预应力混凝土结构质量问题的系统分析
摘要 预应力混凝土结构具有刚度、抗裂性和耐久性好，可有效地利用高强度钢筋和高强度等级的混凝土，在同样条件下具有截面小、自重轻、质量好、材料省等突出优点。但预应力混凝土施工工艺较复杂，对施工质量要求高，需要配备一支技术熟练的专业队伍，且需要有一定的专门设备。本文利用系统分析的方法，对预应力混凝土出现的常见质量问题进行了详尽分析。
关键字 预应力 混凝土结构 质量问题 系统分析
正是由于预应力混凝土结构能提高钢筋混凝土构件的刚度、抗裂性和耐久性，可有效地利用高强度钢筋和高强度等级的砼。与普通砼相比，在同样条件下具有截面小、自重轻、材料省（节约钢材20%～40%）。预应力砼结构适应了近代建筑结构的向大柱网、大开间、大跨度、多功能方向发展趋向，并能扩大预制装配化程度。目前，预应力砼结构广泛应用于大跨度建筑、对抗裂性有特殊要求压力容器、压力管道、水工或海洋建筑以及对构件刚度和变形要求较高的吊车梁、桥梁工程中的大跨度梁式构件。
诚然，预应力混凝土有许多独特优点，且应用越来越广泛，但是，预应力砼结构质量问题是不容忽视的问题。本文应用系统工程的方法，就预应力砼结构常见的质量问题做一个系统分析。
一、勘察设计问题
建筑工程乃至桥梁工程是百年大计，工程勘察设计如果出现问题，后续就无法更改或更改很难。如果出现地基的不均匀沉降会造成预应力砼结构的受力不均，出现裂缝等现象，对于预应力结构的地基，特别是预应力箱梁，地基的勘察尤为重要。因此，在结构设计前，应做好详尽的地质勘查工作，在此基础上，再进行结构设计。结构设计时，通过计算选择合适的砼强度，不低于GB 50010-2010 混凝土结构设计规范要求的C40强度等级。正确设计计算正常使用状态的受拉应力，预应力砼挠度、裂缝进行验算复核。从源头解决预应力混凝土结构合理性、耐久性、安全性问题。主梁各截面进行验算的内容有：持久状况承载能力极限状态正截面抗弯承载能力验算、斜截面抗剪承载能力验算，持久状况正常使用极限状态抗裂验算、挠度验算，持久状况使用阶段正截面法向应力计算、使用阶段混凝土主压应力、主拉应力计算、受拉区预应力钢筋的最大拉应力验算。
二、原材料把控问题
1、预应力筋的力学强度
预应力钢丝、钢绞线抗拉强度、伸长率、反复弯曲次数（钢丝）等指标均应符合设计要求，预应力钢丝、钢绞线进场后，按现行规范进行抽检，送有资质的检验机构进行检验。如有一项不符合国家标准，即为不合格，不得使用。
2、预应力筋锈蚀
预应力钢丝、钢绞线表面有浮锈、锈斑、麻坑等，因此，预应力钢丝、钢绞线出厂包装应有防潮、防雨、防腐等防锈措施，预应力筋在混凝土浇筑穿入孔道前也应有防锈措施，防止预应力筋锈蚀，从而影响结构的安全性和耐久性。
3、混凝土
（1）水泥
水泥可分为硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥、矿渣水泥、火山灰水泥和粉煤灰水泥等多种。常用的水泥是普通硅酸盐水泥及硅酸盐水泥。水泥应选用回转窑生产的水泥，进场后应按照GB175-2007标准检查水泥的强度、安定性和凝结时间，经复验合格后方可使用。水泥品种的选用应根据预应力砼结构及使用环境、气候条件、施工温度、砼体积用量的大小正确选择。
（2）骨料
混凝土用砂、石应符合JGJ 52标准。
（3）混凝土用水
混凝土用应符合JGJ63标准。
