民用建筑施工中預(yù)應(yīng)力混凝土技術(shù)的應(yīng)用研究

馮科峰

（湖南順天工程項目管理有限公司，湖南 岳陽 414000）

0 引言

民用建筑結(jié)構(gòu)復(fù)雜，建筑類型較多。民用建筑對于預(yù)應(yīng)力混凝土的應(yīng)用基本普及，且隨著時間的推移，預(yù)應(yīng)力混凝土病害仍沒有得到改觀，這對于預(yù)應(yīng)力混凝土的生產(chǎn)廠商來說是一大難題，并影響著民用建筑建設(shè)水平的提高，給建筑后期使用及其運行安全造成了一定的危險隱患。例如，在20 世紀(jì)開通的鷹廈線電氣化鐵路使得接觸網(wǎng)的支柱裂紋產(chǎn)生，同時出現(xiàn)了200多根的混凝土接觸網(wǎng)支柱出現(xiàn)損傷，施工進度受到較大程度的影響，且對施工質(zhì)量造成較大的影響，給國家經(jīng)濟造成巨大損失，因此，如何提升民用建筑預(yù)應(yīng)力混凝土施工質(zhì)量，優(yōu)化施工效率成為目前民用建筑施工質(zhì)量提升的關(guān)鍵點。

1 工程簡介

某地區(qū)民用建筑項目，地上建筑14 層，地下一層，建筑總面積14500m2，總建筑高度達到72m，混凝土型號為C60。本項目工程柱截面尺寸及配筋比例如表1所示。

表1 柱截面尺寸及配筋匯總

由表1 的建筑統(tǒng)計數(shù)據(jù)可知，柱體截面面積減少以后，混凝土使用量減少，預(yù)應(yīng)力混凝土使用后，柱體截面面積由原來的750mm×750mm 減小到650mm×650mm，混凝土用量減少了151t。鋼結(jié)構(gòu)用量也減少，在該建筑結(jié)構(gòu)中的柱體截面面積減少后，對應(yīng)縱向鋼筋和箍筋共節(jié)省鋼筋重量達7t。

2 本項目預(yù)應(yīng)力混凝土施工工藝

2.1 原材料的選擇

（1）水泥。水泥強度等級是導(dǎo)致混凝土性能變化的主要影響因素，同時水泥中礦物質(zhì)的組成比例及細度參數(shù)都會影響到混凝土強度及穩(wěn)定性[1]，在配置預(yù)應(yīng)力混凝土中的水泥材料選擇中，C3A 含量應(yīng)盡量低，同時游離的氧化鈣、氧化鎂等有害金屬離子成分也應(yīng)降低，同時為了保證水泥性質(zhì)具備高流動性和耐久性，外加劑的選擇也是較為重要的，必修與水泥充分的融合。

（2）摻合料。摻合料的選取中，應(yīng)以耐久性的高低作為主要評估參數(shù)，作為普通的硅酸鹽材料來說，很難滿足于預(yù)應(yīng)力混凝土的制備，因此可改變混凝土耐久性與穩(wěn)定性的材料主要基于預(yù)應(yīng)力混凝土自身的組成組分。在本項目工程中，對應(yīng)的摻合料中粉煤灰選取Ⅰ級，細度比例可控制在5%～7%，且對應(yīng)的需水量要控制在85%以上，燒失量要控制在50%以上。

（3）骨料。由于水泥漿界面黏結(jié)強度對于預(yù)應(yīng)力混凝土的強度影響較大，因此在骨料的選擇中，應(yīng)盡可能的選取石灰?guī)r碎石結(jié)構(gòu)，壓水指標(biāo)值設(shè)計比例為5%～8%，并且吸水率應(yīng)達到0.3%，含泥量應(yīng)達到0.2%。

（4）外加劑。在配置預(yù)應(yīng)力混凝土的過程中，關(guān)鍵質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)為選取水泥具有較好的相容性，同時要高效化的控制混凝土初凝對應(yīng)的周期時間，其中初凝時間應(yīng)控制在 7h 左右[2]。

