CN1010109B - 预应力混凝土用钢材及其张拉方法 - Google Patents

Abstract

本发明介绍用于混凝土中的用后加拉力方法进行预该力处理的钢材料。根据本发明的一个实例，一个钢部件被套以一条热缩性合成树脂管，在另一个实例中，该钢部件被套以一条泡沫合成树脂管。两个实例均可进一步用于使用钢缆作为钢部件的情况，这时最好将钢缆的螺旋状凹槽填充以一种树脂，然后再套以一条外套管。

Description

本发明涉及在通过后张拉法进行预应力处理的混凝土中使用的钢材及其张拉方法。

混凝土的抗拉强度较低。为了克服这个缺点，人们已开发了预应力混凝土。通过使用高强度的钢丝、钢筋或钢缆将混凝土构件进行预压。当该构件承受负荷时，通常承受拉力的那个部位的压力就被抵消。

进行预应力处理的方法一般有两种，即：先张拉法和后张拉法。本发明讲的则是通过后张拉法进行预应力处理的那种混凝土中使用的钢材。

图1和图2显示了用来防止钢材与周围的预应力混凝土直接接触的结构设计。图1所示的设计可用于钢丝、钢筋或钢缆等形式的钢材。其中一个涂有一层油脂（2）的钢部件（1）被套在一条聚乙烯管（3）中。当把带有聚乙烯套管（3）的该钢部件（1）放入一混凝土构件（4）中时，中间的油脂涂层（2）的润滑作用使钢部件与混凝土之间的摩擦系数降低到0.002至0.005m^-1的范围内。由于摩擦系数这么低，图1所示的设计就极大地便利了对混凝土中的长钢缆进行后张拉预应力处理。然而，倘若钢部件尺寸较短，则要防止油脂从聚乙烯套管的两端泄漏，这又给安装和处理该钢部件带来很大困难。而且，两端带螺纹或突出部分的钢部件则难以连续的方式生产。

图2所示的钢部件（1）是包在沥青（5）中的，它的摩擦系数略大于图1中所示结构的摩擦系数。这种设计广泛地被应用于钢材较短的情况，因为它构造简单，不会产生泄漏，易于将钢材从混凝土中拆出，即使在钢部件端部有螺纹或有突出部分的情况下亦然。

图2所示之设计产生的一个问题是使用沥青（或代替沥青的油漆） 可能会对工作环境产生不良的影响，因为其中含有易挥发的有机溶剂。而且，地板可能会被溅出的沥青或油漆玷污。另一个问题是在干燥处理时及定位于钢筋架时处理涂沥青的钢材会遇到很大的困难，除非很仔细地采取措施保证涂层厚度达到要求，否则，很容易发生沥青涂层分离的情况。

综上所述，本发明的主要目的是提供一种用于预应力混凝土中的钢材，它能避免先有技术里产生的有关问题。

本发明通过给预应力混凝土的钢材套上热缩性的合成树脂套管或泡沫合成树脂套管来达到本发明的这些目的及其它目的。

图1、图2是钢材用于后张拉法进行预应力处理的混凝土中的传统设计之示意图。

图3是根据本发明的钢材用于预应力混凝土中的示意图。

图4表示了一根按本发明方法套有合成树脂管的钢缆的截面图。

下面，我们将参照图3和图4详细地描述本发明。图中标号1是指钢部件（1），标号6（7）是指热缩性的合成树脂套管（泡沫合成树脂套管）。

实施方案1

在本实施方案中，将热缩性合成树脂套管通过用粘合剂套在钢部件上。

不一定要用粘合剂材料将钢材与热缩性合成树脂套管结合。如果要求改善防锈和防腐蚀效果的话，则可以使用粘合剂材料将钢部件与合成树脂套管结合。如果钢部件是一根钢筋，则将一种遇热溶化的合成树脂涂在合成树脂套管内壁或钢筋的表面，把合成树脂套管套在钢筋上滑动之后，进行加热，使合成树脂套管收缩，同时树脂粘合剂溶化，将钢筋与套管牢固地粘合。由此可以看出粘合剂的熔点低于热缩性合成树脂套管的熔点。此方法是确保钢筋与套管牢固结合的最简单、最好的方法。

图3图示本实施方案的预应力混凝土的钢材，其中标号1为钢部件， 标号6代表套在钢部件外面的热缩合性合成树脂套管。在一个优选的实例中，钢部件（1）被插入预制的热缩性合成树脂套管，然后用热空气、蒸汽或红外线对该套管进行加热，使其收缩并紧密地包在钢部件（1）的表面。

该热缩性合成树脂套管壁厚至少须有300微米，以便足以能分隔钢部件（1）与周围的混凝土层，并在两者间提供适当的滑动量。经热缩后的合成树脂套管的壁厚可由下列等式估算出来：

