浅谈预应力混凝土的应用发展及未来

王俊

摘要：随着现代化步伐的加快，我国基础设施建设正以前所未有的规模在全国展开，同时混凝土质量问题越来越成为人们关注的焦点。普通混凝土的抗裂性能很弱,而预应力混凝土恰好弥补了这一缺憾,使混凝土的应用范围更加广泛。预应力混凝土将是现阶段乃至未来二十年内我国主导的工程结构材料。

关键词：预应力混凝土分类发展现状 未来趋势

中图分类号：TU37文献标识码： A

混凝土结构的应用为人类的文明发展做出了巨大的贡献，但随着社会经济的发展，人类对建筑的性能提出了更高的要求，当荷载增加时，普通钢筋混凝土只有靠钢筋混凝土构件中的截面尺寸或增加钢筋用量方法来控制构件的裂缝和变形了。这样做既不经济又必然使构件自重增加，显然已不能满足人们的需要，随之各种高性能混凝土便蕴运而生，预应力混凝土就是其中一种。

预应力混凝土和钢筋混凝土在原理上有明显的不同。为了克服普通钢筋混凝土过早出现裂缝和钢筋不能充分发挥其作用这一矛盾，人们创造了对混凝土施加预应力的方法。即在结构或构件受拉区域，通过对钢筋进行张拉后将钢筋的回弹力施加给混凝土，使混凝土受到一个预压应力，产生一定的压缩变形。当该构件受力后，受拉区混凝土的拉伸变形，首先与压缩变形抵消，然后随着外力的增加，混凝土才逐渐被拉伸，明显推迟了裂缝出现时间。这种利用钢筋对受拉区混凝土施加预压应力的钢筋混凝土，叫做预应力混凝土。

预应力混凝土发展现状综述

1、 (1)预应力混凝土的概念在19世纪末提出，但早期的试验并不成功，主要是因为对混凝土收缩与徐变的影响认识不清，预应力筋没有采用高强钢筋，因为只有高强钢筋才有足够的应变能力来抵抗混凝土的非弹性缩短。

(2）直到1925年高强钢筋用于预应力结构，由法国学者弗来西奈将高强钢材引入预应力混凝土结构，并且建成了一些重要的预应力结构，预应力的愿望才得以实现。

（3）我国从1956年推广应用预应力混凝土，现在无论在数量以及结构类型方面均得到迅速发展。

2、混凝土发展过程：

素混凝土 → 钢筋混凝土 → 预应力混凝土

3、预应力混凝土的优点：

能提高钢筋混凝土构件的刚度、抗裂性和耐久性，可有效地利用高强度钢筋和高强度等级的混凝土。与普通混凝土相比，在同样条件下具有截面小、自重轻、质量好、材料省（要节约钢材20％～40％），并能扩大预制装配化程度。在较大跨度结构中，综合经济效益好。

预应力混凝土的分类

根据制作、设计和施工的特点，预应力混凝土可以有不同的分类。

（1）先张预应力技术

先张法是在浇筑混凝土之前，先张拉预应力钢筋，并将预应力筋临时固定在台座或钢模上，待混凝土达到一定强度(一般不低于混凝土设计强度标准值的75%)，混凝土与预应力筋具有一定的粘结力时，放松预应力筋，使混凝土在预应力的反弹力作用下，使构件受拉区的混凝土承受预压应力。

工艺过程：张拉固定钢筋→浇混凝土→养护(至75%强度)→放张钢筋

适用于：构件厂生产中、小型构件(楼板、屋面板、吊车梁、薄腹梁……) ，预应力桥跨结构等。

（2）后张无粘结预应力技术

制备留有孔道的混凝土构件，混凝土达到设计规定强度后，穿筋并用张拉机具张拉钢筋至设计规定应力值，借助锚具把预应力筋锚固在构件端部，最后，孔道灌浆，这种预加应力的方法称为后张法。

特点： ① 混凝土的弹性压缩对预应力值的建立无直接影响；

② 锚具不能重复使用，成本高；

③ 工艺比较复杂（构件制作、留孔、穿筋、张拉、灌浆）；

④ 可拼装预制构件（现场拼装）。

适用范围

现场生产大型预应力构件、特种构件和构筑物，避免大型构件运输的麻烦。也可作为一种预制构件的拼装手段。

我国预应力混凝土技术未来发展趋势

（1）新材料技术开发应用

预应力混凝土钢筋除了目前使用的高强度钢材外，未来新型预应力混凝土钢筋都是强度高、自重轻、弹性模量大的聚碳纤维，玻璃纤维和聚醋纤维类非金属预应力混凝土钢筋，例如纤维增强聚合物（FRP）预应力混凝土、耐火性高温材料混凝土等。

（2）超高强混凝土结构的应用

建筑业是我国国民经济重要支柱产业之一，旺盛的建筑需求，日新月异的生产工艺变革以及人们对物质文化生活需求的迅速提高，使建筑结构正面临新的挑战。国际上混凝土技术发展很快，先进国家的混凝土强度等级平均为C50～C60，预应力混凝土已达C70，活性粉末混凝土实验室已能配制出C800～C1000，工程中已可用到C220.为满足我国现代建筑更高的使用功能要求、更高的耐久性要求、更高的生产工艺要求，人们总是想在有限的建筑面积和空间内获得最好的使用功能和最佳的投资回报。预应力混凝土正以其跨度大、自重轻、节约材料、节省层高、改善功能等突出优点。迎合了近代建筑结构的发展趋向。

（3）高层建筑结构中预应力混凝土技术发展方向

近年来，预应力混凝土在高层建筑中的应用于有很大发展，尤其是无粘结预应力混凝土平板和预应力混凝土扁梁用于高层建筑的楼闰，具有降低层高，简化模板，加快施工等明显效果。受到建设单位、设计和施工单位的普遍欢迎。预应力混凝土除用于楼盖外，有时还用来解决大跨度，大空间部位柱网转换时的转换梁，转换桁架，以及复杂柱网情况下的转换板。此外8-18m跨度的预应力混凝土空心板，外墙用的装饰保温复合预应力混凝土墙板在高层建筑中的应用前景很广阔。

（4）预应力技术在桥梁结构领域的发展趋势

在桥梁结构领域中，预应力技术既是一种结构手段，又是与施工方法结合形成一整套以节段式施工为主体的预应力施工方法或专利，主要有预应力悬臂分段施工技术，分段顶推施工技术，移动模架逐孔施工技术，块体节段拼装技术，大节段预制吊装技术等。这些施工技术与预应力技术是紧密相关的，现有桥梁的改造、加固技术亦是研究开发方向。