体外预应力混凝土结构耐久性防护问题的探讨.pdf
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1、 4卷第 4期 2 0 0 7年 8月 铁道科学与工程学报 J OURNAL OF R AI y S CI E NCE AND E NGI NEE RI N G V o 1 4 No 4 A u g 2 0 0 7 体外预应 力混凝 土结构 耐久性 防护 问题 的探讨 刘少兵 , ( 1 湖南省建筑3 - 程集团总公司, 湖南 长沙 4 1 0 0 0 4 ; 2 中南大学 土木建筑学院, 湖南 长沙4 1 0 0 7 5 ) 摘要: 运用化学及结构振动原理 , 阐述了体外预应力筋腐蚀破坏机理, 分析 了体外预应力筋振动频率对梁正常使用的影 响。在 以上基础上 , 针对体 外预应 力混凝土结构
2、在耐 久性 方面存在 的问题 , 提 出了体 外预应 力筋 系统耐 久性 防护 的技 术措 施 。 关键 词 : 预应力混凝 土; 体外预应力 ; 耐 久性 中图分类号 : T U 5 2 8 文献标 识码 : A 文章编号 : 1 6 7 2 7 0 2 9 ( 2 0 0 7 ) 0 4 0 0 6 1 04 St u d y o n d u r a b i l i t y o f p r e s t r e s s e d c o n c r e t e s t r u c t u r e wi t h e x t e r n a l t e n d o n s ( 1 H u n a
3、n C o n s t r u c t i o n E n g i n e e fi n g G r o u p C o r p o r a t i o n , C h m l g s h a 4 1 0 0 0 4 , C h i n a ; 2 S c h )l o f C i v i l a n d A r c h i t e c t u r a l E n g i n e e r i n g ,C e n t r a l S o u l h U n i v e s i t y ,C h a n g s h a 4 1 0 0 8 3 ,C h i n a ) Ab s t r a c
4、t : Ba s e d o n t h e t h e o r i e s o f c h e mi s t r y a n d a h s k i n g s t r u c t u r e, t h e c o r r o s i o n a n d d a ma g e me c h a n i s m o f e x t e ma l l y p r e s t r e s s e d t e n d o n s W a S a d d r e s s e d a n d t h e i mp a c t o f v i b r a t i o n f r e q u e n c y
5、 o f e x t e ma l l y p r e s t r e s s e d t e n d o n s o n n o r ma l u s e o f c o n c r e t e b e a ms wa s a n a l y z e dOn t h i s b a s i s o f a n a l y s e s ,t h e t e c h n o l o g i c a l me a s u r e s t o p r e v e n t t h e e r o s i o n o f e x t e r n a l l y p r e s t r e s s e d