${\mathrm{t\; =\; (1/2)\; ｛\; 〔\; (D\; +\; 2t}}_1){}^2\mathrm{-\; D}{}^2{}_1\mathrm{+\; D}{}^2{}_0〕{}^{\frac{1}{2}}{\mathrm{-\; D}}_0｝$

其中t：热缩后的壁厚（毫米）

D₀：钢筋的外径（毫米）

D₁：热缩前，套管的内径（毫米）

t₁：热缩前的壁厚（毫米）

若有一条外径为D₀＝17毫米的钢筋插入一条内径20毫米、壁厚0.3毫米的套管，如果将套管热缩，则套管与钢筋紧密接触，套在钢筋上的套管之壁厚将达到0.35毫米。热缩性聚烯烃树脂套管的热缩率为35%。因此，套管的内径可选择钢筋外径的1.1至1.5倍。这样大的聚烯烃套管的内径就使得钢筋可以很容易地插入套管。而且，通过适当地选择该热缩性合成树脂套管的内径和壁厚，将其套在一条有特定外径的钢筋上，在进行热缩处理后可达到所要求的套管的壁厚。

套在热缩性合成树脂套管中的用于预应力混凝土的钢部件的样品，都经过制作并进行过各种试验以确定其特性。表1至表3列出了试验的结果：

表1

样品的基本特性

钢部件尺寸：外径17毫米及长度2，830毫米的钢筋

树脂套管：高密度聚乙烯管，在电子束照射下因交联作用而产生收缩性。

密度：0.95克/厘米³

抗拉强度：1.0公斤/毫米²

延伸率：300%

耐热性：350℃（1分钟）

耐盐水性：良好

抗碱性：良好

耐酸性：（10%盐酸）良好

（10%硫酸）良好

表2

不粘合（摩擦）特性。

样品    负荷（公斤力）    摩擦损耗    摩擦系数

号码 受力面（pi） 固定面（po） （公斤力） λ（m^-1） 备注

1    19.490    19.110    380    0.00817    混凝土构件长度

L＝2，435毫米

2    19.540    19.135    405    0.00869

3    19.530    19.190    340    0.00728

4    19.480    19.105    375    0.00806

5    19.510    19.015    495    0.01069    样品温度：

T＝25℃

6    19.500    19.185    315    0.00674

7    19.520    19.065    455    0.00980

8    19.500    18.970    530    0.01147    摩擦系数：

9    19.510    19.080    430    0.00926

10    19.470    19.110    360    0.00774

表3

试验    条件    结果

1.盐水连续喷洒试验    日本工业标准Z2371    样品表面未出现锈迹

（2，000小时）    （5%氯化钠溶液，35℃）    或腐蚀痕迹，内部钢

筋未出现锈迹。

2.盐水浸泡试验    浸入3%氯化钠溶液，样品表面未出现锈迹。

（2，000小时）    温度25℃    或腐蚀痕迹，内部钢

筋未出现锈迹。

3.抗碱试验    浸入3%氯化钠溶液，    样品表面未出现锈迹

（2，000小时）    溶液温度25℃，其pH    或腐蚀痕迹，内部钢

值用氢氧化钾调到11。    筋未出现锈迹。

实施方案2

根据本实施方案，钢部件被套在一根泡沫合成树脂套管（7）中，如图3所示。可以用各种方法将树脂套管套在钢部件（1）上。有一种方法是：利用流化浸涂法或静电涂覆法工艺，使一种带发泡剂的合成树脂粉末覆盖在预热了的钢部件表面形成一层泡沫涂层。另外一种方法是在钢部件（1）表面形成一层含有发泡剂的合成树脂膜，然后让其通过加热室，使该树脂膜膨胀成泡沫状。如果需要的话，可以将钢部件（1）套入一根预先制成的泡沫合成树脂套管（6），该套管（6）可以与钢部件（1）粘合，也可以不粘合。为了将钢部件（1）与混凝土有效地隔开，以便进行下一步的后张拉法处理，该泡沫合成树脂套管（6）壁厚至少要有300微米。而且，为了降低钢部件（1）与混凝土之间的摩擦阻力，从而减少两者间的滑动，树脂套管（6）的壁厚最好不少于500微米。

我们曾把能作为本发明钢部件之一的钢筋套在一根泡沫聚乙烯套管中。该套管是使用流化浸涂法技术将带发泡剂的乙烯粉末施于预热了的钢筋上面而制成的。这些样品的特性见表4和表5：

