民用建筑施工中预应力混凝土技术的应用研究

2023-03-02冯科峰

建材与装饰 2023年6期

冯科峰

（湖南顺天工程项目管理有限公司，湖南岳阳 414000）

0 引言

民用建筑结构复杂，建筑类型较多。民用建筑对于预应力混凝土的应用基本普及，且随着时间的推移，预应力混凝土病害仍没有得到改观，这对于预应力混凝土的生产厂商来说是一大难题，并影响着民用建筑建设水平的提高，给建筑后期使用及其运行安全造成了一定的危险隐患。例如，在20 世纪开通的鹰厦线电气化铁路使得接触网的支柱裂纹产生，同时出现了200多根的混凝土接触网支柱出现损伤，施工进度受到较大程度的影响，且对施工质量造成较大的影响，给国家经济造成巨大损失，因此，如何提升民用建筑预应力混凝土施工质量，优化施工效率成为目前民用建筑施工质量提升的关键点。

1 工程简介

某地区民用建筑项目，地上建筑14 层，地下一层，建筑总面积14500m2，总建筑高度达到72m，混凝土型号为C60。本项目工程柱截面尺寸及配筋比例如表1所示。

表1 柱截面尺寸及配筋汇总

由表1 的建筑统计数据可知，柱体截面面积减少以后，混凝土使用量减少，预应力混凝土使用后，柱体截面面积由原来的750mm×750mm 减小到650mm×650mm，混凝土用量减少了151t。钢结构用量也减少，在该建筑结构中的柱体截面面积减少后，对应纵向钢筋和箍筋共节省钢筋重量达7t。

2 本项目预应力混凝土施工工艺

2.1 原材料的选择

（1）水泥。水泥强度等级是导致混凝土性能变化的主要影响因素，同时水泥中矿物质的组成比例及细度参数都会影响到混凝土强度及稳定性[1]，在配置预应力混凝土中的水泥材料选择中，C3A 含量应尽量低，同时游离的氧化钙、氧化镁等有害金属离子成分也应降低，同时为了保证水泥性质具备高流动性和耐久性，外加剂的选择也是较为重要的，必修与水泥充分的融合。

（2）掺合料。掺合料的选取中，应以耐久性的高低作为主要评估参数，作为普通的硅酸盐材料来说，很难满足于预应力混凝土的制备，因此可改变混凝土耐久性与稳定性的材料主要基于预应力混凝土自身的组成组分。在本项目工程中，对应的掺合料中粉煤灰选取Ⅰ级，细度比例可控制在5%～7%，且对应的需水量要控制在85%以上，烧失量要控制在50%以上。

（3）骨料。由于水泥浆界面黏结强度对于预应力混凝土的强度影响较大，因此在骨料的选择中，应尽可能的选取石灰岩碎石结构，压水指标值设计比例为5%～8%，并且吸水率应达到0.3%，含泥量应达到0.2%。

（4）外加剂。在配置预应力混凝土的过程中，关键质量标准为选取水泥具有较好的相容性，同时要高效化的控制混凝土初凝对应的周期时间，其中初凝时间应控制在 7h 左右[2]。

2.2 预应力混凝土配合比设计

在预应力混凝土制备的过程中，混凝土的流动性、抗离析性的平衡一般都需要有效的调整单方用水量，并施加一定比例的外加剂的方式来有效解决。本项目工程中，结构部位多数为剪力墙或者柱体结构，并且柱体钢筋的绑扎相对紧密，因此在设计的过程中，应高度重视配合比设计过程，从而配置具有高流动性和高强度的混凝土。

