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1、预应力混凝土梁的质量控制,讲座内容,一. 前言 二. 预应力混凝土梁预制 三. 预制质量控制要点,2,1.前言,(1)我国既有铁路预应力混凝土梁的概况(2)高速铁路预应力混凝土梁的特点(3)预应力混凝土梁质量控制是高速铁路桥梁乃至高速铁路桥梁质量控制的关键问题。,2 预应力混凝土梁预制 预应力混凝土梁的预制包含： 预制场地的选择和建设； 模板设计、制造和安装，钢筋绑扎； 预应力体系的布置，预埋件的正确埋设； 混凝土的拌制、输送和灌注，混凝土的养护； 预应力张拉； 预应力孔道的压浆与封端； 预制梁体的存放、运输和架设。,2.1 预制场地布置 预制梁场地选择的基本原则： 场地处于硬地基区域以减少基
2、础处理工作量； 场地的面积能满足需要； 具有良好的预制梁体出运条件； 良好的材料运输、设备采购、员工生活等条件； 良好的水电供应、交通、通讯条件； 受气候影响小，生产条件好； 具有良好的社会治安状况； 预制的综合成本低。,2.2 模板模板的设计、制造、安装质量直接影响预制梁体的生产效率、产品质量，模板应具有足够的刚度，合适的分块，快捷的安装和拆除速度，液压部件活动灵敏，不漏油。模板表面平整，棱角分明，没有锈斑和污渍。,2.3 钢筋工程 钢筋工程可以采用就地绑扎或分块吊装，就地绑扎占用预制台座的时间较长，需要较多的预制台座，整体吊装速度快，可缩短梁体预制周期。 钢筋应根据设计要求和施工规范要求进
3、行加工和绑扎，应具有足够的整体性，符合要求的保护层厚度，为防止扎丝锈蚀，扎丝应背向模板。,2.4 预应力体系 预应力体系是预应力混凝土结构的最重要的组成部分，预应力钢筋主要形式有：钢铰线、钢丝、精扎螺纹钢筋，锚具的主要形式有夹片锚、F式锚等，预应力管道的形式主要有：抽拔管道、钢波纹管道、塑料波纹管道。 预应力管道应预埋准确、定位有效，安装中应保证不漏浆，无损伤，管道应具有足够的刚度和抗拉强度。喇叭口安装精度应严格控制，使预应力钢筋在喇叭口处不产生折角。 预应力体系中的部件应进行有效的检验。,钢波纹管道,2.5 预埋件预埋件包括支座、水电支架、照明系统、通讯系统、警示标志系统、防雷击系统、施工需
4、要等，由于混凝土结构的特殊性，灌注混凝土后增设预埋件将对梁体造成局部破坏，影响梁体的质量或外观，应此预埋件应在混凝土灌注前列表检查落实，预埋件的内容、数量、规格应经过设计、监理单位等的认可，防止漏埋。预埋件应有效定位，防止在混凝土灌注过程中发生移位、损坏等。,2.6 混凝土的灌注与养护 混凝土灌注前，应对混凝土灌注体系进行认真的检查，包括： 砂、石、水泥、粉煤灰、矿粉、硅粉、外加剂、水的质量和储备数量； 施工配合比的调整； 供电系统特别是备用供电系统； 混凝土搅拌、输送或运输系统、布料系统、振捣系统、人员数量； 组织系统、前台与后台通讯系统、后勤保障系统、表面收浆和养护系统、天气预报系统、各方
5、面的应急保障措施等的检查落实。,混凝土的灌注工艺影响混凝土产量的需求，混凝土的产量最低应满足上一层混凝土在初凝前能灌注下一层混凝土，一般的分层厚度为30cm。混凝土振捣时应插入上一层混凝土10cm左右，以保证结合面混凝土的质量。 混凝土灌注中，除保证振捣质量外，更应注意不要对预埋部件造成损伤。 及时进行混凝土表面的二次收浆是保证混凝土表面不产生龟裂的重要手段，必须安排足够的人力保证二次收浆及时进行，按时完成。,混凝土的养护工艺主要有浇水保湿养护、蒸汽养护、喷洒养护液等养护措施，浇水养护中应注意水资源的循环利用，蒸汽养护中应注意蒸汽管的布置，出汽口的朝向，温度场的均匀性，注意混凝土静养、升温、降