表4

钢筋的基本特性：

钢筋尺寸：长度2，830毫米×直径17毫米

聚乙烯套管：用中等密度的聚乙烯粉末（密度0.925克/厘米³，熔点120℃）制成，含1.0%热解发泡剂。

聚乙烯套管壁厚：1.3到1.5毫米。

气孔：开放气孔，口径为0.3至0.5毫米，以厚度为3-4微米均匀分布。

表5

不粘合（摩擦）特性。

样品    负荷（公斤力）    摩擦损耗    摩擦系数

受拉面（pi） 固定面（po） （公斤力） λ（m^-1） 备注

1    19.510    19.140    370    0.0079    混凝土构件长度

L＝2，435毫米

2    19.540    19.200    340    0.0073

3    19.500    19.010    490    0.0106

4    19.480    19.040    440    0.0095

5    19.510    19.115    395    0.0085    样品温度：

T＝25℃

6    19.530    19.170    360    0.0077

7    19.500    19.040    455    0.0098

8    19.510    18.965    545    0.0118    摩擦系数：

9    19.500    19.220    280    0.0060

10    19.490    19.125    365    0.0078

表6

样品    树脂层厚度    表面特征    结果

（微米）

Barax（未粘合）    300-500    无擦伤痕迹    甚至2000小时后也未形成锈蚀。

Barax（未粘合）    300-500    有擦伤痕迹    200小时后擦伤痕迹周围严重

锈蚀。

泡沫聚乙烯涂层    300-500    无擦伤痕迹    甚至2000小时后也未形成锈蚀。

泡沫聚乙烯涂层    300-500    有擦伤痕迹    500小时后仅在擦伤痕迹上形

成锈蚀。

如图4所示，本发明亦可用于由多股钢丝拧成之钢缆上。钢丝拧成的钢缆有螺旋状的沟纹，在图4中由A和B表示。这些沟纹不仅给进行后张拉法预应力处理造成困难，而且还增加了在受力混凝土上的摩擦阻力。为避免这些问题，可向这些沟纹中填入一种树脂。可以用挤压或其它适当的技术来完成树脂填充工作。然后，经过这样处理的钢缆就可以按上述的方式套上合成树脂套管。

根据本发明的方法可以很容易地制成一种用于预应力混凝土中的钢材。所得的钢材也易于运输和安装。

Claims (13)

1、一种配置于预应力混凝土中的张拉预应力钢材，它包括张拉的去油脂的钢部件以及结合在上述钢部件上而不结合在上述混凝土上的泡沫合成树脂套管。

2、根据权利要求1所述的预应力钢材，其中该套管的壁厚至少为300微米。

3、根据权利要求1所述的预应力钢材，其中该套管的壁厚至少为500微米。

4、根据权利要求1所述的预应力钢材，其中该合成树脂套管为泡沫聚乙烯套管。

5、根据权利要求1所述的预应力钢材，其中该合成树脂套管是通过将含有发泡剂的合成树脂粉末复盖在预热钢部件的表面所形成的。

6、根据权利要求1所述的预应力钢材，其中通过将含有发泡剂的合成树脂膜复盖在上述钢部件的表面上，然后加热该钢部件，使该树脂膨胀成泡沫，以形成该合成树脂套管。

7、所述权利要求1所述的预应力钢材，其中它还包括由多股钢丝拧成的钢缆，在上述钢缆中形成多条螺旋状的沟纹，并且泡沫合成树脂套管结合在该钢缆上而不结合在该混凝土上。

8、一种配置张拉预应力钢材于预应力混凝土中的方法，其中该预应力钢材包括钢部件以及包在该钢部件外表面上的可热缩性合成树脂套管，而在预应力钢材处于未结合的状态时进行后张拉法处理，其中预应力钢材不与该混凝土结合而可以相对于该混凝土作自由移动，以及该钢部件与可热缩的合成树脂套管结合而不能相对于该热缩合成树脂套管移动。

9、一种配置于预应力混凝土中的张拉预应力钢材，其中所述的预应力钢材包括，钢部件，包在该钢部件外表面的热缩性合成树脂套管以及在钢部件和热缩性合成树脂套管间提供的粘合剂材料，经加热，该管收缩而粘合剂熔化将钢部件与树脂套管粘合，所述的预应力钢材处于未结合状态而且相对于混凝土能自由地移动，所述的钢部件不能相对于热缩性合成树脂移动。

10、根据权利要求9所述的预应力钢材，其中该预应力钢材包括由多股钢丝拧成的钢缆，而该钢缆具有多条螺旋的沟纹，还包括填充上述沟纹的树脂以及覆盖该钢缆和该树脂上的可热缩性合成树脂套管，且在该钢缆上热收缩，使该钢缆和树脂套管间具有紧密地接合，进一步还包括在钢部件和热缩性合成树脂套管之间采用一种粘合剂材料，经加热，该管收缩，而粘合剂熔化将钢部件与树脂套管粘合，所述的预应力钢材可相对于混凝土作自由移动，而该钢缆不能相对于热缩性合成树脂套管移动。

11、根据权利要求10所述的钢材，其中上述树脂套管的壁厚至少为300微米。

12、根据权利要求10所述的钢材，其中所述的树脂材料为聚烯烃。

13、根据权利要求10所述的钢材，其中所述的树脂为高密度聚乙烯。

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