水。壓漿順序宜壓注下層孔道。注下層孔道。3.壓漿應緩慢、均勻地進行，不得中斷，并應將所有最高點的排氣孔依次一一放開和關壓漿應緩慢、均勻地進行，不得中斷，并應將所有最高點的排氣孔依次一一放開和關閉，使孔道內排氣通暢。較集中和領近的孔道，宜盡量先連續壓漿完成，不能連續壓閉，使孔道內排氣通暢。較集中和領近的孔道，宜盡量先