6、温、脱模温差的控制等。 喷洒养护液养护中应注意养护液喷洒的均匀性、密度等，养护液的选择应注意不造成混凝土颜色、外观的损伤。,2.7 孔道压浆与封端 孔道的压浆和封端质量直接影响预应力混凝土的耐久性，孔道压浆主要有一般孔道压浆和真空孔道压浆工艺，一般孔道压浆的压力为0.7Kpa。真空压浆增加管道的抽真空设备，使管道内空气产生-0.7Mpa的压力，真空压浆可以使管道内的压浆更加密实，更有效的保护预应力钢筋。 封端一般有压浆前进行封端和压浆同时进行封端的工艺，压浆同时实现封端的工艺具有更好的完整性。,真空压浆示意,2.8 存梁台座 在有条件的情况下，应采用三点支撑方式存放预应力混凝土箱型节段，这种节
7、段长度一般在35m 左右。一般的预制预应力混凝土箱型梁长度在1640m，采用三点支撑方式不易实现，由于预应力混凝土箱型梁抗扭强度一般较弱，因此在四点支撑的情况下应特别注意支撑点的不均匀沉降问题，过大的不均匀沉降将造成梁体的损伤。 存梁台座的数量应与制梁速度、养护周期、架梁速度相匹配。,3 预应力预制梁质量控制要点,3.1 原材料 应重点控制的问题包括： (1)水泥 (2)骨料 (3)粗骨料 (4)高效减水剂 (5)钢绞线 (6)锚具 (7)桥面防水层材料,3.2 制梁装备 (1) 模板 (2) 制、存梁台座 (3) 箱梁支点的不平整量,3.3混凝土配合比及浇筑前的质量检查 (1) 预应力管道的
8、位置与定位 (2) 箱梁支座板的不平整量 (3) 钢筋及预应力管道的混凝土保护层厚度,各国规范对钢筋、预应力管道保护层的规定,3.4混凝土浇筑重点控制问题 (1) 混凝土的配合比、准确计量及工作性能 (2) 各种试件的制备 (3) 混凝土施工时的温度控制 (4) 混凝土养护,混凝土施工时的温度控制,模板温度宜控制在535； 混凝土拌和物入模温度宜控制在530； 静停期间应保持棚温不低于5，浇筑完4小时后方可升温，升温速度不得大于10/h，恒温时蒸汽温度不宜超过45，梁体芯部混凝土温度不宜超过60，降温速度不应大于10/h； 蒸养期间及撤除保温设施时，梁体混凝土芯部与表层、表层与环境温差不宜超过
9、15。 。,混凝土养护： 蒸汽养护结束后，应立即进入自然养护，时间不少于7d。梁体混凝土采用自然养护时，梁体表面应采用草袋或麻袋覆盖，并在其上覆盖塑料薄膜，梁体洒水次数应能保持混凝土表面充分潮湿为度； 当环境相对湿度小于60时，自然养护不应少于28d；相对湿度在60以上时，自然养护不应少于14d； 当环境温度低于5时，梁体表面应喷涂养护剂，采取保温措施，禁止对混凝土洒水。,蒸养工艺及质量控制流程图,蒸养温度控制,自然养护和蒸汽养护效果比较,蒸养其它注意事项： (1)温度测点布设,（2）养护时，避免蒸汽直接喷射混凝土表面； （3）静停阶段注意混凝土保湿； （4）恒温加热阶段应保持90100的相对
10、湿度； （5）降温阶段应缓慢停气、均匀降温，保持湿度； （6）做好施工记录。,3.5 混凝土拆模 拆模的控制： （1）芯部与表面、表面与环境温差、混凝土强度； （2）拆模后宜进行早期张拉； （3）气温急剧变化时不宜拆模。,混凝土的水化热发展规律,根据箱梁混凝土水化热温度随时间变化的测试结果，水化热温度在混凝土完浇筑成后1620小时左右后达到最高，考虑各箱梁浇筑时间不同等因素后，箱梁混凝土水化热出现最高温度时间平均约为混凝土入模后24小时。,混凝土水化热的下降,梁跨中及端部截面底板每小时降温约0.450.55，顶板每小时降温约0.350.45，腹板每小时降温约0.300.35。,箱梁混凝土与环境
11、的温差,停止蒸养48小时后，箱梁内外空气温度差在10之内；除端部腹板及跨中腹板上部变截面处与环境温度差在1720外，箱梁其他部位与环境的温差基本在15之内。同时，梁体混凝土表面与芯部的温差不大。因此，可选择此时进行箱梁模板的拆除，以防止梁体由于温差过大出现早期裂缝。,3.6 预应力张拉质量控制原则（1）预应力施工的质量将直接影响梁体的抗裂性能;（2）为有效避免可能出现的梁体早期裂缝，除应对拆模时梁体芯部及环境温度、混凝土的强度、弹性模量进行控制外，应采用多次张拉工艺；（3）应对张拉用设备及相关资料进行检查；（4）终张拉应在存梁台座进行，并严格控制张拉混凝土弹性模量及龄期不小于10天。（5）根据
