預應力混凝土的技術優勢及其在工業與民用建筑施工中的應用

張朝營

（河南恒盛建設集團有限公司，河南 許昌 461100）

1 預應力混凝土技術的主要優點

預應力混凝土技術是一項比較成熟、應用廣泛的建筑施工技術，它不僅可以顯著增強施工工程的抗裂性能，同時還可有效改善工程的剛度、耐久度等指標。 眾所周知，混凝土是目前人類社會使用最為廣泛的建材，已被我們廣泛運用于工業建筑、民用建筑以及道路、渡河工程等建筑工程領域。 然而，混凝土本身卻有著比較明顯的缺陷，比如，極限應變值較小。 工程實踐中要想使混凝土不發生開裂等問題， 鋼筋的應力只能達到150～200N/mm2，限制了鋼筋抗拉強度的充分發揮。為了解決這一問題，最便捷的辦法就是應用預應力混凝土技術。

與普通混凝土相比，預應力混凝土不僅顯著提高了建筑構件的抗裂度、剛度，還可以減輕建筑物自重，增加建筑構件的耐久性，同時也顯著降低了建筑工程造價，并具有抗火性能優良、抗疲勞性強等優點。 對于那些大開間、大跨度、重載荷的建筑工程結構，預應力混凝土技術的上述優勢表現得更為明顯。

2 工業與民用建筑工程預應力混凝土結構對混凝土的技術要求

所謂預應力混凝土，簡單說就是混凝土在外荷載作用于構件之前，利用鋼筋張拉后的彈性回縮，對構件受拉區的混凝土預先施加壓力， 產生預壓應力。 當構件在荷載作用下產生拉應力時，首先抵消預應力，然后隨著荷載不斷增加，受拉區混凝土才受拉開裂，從而延遲了構件裂縫的出現，限制了裂縫的開展，提高了構件的抗裂度和剛度[1]。用于工業與民用建筑施工工程中預應力混凝土結構構件的混凝土，在性能上要滿足如下條件：

2.1 強度高

與鋼筋混凝土等建材相比，預應力混凝土采用的必須是高強度的混凝土。 高強度的混凝土才能夠通過先張法等技術手段來全面提升構件的鋼筋與混凝土之間的黏結力， 提高錨固端的局部承壓承載力，滿足建筑工程質量的需要。

2.2 收縮、徐變小

性能合格的預應力混凝土，能夠有效降低收縮、徐變等因素所導致的預應力損失。

2.3 快硬、早強

性能合格的預應力混凝土可盡早施加預應力， 加速臺座、錨具、夾具等施工器具的周轉，降低施工成本，加快施工進度。

國家標準《混凝土設計規范》（GB50010-2010）對預應力混凝土的技術規范有著詳細規定，是行業強制性技術標準，我們在工程實踐中必須嚴格遵循，確保施工質量。

3 先張法預應力混凝土施工技術

3.1 先張法預應力混凝土施工技術適用范圍分析

預應力混凝土的施工工藝有先張法、后張法、后張自錨法和電熱法多種，而以先張法和后張法應用較多，工藝較典型[2]。 先張法預應力施工技術工序較為簡單， 在工業與民用建筑工程施工中應用廣泛，尤其適合于中小型建筑構件的施工。

所謂“先張法”是指在混凝土澆筑之前先張拉預應力鋼筋，施工中利用臺座或者鋼模將預應力鋼筋臨時固定， 等混凝土達到一定強度 （通常要求應不低于混凝土設計強度標準值的75%），混凝土與預應力筋產生一定的黏結力時，放松預應力筋使混凝土受到預應力筋的反彈作用， 從而讓建筑構件受拉區的混凝土承受預壓應力。

3.2 先張法預應力混凝土施工技術常用的兩種施工方法

施工實踐中，先張法預應力混凝土施工技術主要用于預制定型的預應力中小構件，實踐中主要采用臺座法、機組流水法等技術手段。

3.2.1 臺座法施工技術

顧名思義，臺座法就是在臺座上生產建筑構件，即構件的預應力筋的張拉、固定，混凝土的澆筑、養護和預應力筋的放松等工序均在臺座上完成。

3.2.2 機組流水法施工技術

與臺座法不同，機組流水法是利用鋼模板作為固定預應力的承力架，建筑構件連同模板通過固定的機組，以流水式完成其生產過程。

4 后張法預應力混凝土施工技術

4.1 后張法預應力混凝土施工技術適用范圍分析

后張法預應力混凝土施工技術，是先制作建筑構件并預留孔道，等建筑構件的混凝土強度達到設計數值，再在孔道內穿入預應力筋并進行張拉，用錨具等在建筑構件端部錨固預應力筋，然后進行孔道灌漿。采用后張法預應力混凝土施工技術時，預應力筋的張拉力主要靠建筑構件端部的錨具傳遞給混凝土， 使其產生預應力。