（4）外加剂
混凝土使用外加剂，应对外加剂的相关性能指标进行复验，其结果应符合现行国家标准《混凝土外加剂》GB 8076 和《混凝土外加剂应用技术规范》GB 50119 的规定。
此外，根据GB50010-2010混凝土结构设计规范，混凝土中最大氯离子含量0.06%，防止预应力钢筋腐蚀，严禁采用碱性骨料，混凝土最大碱含量为3kg/m3 , 防止碱骨料反应，造成预应力砼体积膨胀损坏， 施工时要控制氯离子、碱的含量。 因此，要检查原材料试验报告和氯离子、碱的总含量计算书。
三、预应力混凝土施工安装问题
预应力砼施工工艺较复杂，对质量要求高，因此，需要配备一支技术较熟练的专业队伍，且需要有一定的专门设备，如张拉机具、灌浆设备等。先张法需要有张拉台座；后张法还要耗用数量较多、质量可靠的锚具等。
1、预应力结构模板支撑
以预应力现浇梁为例，预应力现浇梁模板的制作与安装必须正确、牢靠，安装误差应符合规定。如模板接缝不严、支撑不牢固，会出现跑模、漏浆现象，从而产生麻面、蜂窝，造成预应力结构出现质量问题。
2、预应力孔道安装
在钢筋绑扎阶段，宜通过轨道固定法固定预应力孔道。安装好的波纹管一定要进行加固处理，在拐弯处安装波纹管，不仅要定位准确，而且要保证形状圆滑，否则浇筑砼时波纹管极易上浮或被压弯。
3、混凝土浇筑及养护
结束预应力筋穿束工序后，经隐蔽验收合格后进入混凝土浇筑工序。预应力砼应在保证足够的强度前提下，并应具有良好的流动性、粘聚性和保水性以及拌和的均匀性。为防止波纹管在浇筑施工中被振捣棒等器械划破，浇筑时切忌振动棒与波纹管直接接触。钢筋密集的关键部位，宜采用小直径振捣棒进行振捣，否则采用大直径振捣棒振捣混凝土内部会产生蜂窝状孔洞，砼浇筑过程中，由于砼坍落度小，从而增加了振捣的难度，砼很容易浇捣不密实，出现蜂窝现象。在砼施工完成之后，要做好砼的养护工作，每天定时进行洒水，并用湿布覆盖在混凝土上。
4、预应力张拉时间的控制
在预应力施工中，张拉时间是一个比较难控制的问题，一方面要确保混凝土早期的强度，另一方面还要保证施工之后的整体质量。通常情况下张拉的时间为浇筑完工三天之后，但是，混凝土的强度增长和弹性增长不在同一个速度上，强度的速度要快于弹性的速度，而在砼浇筑完成之后的早期，其存在着较大的变形率，所以，如果张拉过早会导致存留的预应力不足，最终的结果是结构的承载力达不到要求。而如果张拉的时间过晚，对结构的承载力也会产生不良影响。所以，在实际施工中对于张拉的时间要根据现场状况进行具体分析，控制张拉时间。
5、后张法张拉力控制
在预应力施工中需要对张拉力进行准确的计量和控制，尤其是采用后张法的张拉力。一般来讲，主要是张拉力的控制，而预应力筋伸长率则作为张拉力的校核标准。张拉力控制要求施工人员必须经过专业化的培训，在伸长率计算时，如果计算结果误差较大会导致张拉力控制出现较大的误差。解决的办法，一是选用先进的张拉力计量仪表，二是选用专门培训的操作人员，根据规范张拉过程中严格控制伸长率在±6%范围内，否则应停止张拉。张拉过程若出现滑丝和断丝，具体分析滑丝的主要原因是钢绞线严重锈蚀、表面有杂物、油污等，还是工作夹片尺寸偏差过大等问题；若出现断丝的原因主要是钢绞线间相互纠缠而发生受力不均或者钢绞线受到机械损伤等。找出原因后，采取相应的措施进行予以避免。若出现整束或大量滑丝断丝，应将锚头取下，检验并更换钢束重新张拉。