12、现场实测的各种摩阻结果，复核设计或施工单位确定的各种张拉参数。,预应力混凝土结构主要控制预应力损失，分两大部分： （1）瞬时损失： 后张法：管道摩阻、锚口及喇叭口摩阻、弹性压缩、锚具回缩； 先张法：锚口摩阻(折线配筋时的转折器摩阻)、温差损失、弹性压缩、锚具回缩； （2）长期损失：混凝土收缩徐变损失、预应力筋松弛损失。,（1）管道摩阻损失,管道摩阻损失的组成 由摩擦引起的摩阻(摩擦系数m) 由管道偏差引起的摩阻（摆动系数k，并与管道长度有关） 因此，设计规范中计算管道摩阻损失的公式为： P2/P1e-(kx+mq),影响损失的主要因素,摩擦系数(相对较稳定)； 管道弯起的角度； 管道的长度；
13、直管道的平顺程度。其中：24项与施工工艺及质量关系密切，变化相对较大。,（2）锚口及喇叭口摩阻损失,产生损失的原因,主要影响因素,锚口摩阻： 夹片的加工精度； 限位高度； 钢绞线的直径。喇叭口摩阻： 分丝角度； 喇叭口的长度。,（3）弹性压缩及回缩损失,弹性压缩损失主要取决于梁体混凝土及钢绞线弹性模量、张拉顺序和张拉吨位；一般情况下，只要终张拉时梁体的弹性模量满足设计要求，实测弹性压缩损失往往小于设计值。夹片回缩损失主要由夹片锚固后的外露高度和限位板高度决定。,（4）长期损失,松弛损失松弛损失主要由钢绞线的原材料性能、加工工艺决定，相对较稳定（2.5%）。 收缩徐变损失主要影响因素包括：混凝土
14、的弹性模量、张拉龄期、混凝土的配合比、初始应力的大小、外界环境等。因此，需要控制终张拉时混凝土的弹性模量、龄期；要求控制混凝土中水泥用量。,预施应力的质量控制方法,预应力混凝土结构的大量试验结果表明，通过测试管道、锚口和喇叭口摩阻以及钢绞线弹性模量确定预应力筋伸长量，并严格控制预应力管道位置，可以获得准确的梁体混凝土预施应力。为此新技术条件中规定在试生产期间应至少进行2件瞬时损失测试，正常生产后每100件进行一次测试。 管道摩阻试验,精确计算预应力张拉伸长量,（1）预应力施工中实测伸长量的组成：梁体锚底之间钢绞线的伸长量(设计值)；工作锚与工具锚之间钢绞线的伸长量；工具锚夹片的回缩。（2）张拉
15、力不变条件下，影响伸长量的主要因素：钢绞线的弹性模量；预应力的管道摩阻、锚口及喇叭口摩阻。,（3）考虑管道摩阻的伸长量的计算,令,由,钢绞线微段的伸长量,为,，两边积分得：,（4）施工伸长量的计算,设计伸长量L1K1设计钢绞线弹模/实际钢绞线弹模K2设计KZ/实测KZ 工作锚与工具锚之间钢绞线伸长量L2；工具锚夹片回缩量L3施工伸长量LL1K1K2L2L3,严格避免超张拉,超张拉后，虽然可以提高梁体的有效预应力，提高梁体的抗裂性，但对梁体的后期徐变上拱影响较大。高速铁路对轨道的平顺度要求很高，因此应控制预应力混凝土结构的后期徐变上拱度。技术条件中除规定测试梁体终张拉的弹性上拱度外，特别规定进行
16、终张拉30天后的徐变上拱度测试和要求。增加上述规定后，不仅可以控制梁体后期变形，也可有效地防止施工单位为单纯满足梁体抗裂性检验要求盲目加大预施应力，确保梁体的长期性能。,3.7 预应力管道压浆控制（1）后张预制梁终拉完成后，宜在48h内进行管道压浆。压浆前管道内应清除杂物及积水，梁体及环境温度不得低于5 （2）压浆用水泥应为强度等级不低于42.5级低碱硅酸盐水泥或低碱普通硅酸盐水泥，浆体水胶比不应超过0.34，水泥浆不得泌水，0.14MPa压力下泌水率不得大于2.5；浆体流动度不大于25s，30min后不大于35s；压入管道的浆体不得含未搅匀的水泥团块，终凝时间不宜大于12h。水泥浆28d抗压强度不小于35MPa，抗折强度不小于7.0MPa；24h内最大自由收缩率不大于1.5，标准养护条件下28d浆体自由膨胀率为00.1。（3）水泥浆应掺高效减水剂、阻锈剂，掺量由试验确定。严禁掺入氯化物或其它对预应力筋有腐蚀作用的外加剂。,