采用后張法預應力混凝土施工技術，在操作時無需臺座等設備的輔助，具有靈活性強等優點，所以這種技術手段可以被廣泛地應用于各種施工現場， 特別適合大型預制預應力混凝土建筑構件的現場澆筑。 但是，這種施工技術的工序復雜，加之錨具要永久留存于建筑構件，耗鋼量大。 這就需要我們依據建筑工程的技術指標、經濟指標等要求科學抉擇。

后張法預應力混凝土施工技術可分為有黏結預應力施工技術、無黏結預應力施工技術，如今技術人員又研發出緩黏結預應力施工技術。

4.2 后張法預應力混凝土施工中預應力筋的制作

4.2.1 單根預應力筋的制作

單根預應力筋通常是采用預應力螺紋鋼筋，經配料、對焊、冷拉等工序完成。 為保證建筑構件的質量，施工中宜采用控制應力的方法進行冷拉， 所以鋼筋配料時要嚴格按照鋼筋的品種測定冷拉率。如果某批鋼筋的冷拉率變化較大，應盡可能把冷拉率相近的鋼筋對焊在一起進行冷拉，以保證鋼筋冷拉力的均勻性。

當構件兩端均采用螺紋端桿錨具時，預應力筋的下料長度為：

L=（l+2l2-2l1）/（1+γ–σ）+nΔ。

當一端采用螺紋端桿錨具，另一端采用幫條錨具或鐓頭錨具時，預應力筋的下料長度為：L=（l+l2+l3-2l1）/（1+γ–σ）+nΔ。

式中，l—構件的孔道長度；l1—螺紋端桿長度， 一般為320mm；l2—螺紋端桿伸出構件外的長度， 一般為120～150mm；l3—幫條錨具或鐓頭錨具所需鋼筋長度；γ—預應力筋的冷拉率（由試驗定）；σ—預應力筋的冷拉回彈率， 一般為0.4%～0.6%；n—對焊接頭數量；Δ—每個焊接頭的壓縮量，取一個鋼筋直徑。

4.2.2 鋼筋束的制作

鋼筋束通常由Φ10mm 的鋼筋編束制作而成， 鋼絞線由Φ12mm 或Φ15mm 的鋼絞線編束制作而成。 制作預應力筋主要包括開盤冷拉、下料和編束等工序，每束3～6 根，一般不需對焊接長，下料是在鋼筋冷拉后進行。 鋼絞線下料前，應在切割口的兩側各50mm 處用鐵絲綁扎，切割后應將切割口立即焊接，以避免松散。

為了保證構件孔道穿入筋和張拉時不發生扭結，應將預應力筋編束。編束時先把預應力筋理順，然后用18～22 號鐵絲每隔1 000mm 左右綁扎一道，形成束狀。

5 無黏結預應力混凝土施工技術

5.1 無黏結預應力混凝土性能概述

凡張拉后允許預應力筋與其周圍的混凝土產生相對滑動的預應力筋，都可稱之為無黏結預應力筋。

無黏結預應力筋混凝土是新技術，其施工方法是在預應力筋的表面粉刷防腐潤滑脂并包上塑料管， 鋪設在模板的預應力筋設計位置處，而后澆筑混凝土。 等混凝土達到設計強度后，再進行預應力筋的張拉、錨固等工序。

無黏結預應力混凝土施工技術的優點是不需要留設孔道、穿筋、灌漿等工序，所以施工程序簡單，摩擦力小，預應力筋易彎成多跨曲線形狀等。 其缺點是預應力筋的強度不能充分發揮（一般要降低10%～20%）， 而且施工中對錨具要求較高。 由實踐來看，無黏結預應力筋在雙向連續平板和密肋板中應用比較經濟，在大跨度連續梁中也有較大發展。

5.2 無黏結預應力束的制作

一般由鋼絞線或高強鋼絲組成鋼絲束，通過專用設備涂包防腐油脂和塑料套管構成一種新型預應力筋。 從技術上說，涂料層的作用主要是隔離預應力筋與混凝土， 減少張拉時的摩擦力損失，并預防預應力筋的銹蝕。 制作無黏結預應力束對涂料層、外包層的技術性能要求見表1，制作工序見圖1。

表1 制作無黏結預應力束對涂料層、外包層的技術性能要求

圖1 無黏結預應力束制作工序

[1]羅來祥.工民建施工中預應力混凝土技術的應用[J].中華民居（學術版），2013（07）.

[2]吳文才.淺議先張法預應力混凝土施工工藝[J].中國高新技術企業，2009（24）.