6、孔道压浆
孔道压浆主要是为了确保预应力筋与混凝土同时发挥作用，为防止预应力筋生锈和确保良好工作性能，张拉工序结束后及时压浆。压浆时，用注浆泵将水泥浆匀速、缓慢、持续地压入孔道，直至水泥浆从最高点的排气孔及孔溢出均质水泥浆为止。但是，在实际施工中在该工序中总会出现管道压浆不实、不满、渗漏等问题。按照施工规范要求，压浆前必须进行孔道清理，安装的波纹管内通常都有锈蚀现象，且管内有大量灰尘、油污等杂物，应彻底清洗管内杂物后再进行压浆。一般可采用高压气流、水流进行管道清理，管内油污可通过中性洗涤剂清洗干净。此外，孔的位置预留、浆体的配合比等也存在问题，解决的办法是在配置浆体时要选用减水剂，在水胶比降低到0.35时，仍保持较高的流动度，确保浆体的密实。同时，采用先进的搅拌机械，提高搅拌速度，保证水泥浆的均质性，这样才能确保孔道压浆的质量。
7、预应力砼裂缝控制
预应力砼结构产生裂缝是不可避免的问题，裂缝超过一定范围，会造成预应力筋的锈蚀，从而影响预应力砼的耐久性、使用寿命和结构的安全性，甚至造成安全事故。
预应力砼裂缝控制问题贯穿于结构的设计勘察、施工、运行各个阶段。
譬如，桥梁工程应对选址、桥墩基础进行正确的勘察，结构的设计人员应选择正确的计算模型，精确计算，保证结构配筋、砼强度选用合理。
在施工阶段，施工前应制定切实可行、详尽的施工工艺，在把好原材料质量关的同时，按照施工工艺、有关钢筋混凝土施工、验收规范进行施工，预应力筋保护层应防止过厚、过薄，浇筑砼时，防止砼振捣不良，形成蜂窝、麻面，影响砼的对钢筋的保护，产生结构裂缝。另外，泵送砼为了增大流动性，加大水灰比，砼硬化后产生不规则收缩裂缝；在分段浇筑、分层浇筑时，施工缝或新旧砼之间产生裂缝；砼浇筑后的养护过程中，水泥水化砼内部发热，造成内外温差，导致砼表面出现不规则裂缝；低温条件下浇筑砼，砼受到冻胀，在砼表面形成不规则裂缝；砼强度达不到拆模要求，拆模过早，在自重或施工荷载的作用下，砼表面形成裂缝。
在预应力构件的吊装过程中，不了解预应力构件受力特征，任意调整构件的放置方法、吊装吊点位置不合理，以及运输、堆放，临时支撑位置不合理、运输过程剧烈颠簸等，都能引起构件产生裂缝。
张拉过程产生的裂缝，如张拉预应力筋时，张拉设备出现误差、计算错误导致应力没有达到设计要求。张拉时锚固区局部受力过大，这一区域或边缘受力超过砼所承受的压力，或设计的张拉强度过大，在构件跨中产生过大的挠度，产生载荷裂缝。
预应力结构运行使用过程中存在超载、超负荷现象，实际承受的荷载超出设计荷载，产生的裂缝；预应力结构构件长时间在正常荷载作用下，结构构件产生疲劳，产生不规则裂缝，从而对结构产生破坏性；预应力桥梁构件在车辆、船舶等接触、撞击下产生裂缝。
四、结束语
预应力砼构件质量问题，涉及到勘察设计、施工和运行使用阶段的多个环节。在勘察设计过程中，应确保勘察准确、设计模型选用合理，计算准确无误，从源头上控制预应力砼结构的质量。在预应力砼结构施工前，应制定先进合理的施工工艺，充分考虑施工人员的素质及复杂的施工环境等因素，从原材料质量控制开始，严格按照施工规范要求进行施工，每道施工工序都要严把质量关，确保预应力砼结构的施工质量，从而确保预应力结构的合理性、耐久性、安全性问题。
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