6、 t e n d o n s a n d t o i mp r o v e t h e d u r a b i l i t y o f c o n c r e t e we r e c o mme n t e d a i mi n g a t t h e p rob l e ms wi t h t h e d u r ab i l i t y o f e x t e ma l l y p r e s t r e s s e d t e n d o n s Ke y wo r d s: p r e s t r e s s e d c o n c r e t e;p r e s t r e s s
7、 e d c o n c r e t e wi t h e x t e ma l t e n d o n s ;d ur ab i l i t y 预应力混凝土结构是混凝 土结构领域 内的一 门新兴的科学技术 。预应力技术被广泛应用于大 悬臂结构 、 大跨空间结构 、 特种结构 、 转换层 、 锚杆 及加 固等领域 。体外预应力混凝土结构是指预应 力筋布置在混凝土构件截面以外的预应力结构 , 是 现代预应力结构体系的一个重要新兴分支 , 其概念 及方法产生于法 国, 由 E n g e n e F r e y s s i n e t 完成 了体 外预应力的首次应用 , 与之相对应的即为传统的将
8、 预应力筋布置在构件截面 内部 的一般预应力混凝 土结构。体外预应力与传统预应力体系相 比较 , 具 有很多优点。体外 预应力现阶段主要应用 于预应 力混凝土桥梁 、 特种结构和大跨度建筑工程结构及 加固和维修等工 程中, 所 以, 一旦 由于其 自身 的腐 蚀破坏而导致结构失效 , 则产生的危害与影响会相 当大。因此 , 确保体外预应力混凝土结构的耐久性 极其重要。而影 响体外预应力混凝 土结构耐久性 的重要 因素之一 , 就是体外预应力筋 的腐蚀破坏。 传统预应力体系的耐久性 防护普遍采用灌浆材料 封堵或套管加填充材料防腐 , 应用十分普遍。本文 重点阐述体外预应力筋的防腐问题 , 并提出
9、体外预 应力筋系统的常用防护措施。 1 体外预应力筋腐蚀破坏机理及防 护技术措施 按照体外 预应力钢筋混凝土结构的周 围侵蚀 介质所发生的作用 , 体外预应力筋的腐蚀破坏机理 与普通混凝土结构 的钢筋腐蚀一样 , 可分为化学腐 蚀和电化学腐蚀 2类。 1 1 化学腐蚀 体外预应力筋 的化学腐蚀多数是氧化作用 , 它 是由非 电解质 溶液或 各种 干燥气 体 , 如 o , C O 2 , S O 2 , C L 2 与 H 2 s等所引起 的一种纯化学性 的腐蚀 , 收稿 日期 : 2 0 0 7 0 51 6 作者简介 : 刘少兵 ( 1 9 6 4一) , 男 , 湖南安 乡人 , 高级经
10、济师 , 博士研究生 , 从事土木工程规划与管理的研究 维普资讯 6 2 铁 道 科 学 与 工 程 学 报 2 0 0 7年 8 月 在钢材表面形成松散 的氧化物。特别是体外预应 力筋在周围介质温变和湿变较高的条件下 , 腐蚀进 行得很快。 1 2 电化学腐蚀 电化学腐蚀是体外预应力筋与电解质溶液接 触后 , 由于产生 电化学作用 , 即预应力筋其两点处 的材质和环境的差异而产生的电位差 , 在不同电位 的区段之间形成阳极 和阴极。其反应如下。 阳极 : 一瞎 +2 e 。 阴极 : 1 吸氧还原: 2 e+ H 2 0+ 去0 2 - - 2 0 H一 ; 厶 析氢还原 : H 2 0+H
11、 +e 一 +H a d +H 2 0 通过 以上阳极反应和阴极反应将导致体外预 应力筋钝化膜脱落的腐蚀破坏。 研究表明 , 腐蚀破坏主要取决于周 围介质的性 质 , 但体外预应力筋 的组织 成分对腐蚀影 响也很 大 。如何保护预应力 筋不 因腐蚀影响结构 的耐久 性是一个很有意义的问题。 2 体外预应力筋的防腐 体外预应力筋是体外预应力混凝土结构的主 要受力构件, 它通过锚具将预应力传递给主体结 构 , 通过转 向块实现转向, 它们 的耐久性决定 结构 的耐久性 , 所 以, 有必要采取 防护措施来保护体外 预应力筋 、 锚具和转 向块。 目前 , 体外预应力筋的 防腐主要采取以下几种方式。