混凝土配置强度如式（1）所示。

式中：fcu,o——混凝土配置强度，MPa；fcu,k——混凝土设计龄期立方体抗压强度标准值，MPa；σ——混凝土抗压强度的标准值。

水灰比计算公式如式（2）、式（3）所示。

粉煤灰设计量ξ=1.2，掺量7%，最后计算得出粉煤灰用量达到27kg/m3。此外，在假定容量2430kg/m3，选定砂率一般控制在37%。在试拌的过程中，主要选择使用0.25、0.30 和0.35 三个参数值，经过计算优化设计，得出选用0.30 参数值的水胶比[3]，其中进行6 组有效的试配比设计，28d 的混凝土强度等级平均值设计为72MPa～78MPa，经过计算、统计和分析得出混凝土配合比如表2 所示。

表2 混凝土原材料用量及抗压强度值统计

2.3 预应力钢筋施工工艺

2.3.1 先张法施工工艺

对于先张法施工来说，浇筑混凝土之前，需要张拉预应力钢筋，将其固定于台座或者钢模板结构上，随即浇筑混凝土材料。待混凝土浇筑后达到一定强度，要保证预应力钢筋与混凝土结构之间有充足的黏结力，这样才能够保证预应力钢筋结构能够产生对应预应压力。

2.3.2 台座、张拉设备

（1）台座。台座作为先张法施工与生产的主要设备类型之一，其不仅承受预应力筋全部的张拉力，同时台座结构具有足够的强度与稳定性，免受台座变形、倾覆及滑移的影响而导致的预应力值的损失，针对于台座的安装流程，可分为两种，即敦式和槽式。

（2）夹具与张拉设备。①夹具。对于夹具来说，其是先张法施工过程中重要的设备类型之一，不仅能够固定在张拉台座上，同时能够保障临时性的锚固处理，夹具从结构类型上看，分为很多中，最为常见的就是墩头式和推销式两种[4]。②张拉设备。对于张拉设备来说，操作应便利化，张拉应力的掌控应精准，常用的张拉设备主要包含：千斤顶、穿心式千斤顶等结构。

2.3.3 先张法施工工艺

先张法施工流程主要为：预应力钢筋铺设→预应力钢筋的张拉→混凝土浇筑→混凝土养护，对施工流程的优化具有重要意义。

2.3.4 后张法施工工艺

（1）后张法的工艺流程。后张法施工重点在于构件的制作流程上，在预应力筋的设计位置上，可穿入对应的预应力筋中进行分析和优化，按照待测强度稳定性达到一定要求后，穿入预应力筋中，并按照相关的要求施加预应力筋，最后对孔道进行灌浆施工，保证锚具能够传递给混凝土构件。

（2）后张法张拉设备的组成。①锚具。锚具的重要作用是为了保证构件结构的稳定性，保持预应力筋拉力及其稳定能够传递到对应的混凝土结构上部，并使用永久性的锚固装置进行处理。锚具结构及设计应符合荷载受力要求，这样才能够确保施工流程和施工技术满足要娶你，同时锚具结构的种类是较多的，要按照施工规范的要求，确定具体的锚具型号。②张拉千斤顶。a.对应预应力张拉筋结构应小于设备自身的稳定受力范围；b. 对应的预应力筋要满足一次张拉的基本要求，且应小于最大的张拉力矩。

2.4 构件安装工艺

2.4.1 柱子的吊装

对于柱体结构的吊装来说，应按照吊起后的柱身结构是否垂直为原则，强化直吊与斜吊法的控制，按照对应的吊升过程进行处理和优化。

2.4.2 吊车梁安装

吊车梁在控制的过程中，要基于基础杯口结构中二次浇筑混凝土强度的稳定性要求，以达到强度稳定性的70%以上。

3 预应力混凝土生产质量控制措施

预应力混凝土的使用对于增加建筑物净高、减少层高等具有积极意义，还能够优化建筑空间，减少由于吊顶等装修导致的空间感不好等现象发生。此外还节省了装修费用，同时还有利于改善房屋建筑结构的使用功能，可依据业主自身的喜好，对建筑结构进行分割处理。从受力角度看，预应力筋产生横向力，产生向上的等效荷载，可增加用户的自由度，提高房屋建筑的档次。

