后張法預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)孔道壓漿不實(shí)質(zhì)量通病的分析

　　摘要：后張法預(yù)應(yīng)力管道壓漿不實(shí)是現(xiàn)代混凝土橋梁建設(shè)的質(zhì)量通病之一，本文通過(guò)一系列分析指出針對(duì)這一質(zhì)量病害預(yù)防重于事后處理，在大跨徑橋梁建設(shè)中推薦使用塑料波紋管及真空壓漿工藝進(jìn)行灌漿施工。

　　關(guān)鍵詞：后張法預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)孔道壓漿不實(shí) 質(zhì)量通病 分析 處理措施

　　后張法預(yù)應(yīng)力管道壓漿不實(shí)是現(xiàn)代混凝土橋梁建設(shè)的質(zhì)量通病之一，它將嚴(yán)重影響結(jié)構(gòu)的極限承載能力和結(jié)構(gòu)耐久性（安全性）。

　　一、病害實(shí)例：

　　采用后張預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的英國(guó)的Ynys-Gwas橋梁建于1953年，在使用了32年后于1985年12月4日突然倒塌，經(jīng)過(guò)英國(guó)運(yùn)輸與道路研究試驗(yàn)室（TRRL）對(duì)倒塌的橋梁進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)橋梁倒塌是由于預(yù)應(yīng)力灌漿不密實(shí)，使預(yù)應(yīng)力筋銹蝕所致。建于1957年的美國(guó)康涅狄格州的Bissell大橋，因?yàn)轭A(yù)應(yīng)力筋銹蝕導(dǎo)致橋梁的安全度下降，在使用了35年之后，在1992年不得不炸毀重建。另外美國(guó)從地震垮塌的后張預(yù)應(yīng)力橋梁構(gòu)件上截取若干斷面解剖測(cè)試，發(fā)現(xiàn)后張預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)因孔道壓漿不密實(shí)而造成的預(yù)應(yīng)力筋銹蝕、斷面銳減、斷絲及應(yīng)力損失嚴(yán)重等致命的質(zhì)量問(wèn)題，為此曾一度禁止后張預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。通過(guò)近幾年的調(diào)查和調(diào)查資料證明，我國(guó)于80年代中期至90年代中期興建的一批預(yù)應(yīng)力混凝土梁橋，壓漿不實(shí)是一個(gè)普遍存在的現(xiàn)象，個(gè)別橋梁該問(wèn)題還十分突出，通過(guò)對(duì)破壞的預(yù)制梁的孔道部位進(jìn)行破損檢查發(fā)現(xiàn)大多數(shù)預(yù)制梁的預(yù)應(yīng)力孔道存在空洞、預(yù)應(yīng)力筋銹蝕現(xiàn)象（見(jiàn)下圖）。因此對(duì)后張法預(yù)應(yīng)力結(jié)構(gòu)孔道壓漿不實(shí)的質(zhì)量通病進(jìn)行分析是很有現(xiàn)實(shí)意義的。

　　二、預(yù)應(yīng)力管道壓漿不實(shí)造成的危害和機(jī)理分析：

　　鋼筋銹蝕是混凝土結(jié)構(gòu)損壞的機(jī)理之一，而孔道壓漿的根本目的是排除孔道內(nèi)的水和空氣，防止預(yù)應(yīng)力筋被腐蝕，保證預(yù)應(yīng)力構(gòu)件的耐久性。孔道壓漿的第二個(gè)目的是使預(yù)應(yīng)力鋼筋通過(guò)灰漿與周圍混凝土結(jié)成一個(gè)整體，將預(yù)應(yīng)力鋼筋上的力均勻地傳入到結(jié)構(gòu)物中，從而既能減輕錨具的受力，又能提高構(gòu)件的承載能力、抗裂性能和耐久性。本文主要分析因孔道壓漿不實(shí)造成預(yù)應(yīng)力筋腐蝕對(duì)結(jié)構(gòu)物的損害。

