后张法预应力结构孔道压浆不实质量通病的分析

　　摘要：后张法预应力管道压浆不实是现代混凝土桥梁建设的质量通病之一，本文通过一系列分析指出针对这一质量病害预防重于事后处理，在大跨径桥梁建设中推荐使用塑料波纹管及真空压浆工艺进行灌浆施工。

　　关键词：后张法预应力结构孔道压浆不实 质量通病 分析 处理措施

　　后张法预应力管道压浆不实是现代混凝土桥梁建设的质量通病之一，它将严重影响结构的极限承载能力和结构耐久性（安全性）。

　　一、病害实例：

　　采用后张预应力结构的英国的Ynys-Gwas桥梁建于1953年，在使用了32年后于1985年12月4日突然倒塌，经过英国运输与道路研究试验室（TRRL）对倒塌的桥梁进行分析，发现桥梁倒塌是由于预应力灌浆不密实，使预应力筋锈蚀所致。建于1957年的美国康涅狄格州的Bissell大桥，因为预应力筋锈蚀导致桥梁的安全度下降，在使用了35年之后，在1992年不得不炸毁重建。另外美国从地震垮塌的后张预应力桥梁构件上截取若干断面解剖测试，发现后张预应力结构因孔道压浆不密实而造成的预应力筋锈蚀、断面锐减、断丝及应力损失严重等致命的质量问题，为此曾一度禁止后张预应力结构的应用。通过近几年的调查和调查资料证明，我国于80年代中期至90年代中期兴建的一批预应力混凝土梁桥，压浆不实是一个普遍存在的现象，个别桥梁该问题还十分突出，通过对破坏的预制梁的孔道部位进行破损检查发现大多数预制梁的预应力孔道存在空洞、预应力筋锈蚀现象（见下图）。因此对后张法预应力结构孔道压浆不实的质量通病进行分析是很有现实意义的。

　　二、预应力管道压浆不实造成的危害和机理分析：

　　钢筋锈蚀是混凝土结构损坏的机理之一，而孔道压浆的根本目的是排除孔道内的水和空气，防止预应力筋被腐蚀，保证预应力构件的耐久性。孔道压浆的第二个目的是使预应力钢筋通过灰浆与周围混凝土结成一个整体，将预应力钢筋上的力均匀地传入到结构物中，从而既能减轻锚具的受力，又能提高构件的承载能力、抗裂性能和耐久性。本文主要分析因孔道压浆不实造成预应力筋腐蚀对结构物的损害。

　　预应力钢材的锈蚀分为一般腐蚀和应力腐蚀，应力腐蚀是特别危险的腐蚀形式。所谓应力腐蚀是钢材处于受拉状态下，而同时受到腐蚀时发生的腐蚀的结果，将引起钢材急剧地脆性破坏。应力腐蚀断裂是金属材料在应力和腐蚀介质联合作用下产生的一种特殊破坏形式。不存在应力时腐蚀非常轻微，当应力超过某一临界值后金属会在腐蚀并不严重的情况下发生脆断。预应力筋的直径相对较小，强度较高，对腐蚀尤其是应力腐蚀更敏感。而且预应力筋发生的应力腐蚀不易从构件的外表察觉，其破坏又呈高度脆性，就使构件的破坏呈现突然性。这是由于预应力构件本身的性质及预应力筋的性质造成的。

　　众所周知，普通钢筋混凝土构件中的钢筋中的应力值在构件开裂前很小，而预应力混凝土构件中的预应力筋从张拉直到破坏始终处于受拉状态，所以发挥了高强钢材和混凝土两种材料各自的特长。预应力混凝土构件出现裂缝比普通钢筋混凝土构件迟得多，所以构件裂度大为提高，但裂缝出现的荷载与破坏荷载比较接近，延性较差。从下面的预应力混凝土简支梁的荷载-挠度曲线和非预应力筋和预应力筋应力-应变曲线比较图可以看出：预应力的作用改变了截面应力状态，使全截面受力阶段的范围扩大，反映出很好的抗裂性能；预应力筋的塑性较小，一些高强度预应力筋应力-应变曲线没有明显的屈服台阶。

　　预应力钢材对应力腐蚀具有敏感性，而且钢材抗拉强度越大敏感性越大。应力腐蚀是一种低应力脆性断裂，因为导致应力腐蚀开裂的最低应力远小于材料断裂强度fu，而且断裂前无明显的塑性变形，脆性断裂时其应力水平一般不会超出屈服点，宏观塑性变形很小，同时脆性破坏的断裂速度非常高，可达声速的1/3。这一点也是脆性破坏常导致灾难性事故的主要原因。国际预应力协会（FIP）采用公式来说明断裂时间与钢材抗拉强度、高强钢丝工作应力之间的关系。取，则。不难算出当分别为1860Mpa和1425Mpa时，后者应力腐蚀断裂时时间约为前者的24倍。

　　综上可以看出，应力腐蚀产生的破坏具有突然性，从构件外表不易察觉，断裂速度特别快，因此预应力筋的防腐是后张预应力混凝土的关键问题，而预应力孔道内的压浆的质量成为防腐的重点。