在高强度混凝土生产制备的过程中，不仅要制定科学合理化的质量控制措施，并形成高效的质量控制体系，以适应混凝土生产环节中的质量控制及稳定性需求，在混凝土生产环节中，应优化流程，其中预应力混凝土制备的过程中，应合理控制和设计配合比，优化材质检测标准和流程，对于材料检测后不符合规范要求的材料应拒收，加强配合比信息的输入控制，其中在预应力混凝土制备和应用过程中，质量控制措施如下。

①控制混凝土材料进场过程中的质量监管，坚决杜绝材料质量不合格产品入场，按照砂粒度大小，逐一分类处理；②合理控制上料的精确性。按照施工材料堆放的统一地点，避免因为上错料导致的混凝土制备过程中出现质量问题；③在预应力混凝土制备的过程中，要合理控制混凝土配合比，科学合理监控砂石材料的含水率；④混凝土罐车进站装车之前，经过反转以后才可以运行，杜绝带水装车施工[5]。

4 预应力混凝土在民用建筑工程中应用质量控制措施

4.1 加强混凝土模板制作

在预应力混凝土制备之前，要选取高强度钢模板结构，以防止涨模，实现施工中安全系数的预留与管理。

4.2 提高泵送能力

预拌混凝土拌合物提高了预拌混凝土受力的稳定性，减少易散性，降低坍落度，提升泵送效果。

针对泵送混凝土来说，首先要控制配比率，对于高配比的砂石材料，加入混凝土后，配置能力提升，但是配砂率过高的话，会导致混凝土层增厚，进而导致混凝土表面层结构的裂缝增加。基于此，控砂率应控制在科学合理的范围之内。常规情况下，控砂率应控制在38%～40%，且泵送混凝土对于模板结构的侧压力影响较大，因此在模板的设计中应充分考虑新浇筑混凝土对模板的侧压力。同时，布料设备不得碰撞或直接休息在模板上，并在布杆下方加固模板和支撑。浇筑竖向结构混凝土时，不要直入钢骨架。浇筑水平结构混凝土时，混凝土结构应满足强度和稳定性的相关要求。

4.3 预应力混凝土浇筑施工质量控制

按照现有的技术要求，对应的剪力墙结构的稳定性要与混凝土进行分层浇筑处理，这样在先浇筑的过程中，才能够保持尺杆结构的控制高度达到分层的相关要求，每一层的浇筑厚度要达到500mm，且墙面结构混凝土经过连续性的浇筑后，高出板底3cm，同时经过拆模以后，施工缝得到处理，以满足施工技术的相关要求。

待对应的墙体结构以达到既定的施工技术要求，同时要控制地下室结构水平面的强度稳定性，按照既定的设计要求思路，刷对应的液体进行养护和处理，进而控制混凝土的收缩缝。

4.4 加强对预应力混凝土的养护

由于目前预应力混凝土水化热较高，在养护及其施工作业的过程中，若实际操作流程不规范，施工技术不达标，就会导致混凝土内外温差变大，内应力的出现，会导致混凝土裂缝生成。待预应力混凝土浇筑施工完成后，要按照既定要求，选取立即遮盖等养护处理方式，保证混凝土结构表面湿润性，其中预应力混凝土养护周期应小于7d。预应力混凝土柱体结构应选取塑料布包裹，对于外露表面的部分应遮盖严密，保证塑料布结构内部存在凝结水。因此，为保证混凝土施工质量，防止混凝土开裂现象发生，预应力混凝土入模温度应依据制备内外部环境的稳定性及所受内外力约束，加以限制。从预应力混凝土施工技术应用经济性优势看，其可减少1/5～1/3 的钢筋用量，预应力混凝土及钢筋需要高强度、高质量，因此每一种材料的单价都较高，也具备更高的耐久性和稳定性。