　　預(yù)應(yīng)力鋼材的銹蝕分為一般腐蝕和應(yīng)力腐蝕，應(yīng)力腐蝕是特別危險(xiǎn)的腐蝕形式。所謂應(yīng)力腐蝕是鋼材處于受拉狀態(tài)下，而同時(shí)受到腐蝕時(shí)發(fā)生的腐蝕的結(jié)果，將引起鋼材急劇地脆性破壞。應(yīng)力腐蝕斷裂是金屬材料在應(yīng)力和腐蝕介質(zhì)聯(lián)合作用下產(chǎn)生的一種特殊破壞形式。不存在應(yīng)力時(shí)腐蝕非常輕微，當(dāng)應(yīng)力超過(guò)某一臨界值后金屬會(huì)在腐蝕并不嚴(yán)重的情況下發(fā)生脆斷。預(yù)應(yīng)力筋的直徑相對(duì)較小，強(qiáng)度較高，對(duì)腐蝕尤其是應(yīng)力腐蝕更敏感。而且預(yù)應(yīng)力筋發(fā)生的應(yīng)力腐蝕不易從構(gòu)件的外表察覺(jué)，其破壞又呈高度脆性，就使構(gòu)件的破壞呈現(xiàn)突然性。這是由于預(yù)應(yīng)力構(gòu)件本身的性質(zhì)及預(yù)應(yīng)力筋的性質(zhì)造成的。

　　眾所周知，普通鋼筋混凝土構(gòu)件中的鋼筋中的應(yīng)力值在構(gòu)件開(kāi)裂前很小，而預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件中的預(yù)應(yīng)力筋從張拉直到破壞始終處于受拉狀態(tài)，所以發(fā)揮了高強(qiáng)鋼材和混凝土兩種材料各自的特長(zhǎng)。預(yù)應(yīng)力混凝土構(gòu)件出現(xiàn)裂縫比普通鋼筋混凝土構(gòu)件遲得多，所以構(gòu)件裂度大為提高，但裂縫出現(xiàn)的荷載與破壞荷載比較接近，延性較差。從下面的預(yù)應(yīng)力混凝土簡(jiǎn)支梁的荷載-撓度曲線和非預(yù)應(yīng)力筋和預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力-應(yīng)變曲線比較圖可以看出：預(yù)應(yīng)力的作用改變了截面應(yīng)力狀態(tài)，使全截面受力階段的范圍擴(kuò)大，反映出很好的抗裂性能；預(yù)應(yīng)力筋的塑性較小，一些高強(qiáng)度預(yù)應(yīng)力筋應(yīng)力-應(yīng)變曲線沒(méi)有明顯的屈服臺(tái)階。

　　預(yù)應(yīng)力鋼材對(duì)應(yīng)力腐蝕具有敏感性，而且鋼材抗拉強(qiáng)度越大敏感性越大。應(yīng)力腐蝕是一種低應(yīng)力脆性斷裂，因?yàn)閷?dǎo)致應(yīng)力腐蝕開(kāi)裂的最低應(yīng)力遠(yuǎn)小于材料斷裂強(qiáng)度f(wàn)u，而且斷裂前無(wú)明顯的塑性變形，脆性斷裂時(shí)其應(yīng)力水平一般不會(huì)超出屈服點(diǎn)，宏觀塑性變形很小，同時(shí)脆性破壞的斷裂速度非常高，可達(dá)聲速的1/3。這一點(diǎn)也是脆性破壞常導(dǎo)致災(zāi)難性事故的主要原因。國(guó)際預(yù)應(yīng)力協(xié)會(huì)（FIP）采用公式來(lái)說(shuō)明斷裂時(shí)間與鋼材抗拉強(qiáng)度、高強(qiáng)鋼絲工作應(yīng)力之間的關(guān)系。取，則。不難算出當(dāng)分別為1860Mpa和1425Mpa時(shí)，后者應(yīng)力腐蝕斷裂時(shí)時(shí)間約為前者的24倍。

　　綜上可以看出，應(yīng)力腐蝕產(chǎn)生的破壞具有突然性，從構(gòu)件外表不易察覺(jué)，斷裂速度特別快，因此預(yù)應(yīng)力筋的防腐是后張預(yù)應(yīng)力混凝土的關(guān)鍵問(wèn)題，而預(yù)應(yīng)力孔道內(nèi)的壓漿的質(zhì)量成為防腐的重點(diǎn)。