12、 2 1 保护层防腐 钢材总是在腐蚀介质的条件下服役 , 因此 , 隔 离( 或减缓) 钢基 的介质腐蚀是钢材防腐 的一个重 要形式。体外预应力筋按防腐保护层种类的不同 , 可分为以下 2 种 。 2 1 1 金属保护层防腐镀锌防腐 镀锌是体外预应力筋 中广泛采用的一种金属 保护镀层防腐方法。镀锌防腐 实际是一种牺牲阳 极的阴极保护法 , 在腐蚀介质 中, 锌原子失去 电子 变为阳离子而发生腐蚀 , 从 而使作为阴极 的钢筋受 到保护。镀锌一般采用热浸镀锌工艺。这种方法 造价较低 , 结构简单 , 运营时索 的更换及 内力调整 都比较简单 、 方便 。但是 , 这种方法的缺点 比较多 : (
13、1 ) 钢绞线或钢丝本身强度降低。热镀锌层技 术需在 4 O O左右的温度条件下才 能使锌层与钢 绞丝或钢丝表面熔 为一体 , 从 而造成钢绞线或钢 丝本身强度降低。 ( 2 ) 引起“ 氢脆” 。由于镀锌是采取牺牲阳极保 护法 , 可能产生氢 , 引起氢脆 , 反而加速破裂, 这种 情况尤其在不含氧的非氧化酸性环境中容易发生。 ( 3 ) 镀锌钢筋易被刮伤。镀锌钢筋直接裸露于 环境中, 容易被刮伤 , 不利于体外预应力筋防腐。 ( 4 ) 污染环境。体外预应力筋的镀锌防腐对环 境造成污染。 2 1 2 非金属保护层防腐环氧树脂涂层防腐 体外预应力筋的非金属保护层主要采用环氧 树脂涂层 。具体
14、方法有 2种 : ( 1 ) 仅在绞线表面喷涂环氧涂层 , 不填充钢 丝 间的缝隙; ( 2 ) 将钢绞线打开喷涂后再闭合, 钢丝间的空 隙也填充环氧树脂 ; 这样 , 可 以防止湿气通 过 中心丝周 围空隙进 入 。 环氧树脂涂层钢绞线具有 以下优点 : ( 1 ) 对钢绞线本 身的性能不造成影响, 而且环 氧涂层钢绞线的疲劳强度不低于裸钢绞线的疲劳 强度。原因在于环氧树脂涂层钢绞线采用电涂层 或低温溶涂技术 ; ( 2 ) 比镀锌防腐体系的防腐蚀性强 。由于环氧 喷涂层兼具防止 阳极和阴极反应 的能力 , 所 以, 采 用该方法所具有的防腐蚀性 比镀锌防腐体系 的防 腐蚀性强 ; ( 3
15、) 使用期 内可 以调整索力或更换索。 2 1 3 套管加填充材料 防腐 这种方法是在索的外面加套管 , 待张拉完预应 力筋后 , 在套管内灌注填充材料。这种防腐系统增 加了 2 层 防腐屏 障( 填充材料 和套管 ) , 因此 , 防腐 性能优于第 1 种 , 但造价也较高。 该防腐系统 的索主要有镀锌钢丝或钢绞线 、 环 氧涂层钢绞线 、 裸钢丝或钢绞线等。 这种防腐系统的套管可以是钢套管、 塑料套管 或钢管加强 的塑料套管 、 不锈钢或铜 皮包装材料 等 , 具有如下特点: ( 1 ) 钢管强度高 , 保护钢绞线或钢丝能力强 , 但 本身存在防腐问题 ; ( 2 ) 塑料套管一般采用聚氯
16、乙烯套管。塑料套 管的耐腐蚀性强, 但存在老化开裂问题。 2 1 4 灌浆材料 灌浆材料分为刚性灌浆材料 和非刚性灌浆材 料。 水泥浆是最简单 、 最常用 的灌浆材料, 且材料 费用较低 , 具有如下特点 : ( 1 ) 水泥浆体可以给预应力钢束提供碱性环 境, 使其表面形成致密的氧化膜, 而且由于有套管 的保护 , 水泥浆也不易被碳化 ; ( 2 ) 水泥浆容 易离析 、 干缩后收缩 、 析水 , 从而 导致孔隙产生 , 不利于预应力筋的防腐 ; ( 3 ) 体外索一般不能更换。 维普资讯 第 4期 刘少兵 : 体 外预应力混凝土结构耐久性 防护 问题 的探 讨 6 3 非刚性灌 浆材料有石
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