2.2 預(yù)應(yīng)力混凝土配合比設(shè)計

在預(yù)應(yīng)力混凝土制備的過程中，混凝土的流動性、抗離析性的平衡一般都需要有效的調(diào)整單方用水量，并施加一定比例的外加劑的方式來有效解決。本項目工程中，結(jié)構(gòu)部位多數(shù)為剪力墻或者柱體結(jié)構(gòu)，并且柱體鋼筋的綁扎相對緊密，因此在設(shè)計的過程中，應(yīng)高度重視配合比設(shè)計過程，從而配置具有高流動性和高強度的混凝土。

混凝土配置強度如式（1）所示。

式中：fcu,o——混凝土配置強度，MPa；fcu,k——混凝土設(shè)計齡期立方體抗壓強度標(biāo)準(zhǔn)值，MPa；σ——混凝土抗壓強度的標(biāo)準(zhǔn)值。

水灰比計算公式如式（2）、式（3）所示。

粉煤灰設(shè)計量ξ=1.2，摻量7%，最后計算得出粉煤灰用量達到27kg/m3。此外，在假定容量2430kg/m3，選定砂率一般控制在37%。在試拌的過程中，主要選擇使用0.25、0.30 和0.35 三個參數(shù)值，經(jīng)過計算優(yōu)化設(shè)計，得出選用0.30 參數(shù)值的水膠比[3]，其中進行6 組有效的試配比設(shè)計，28d 的混凝土強度等級平均值設(shè)計為72MPa～78MPa，經(jīng)過計算、統(tǒng)計和分析得出混凝土配合比如表2 所示。

表2 混凝土原材料用量及抗壓強度值統(tǒng)計

2.3 預(yù)應(yīng)力鋼筋施工工藝

2.3.1 先張法施工工藝

對于先張法施工來說，澆筑混凝土之前，需要張拉預(yù)應(yīng)力鋼筋，將其固定于臺座或者鋼模板結(jié)構(gòu)上，隨即澆筑混凝土材料。待混凝土澆筑后達到一定強度，要保證預(yù)應(yīng)力鋼筋與混凝土結(jié)構(gòu)之間有充足的黏結(jié)力，這樣才能夠保證預(yù)應(yīng)力鋼筋結(jié)構(gòu)能夠產(chǎn)生對應(yīng)預(yù)應(yīng)壓力。

2.3.2 臺座、張拉設(shè)備

（1）臺座。臺座作為先張法施工與生產(chǎn)的主要設(shè)備類型之一，其不僅承受預(yù)應(yīng)力筋全部的張拉力，同時臺座結(jié)構(gòu)具有足夠的強度與穩(wěn)定性，免受臺座變形、傾覆及滑移的影響而導(dǎo)致的預(yù)應(yīng)力值的損失，針對于臺座的安裝流程，可分為兩種，即敦式和槽式。

（2）夾具與張拉設(shè)備。①夾具。對于夾具來說，其是先張法施工過程中重要的設(shè)備類型之一，不僅能夠固定在張拉臺座上，同時能夠保障臨時性的錨固處理，夾具從結(jié)構(gòu)類型上看，分為很多中，最為常見的就是墩頭式和推銷式兩種[4]。②張拉設(shè)備。對于張拉設(shè)備來說，操作應(yīng)便利化，張拉應(yīng)力的掌控應(yīng)精準(zhǔn)，常用的張拉設(shè)備主要包含：千斤頂、穿心式千斤頂?shù)冉Y(jié)構(gòu)。

2.3.3 先張法施工工藝

先張法施工流程主要為：預(yù)應(yīng)力鋼筋鋪設(shè)→預(yù)應(yīng)力鋼筋的張拉→混凝土澆筑→混凝土養(yǎng)護，對施工流程的優(yōu)化具有重要意義。

2.3.4 后張法施工工藝

（1）后張法的工藝流程。后張法施工重點在于構(gòu)件的制作流程上，在預(yù)應(yīng)力筋的設(shè)計位置上，可穿入對應(yīng)的預(yù)應(yīng)力筋中進行分析和優(yōu)化，按照待測強度穩(wěn)定性達到一定要求后，穿入預(yù)應(yīng)力筋中，并按照相關(guān)的要求施加預(yù)應(yīng)力筋，最后對孔道進行灌漿施工，保證錨具能夠傳遞給混凝土構(gòu)件。

