【摘 要】體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)在耐久性方面仍存在問(wèn)題，文內(nèi)對(duì)體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性進(jìn)行分析，在此基礎(chǔ)上淺述現(xiàn)階段采取的防護(hù)措施，指出其仍存在的一些問(wèn)題，并提出提高體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)耐久性的措施。
【關(guān)鍵詞】控制；體外；預(yù)應(yīng)力；混凝土；結(jié)構(gòu)；技術(shù)措施
體內(nèi)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)由于預(yù)應(yīng)力筋設(shè)置于混凝土內(nèi)部，降低了混凝土的澆筑質(zhì)量，而且管道灌漿的施工質(zhì)量也難以保證，這些因素使得體內(nèi)預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的耐久性容易出現(xiàn)問(wèn)題。體外預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)在耐久性方面有其獨(dú)有的優(yōu)勢(shì)：體外預(yù)應(yīng)力筋設(shè)置于混凝土外，不影響混凝土的振搗密實(shí)，而且索設(shè)置于混凝土體外，便于檢測(cè)、重新張拉和更換。體外索的檢測(cè)可以預(yù)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(yīng)力水平及結(jié)構(gòu)的可靠性，延長(zhǎng)了結(jié)構(gòu)的壽命，使其在壽命期內(nèi)經(jīng)濟(jì)性優(yōu)于體內(nèi)預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)。
1 體外預(yù)應(yīng)力筋腐蝕破壞原理
1.1 體外預(yù)應(yīng)力筋的腐蝕機(jī)理
同普通混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋腐蝕一樣，體外預(yù)應(yīng)力筋的腐蝕也是一個(gè)電化學(xué)反應(yīng)過(guò)程：由于預(yù)應(yīng)力筋某兩點(diǎn)處的材質(zhì)和環(huán)境的差異，分別引起兩點(diǎn)間的電位差，不同電位的區(qū)段之間形成陽(yáng)極和陰極，陽(yáng)極反應(yīng)和陰極反應(yīng)的進(jìn)行將導(dǎo)致預(yù)應(yīng)力筋破壞。預(yù)應(yīng)力筋表面有一層氧化膜，由于應(yīng)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(yáng)極反應(yīng)，鐵原于失去電子變成鐵離子，進(jìn)入溶液。
1.2 應(yīng)力腐蝕斷裂和氫脆
與普通混凝土結(jié)構(gòu)的鋼筋不同體外預(yù)應(yīng)力筋長(zhǎng)期處于高應(yīng)力狀態(tài)，在特定的腐蝕環(huán)境中很容易出現(xiàn)應(yīng)力腐蝕，在腐蝕過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生氫脆現(xiàn)象。應(yīng)力腐蝕一般是指金屬在拉伸應(yīng)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(guò)程中，應(yīng)力阻止裂縫尖端形成保護(hù)膜，在應(yīng)力下裂縫尖端保護(hù)膜不停破裂，露出滑移臺(tái)階，裂縫尖端表面活性上升，在腐蝕介質(zhì)中形成小陽(yáng)極和大陰極的應(yīng)力腐蝕電池，其裂縫尖端為陽(yáng)極，金屬表面為陰極，這種腐蝕電池加大了快速陽(yáng)極溶解，使裂縫向深度發(fā)展直至斷裂。應(yīng)力腐蝕是金屬結(jié)構(gòu)危害最大的破壞之一，其腐蝕速度遠(yuǎn)大于無(wú)應(yīng)力狀態(tài)，有可能在毫無(wú)預(yù)兆的情況下發(fā)生脆斷。
氫脆是指氫原子擴(kuò)散到裂縫尖端的金屬內(nèi)部，使這些部位的金屬變脆，在同拉應(yīng)力共同作用時(shí)產(chǎn)生脆斷。氫也會(huì)引起金屬塑性降低，開(kāi)裂和斷裂，因而又稱為氫損傷。在應(yīng)力作用下氫會(huì)在結(jié)構(gòu)缺口和裂縫尖端的三向拉應(yīng)力區(qū)集合，應(yīng)力強(qiáng)度愈高局部聚集的氫越多，在拉應(yīng)力共同作用下，體外預(yù)應(yīng)力筋脆斷。
1.3 疲勞腐蝕機(jī)理
金屬的疲勞腐蝕系指構(gòu)件在交替變應(yīng)力與腐蝕環(huán)境的共同作用下產(chǎn)生的脆性斷裂。其形成的破壞比單純的交變應(yīng)力或單純的腐蝕作用造成的破壞嚴(yán)重得多。腐蝕疲勞破壞可以在很低應(yīng)力下發(fā)生，也沒(méi)有一定的腐蝕介質(zhì)，而且在鋼筋的活化區(qū)、純化區(qū)都會(huì)發(fā)生。由于體外預(yù)應(yīng)力筋在錨固端之間沒(méi)有受到約束，在活荷載作用下可能產(chǎn)生獨(dú)立于梁的振動(dòng)，處理不當(dāng)預(yù)應(yīng)力筋更容易發(fā)生疲勞腐蝕而失效破壞。