（2）后張法張拉設(shè)備的組成。①錨具。錨具的重要作用是為了保證構(gòu)件結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，保持預(yù)應(yīng)力筋拉力及其穩(wěn)定能夠傳遞到對應(yīng)的混凝土結(jié)構(gòu)上部，并使用永久性的錨固裝置進行處理。錨具結(jié)構(gòu)及設(shè)計應(yīng)符合荷載受力要求，這樣才能夠確保施工流程和施工技術(shù)滿足要娶你，同時錨具結(jié)構(gòu)的種類是較多的，要按照施工規(guī)范的要求，確定具體的錨具型號。②張拉千斤頂。a.對應(yīng)預(yù)應(yīng)力張拉筋結(jié)構(gòu)應(yīng)小于設(shè)備自身的穩(wěn)定受力范圍；b. 對應(yīng)的預(yù)應(yīng)力筋要滿足一次張拉的基本要求，且應(yīng)小于最大的張拉力矩。

2.4 構(gòu)件安裝工藝

2.4.1 柱子的吊裝

對于柱體結(jié)構(gòu)的吊裝來說，應(yīng)按照吊起后的柱身結(jié)構(gòu)是否垂直為原則，強化直吊與斜吊法的控制，按照對應(yīng)的吊升過程進行處理和優(yōu)化。

2.4.2 吊車梁安裝

吊車梁在控制的過程中，要基于基礎(chǔ)杯口結(jié)構(gòu)中二次澆筑混凝土強度的穩(wěn)定性要求，以達到強度穩(wěn)定性的70%以上。

3 預(yù)應(yīng)力混凝土生產(chǎn)質(zhì)量控制措施

預(yù)應(yīng)力混凝土的使用對于增加建筑物凈高、減少層高等具有積極意義，還能夠優(yōu)化建筑空間，減少由于吊頂?shù)妊b修導(dǎo)致的空間感不好等現(xiàn)象發(fā)生。此外還節(jié)省了裝修費用，同時還有利于改善房屋建筑結(jié)構(gòu)的使用功能，可依據(jù)業(yè)主自身的喜好，對建筑結(jié)構(gòu)進行分割處理。從受力角度看，預(yù)應(yīng)力筋產(chǎn)生橫向力，產(chǎn)生向上的等效荷載，可增加用戶的自由度，提高房屋建筑的檔次。

在高強度混凝土生產(chǎn)制備的過程中，不僅要制定科學(xué)合理化的質(zhì)量控制措施，并形成高效的質(zhì)量控制體系，以適應(yīng)混凝土生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的質(zhì)量控制及穩(wěn)定性需求，在混凝土生產(chǎn)環(huán)節(jié)中，應(yīng)優(yōu)化流程，其中預(yù)應(yīng)力混凝土制備的過程中，應(yīng)合理控制和設(shè)計配合比，優(yōu)化材質(zhì)檢測標(biāo)準(zhǔn)和流程，對于材料檢測后不符合規(guī)范要求的材料應(yīng)拒收，加強配合比信息的輸入控制，其中在預(yù)應(yīng)力混凝土制備和應(yīng)用過程中，質(zhì)量控制措施如下。

①控制混凝土材料進場過程中的質(zhì)量監(jiān)管，堅決杜絕材料質(zhì)量不合格產(chǎn)品入場，按照砂粒度大小，逐一分類處理；②合理控制上料的精確性。按照施工材料堆放的統(tǒng)一地點，避免因為上錯料導(dǎo)致的混凝土制備過程中出現(xiàn)質(zhì)量問題；③在預(yù)應(yīng)力混凝土制備的過程中，要合理控制混凝土配合比，科學(xué)合理監(jiān)控砂石材料的含水率；④混凝土罐車進站裝車之前，經(jīng)過反轉(zhuǎn)以后才可以運行，杜絕帶水裝車施工[5]。

4 預(yù)應(yīng)力混凝土在民用建筑工程中應(yīng)用質(zhì)量控制措施

4.1 加強混凝土模板制作

在預(yù)應(yīng)力混凝土制備之前，要選取高強度鋼模板結(jié)構(gòu)，以防止?jié)q模，實現(xiàn)施工中安全系數(shù)的預(yù)留與管理。