2 混凝土的質(zhì)量劣化
同普通混凝土結(jié)構(gòu)一樣，體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的質(zhì)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(diǎn)，當(dāng)混凝土處于溫濕度交替急驟變化時(shí)，其表面及內(nèi)部的體積變化不協(xié)調(diào)，從而出現(xiàn)裂縫，降低結(jié)構(gòu)的整體強(qiáng)度。
2.2 堿集骨料反應(yīng)
堿一骨料反應(yīng)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(yīng)的活性成分在混凝土的使用期逐漸發(fā)生的一種化學(xué)反應(yīng)。該反應(yīng)引起的開(kāi)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(guò)程，如果體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)沒(méi)有配置體內(nèi)主筋，碳化過(guò)程對(duì)結(jié)構(gòu)的受力性能影響很小。此外表面可磨損、空隙中的鹽類結(jié)晶、凍脹循環(huán)也會(huì)造成混凝土質(zhì)量的劣化。
3 體外預(yù)應(yīng)力筋及錨具的防護(hù)
體外預(yù)應(yīng)力筋是體外預(yù)應(yīng)力混凝土結(jié)構(gòu)的主要受力構(gòu)件，它是通過(guò)錨具將預(yù)應(yīng)力傳遞給主體結(jié)構(gòu)，它們的耐久性是決定結(jié)構(gòu)耐久性。為此，必須采取必要措施保護(hù)體外預(yù)應(yīng)力筋及錨具。
3.1 對(duì)預(yù)應(yīng)力筋的防護(hù)
與體內(nèi)預(yù)應(yīng)力筋不同，體外預(yù)應(yīng)力筋沒(méi)有混凝土保護(hù)層，鋼索直接暴露在自然環(huán)境中，且預(yù)應(yīng)力筋又是對(duì)腐蝕極其敏感，若防護(hù)不當(dāng)極容易腐蝕破壞，將造成巨大損失，目前對(duì)體外索的防腐保護(hù)大體可分為三類。
3.1.1 裸露預(yù)應(yīng)力筋束鍍鋅或涂層保護(hù)
對(duì)鋼筋表面鍍鋅實(shí)際是一種犧牲陽(yáng)極用陰極保護(hù)法，在腐蝕介質(zhì)中鋅原子失去電子變?yōu)殛?yáng)離子而出現(xiàn)腐蝕，從而使陰極的鋼筋受到保護(hù)。這種方法造價(jià)低、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但缺點(diǎn)也多；鍍鋅溫度達(dá)400℃左右，會(huì)造成鋼絞線或鋼絲強(qiáng)度降低；由于鍍鋅是犧牲陽(yáng)極保護(hù)，可能引起氫產(chǎn)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(yù)應(yīng)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(yù)應(yīng)力筋后，在套管內(nèi)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(jià)也較高。
3.1.3 采用單股無(wú)粘結(jié)鋼絞線
單股無(wú)粘結(jié)鋼絞線是將鋼絞線擠入PE套管并內(nèi)充油脂而形成，它自身具有防護(hù)系統(tǒng)，可以不用管道而單獨(dú)使用，也可以外面加套管，并充入灌漿材料構(gòu)成具有多重防護(hù)功能的防護(hù)體系。無(wú)粘結(jié)鋼絞線直接在工廠生產(chǎn)，不僅提高質(zhì)量，而且提高鋼絞線在運(yùn)輸、存儲(chǔ)、安裝過(guò)程的耐腐蝕性。單股無(wú)粘結(jié)鋼絞線外加套管的結(jié)構(gòu)，無(wú)論采用剛性灌漿材料還是非剛性灌漿材料，均可進(jìn)行索力調(diào)整及單根索或整束索更換。
3.2 體外預(yù)應(yīng)力筋的減振和錨固處理
體外預(yù)應(yīng)力筋僅在錨固和轉(zhuǎn)向塊處受到約束，當(dāng)梁受到活載作用時(shí)，轉(zhuǎn)向塊(錨固端)間的預(yù)應(yīng)力筋就可能產(chǎn)生獨(dú)立于梁的振動(dòng)，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(dǎo)致體外索斷裂，梁破壞，因此，應(yīng)采取構(gòu)造上的措施來(lái)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。
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