4.2 提高泵送能力

預(yù)拌混凝土拌合物提高了預(yù)拌混凝土受力的穩(wěn)定性，減少易散性，降低坍落度，提升泵送效果。

針對泵送混凝土來說，首先要控制配比率，對于高配比的砂石材料，加入混凝土后，配置能力提升，但是配砂率過高的話，會導(dǎo)致混凝土層增厚，進而導(dǎo)致混凝土表面層結(jié)構(gòu)的裂縫增加。基于此，控砂率應(yīng)控制在科學(xué)合理的范圍之內(nèi)。常規(guī)情況下，控砂率應(yīng)控制在38%～40%，且泵送混凝土對于模板結(jié)構(gòu)的側(cè)壓力影響較大，因此在模板的設(shè)計中應(yīng)充分考慮新澆筑混凝土對模板的側(cè)壓力。同時，布料設(shè)備不得碰撞或直接休息在模板上，并在布桿下方加固模板和支撐。澆筑豎向結(jié)構(gòu)混凝土?xí)r，不要直入鋼骨架。澆筑水平結(jié)構(gòu)混凝土?xí)r，混凝土結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足強度和穩(wěn)定性的相關(guān)要求。

4.3 預(yù)應(yīng)力混凝土澆筑施工質(zhì)量控制

按照現(xiàn)有的技術(shù)要求，對應(yīng)的剪力墻結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性要與混凝土進行分層澆筑處理，這樣在先澆筑的過程中，才能夠保持尺桿結(jié)構(gòu)的控制高度達到分層的相關(guān)要求，每一層的澆筑厚度要達到500mm，且墻面結(jié)構(gòu)混凝土經(jīng)過連續(xù)性的澆筑后，高出板底3cm，同時經(jīng)過拆模以后，施工縫得到處理，以滿足施工技術(shù)的相關(guān)要求。

待對應(yīng)的墻體結(jié)構(gòu)以達到既定的施工技術(shù)要求，同時要控制地下室結(jié)構(gòu)水平面的強度穩(wěn)定性，按照既定的設(shè)計要求思路，刷對應(yīng)的液體進行養(yǎng)護和處理，進而控制混凝土的收縮縫。

4.4 加強對預(yù)應(yīng)力混凝土的養(yǎng)護

由于目前預(yù)應(yīng)力混凝土水化熱較高，在養(yǎng)護及其施工作業(yè)的過程中，若實際操作流程不規(guī)范，施工技術(shù)不達標(biāo)，就會導(dǎo)致混凝土內(nèi)外溫差變大，內(nèi)應(yīng)力的出現(xiàn)，會導(dǎo)致混凝土裂縫生成。待預(yù)應(yīng)力混凝土澆筑施工完成后，要按照既定要求，選取立即遮蓋等養(yǎng)護處理方式，保證混凝土結(jié)構(gòu)表面濕潤性，其中預(yù)應(yīng)力混凝土養(yǎng)護周期應(yīng)小于7d。預(yù)應(yīng)力混凝土柱體結(jié)構(gòu)應(yīng)選取塑料布包裹，對于外露表面的部分應(yīng)遮蓋嚴(yán)密，保證塑料布結(jié)構(gòu)內(nèi)部存在凝結(jié)水。因此，為保證混凝土施工質(zhì)量，防止混凝土開裂現(xiàn)象發(fā)生，預(yù)應(yīng)力混凝土入模溫度應(yīng)依據(jù)制備內(nèi)外部環(huán)境的穩(wěn)定性及所受內(nèi)外力約束，加以限制。從預(yù)應(yīng)力混凝土施工技術(shù)應(yīng)用經(jīng)濟性優(yōu)勢看，其可減少1/5～1/3 的鋼筋用量，預(yù)應(yīng)力混凝土及鋼筋需要高強度、高質(zhì)量，因此每一種材料的單價都較高，也具備更高的耐久性和穩(wěn)定性。

5 結(jié)語

綜上所述，在本文的論述中，要以強化混凝土自身的性能為前提，提升混凝土施工質(zhì)量，以優(yōu)化和提高預(yù)應(yīng)力混凝土的施工工藝和施工技術(shù)應(yīng)用的穩(wěn)定性，對于目前預(yù)應(yīng)力混凝土施工來說具有重要意義，并且在提升預(yù)應(yīng)力混凝土施工效率方面具有積極意義。