第五节 预应力混凝土结构试验检测

热处理钢筋 刻痕钢丝 预应力混 凝土钢材 钢绞线等 矫直回火钢丝 冷拉钢丝

一、预应力钢材试验检测 热处理钢筋：由热轧螺纹钢筋经淬火和回火的调质处理而成，经热处理后改变了钢筋的内部组织结构，其性能得到改善，抗拉强度提高到预应力钢筋所需要的强度等级。 矫直回火钢丝和冷拉钢丝：由含碳量为0. 6%~1.4%、含磷和硫量小于0. 05%的碳素钢制成。 刻痕钢丝：由碳素钢丝经压痕机轧制而成，规格以未压痕前的直径表示。 钢绞线：由直径为2. 5~5 mm的碳素钢丝按2根、3根或7根一股编绞而成，桥涵工程中常用的钢绞线为7根钢丝一股，每根钢绞线的直径为9. 5~15. 2 mm。

（1）热处理钢筋检验 1)外观检查：热处理钢筋按其螺纹外形分有纵肋和无纵肋两种。有纵肋的热处理钢筋公称直径有8.2mm，10mm两种。无纵肋的热处理钢筋公称直径有6 mm，8.2 mm两种。钢丝尺寸及偏差用分度0.01 mm的量具测量，热处理钢筋端头应切得正直，钢筋表面不得有裂纹、结疤和折叠，断面尺寸误差在允许范围之内。此外，热处理钢筋表面不得粘有油污，在制造过程中，除端部外不应受到切割火花或其他方式造成的局部加热影响。

2)力学性能试验 热处理钢筋力学性能试验需成批试验，每批由同一外形截面尺寸、同一热处理制度和同一炉号的钢筋组成。每批量≤60t。每批钢筋中选取1O%的盘数且≥25盘。试件从每盘钢筋的任一端先截去50 cm，然后按规定制成要求长度的试件。试验结果如有一项不符合下表时的规定性能时，该盘钢筋为不合格品应予报废，

（2）预应力钢丝检验 预应力钢丝应成批验收，每批应由同一钢号同一形状尺寸、同一交货状态（冷拉或矫直回火）的钢丝组成。 1)外观检查。从每批钢丝中抽查5%但不少于5盘进行形状尺寸和表面检查，如检查不合格则应将该批钢丝逐盘检查。优质钢丝应逐盘检查。预应力钢丝表面不得有裂纹、小刺、机械损伤、氧化铁皮和油迹。存在肉眼不可见的麻坑和表面浮锈迹可作为合格品；回火成品钢丝表面的回火颜色应是正常颜色。

2）力学性能试验。从外观检查合格的同批钢丝中抽取5%，但不少于3盘；优质钢丝抽取10%，但不少于3盘，进行拉力试验（抗拉强度σb、屈服强度σb ，σ0.2和伸长率）、弯曲试验和松驰试验。 钢丝横截面积按公称直径计算。为便于供方日常检验、钢丝的屈服强也可测定屈服强度σ1 符合标准规定时可以交货，但仲裁试验时应测定σ0.2 。测定伸长为l%的负荷时，预加负荷为公称屈服负荷的10%，预加负荷对试样所产生的伸长应加在总伸长之内。 弯曲试验——弯曲半径和弯曲次数应符合表2.2. 24～表2.2.26的规定。

（3)预应力钢绞线检验 应成批验收，每批由同一钢号、同一规格、同一生产工艺制造的钢绞线组成，每批不超过60t，从每批钢绞线中选取3盘进行表面质量、直径偏差、捻距和力学性能的检验。如每批少于3盘，则应逐盘进行上述检验。 1)外观检验：检测公称直径、直径允许偏差、中心钢丝直径，表中所列每1000 m长度的质量仅供参数。每盘成品钢绞线的长度应不小于200 m；钢绞线盘的内径应不小于1 000 mm。钢绞线的捻距应为钢绞线公称直径的12-16倍，每根成品钢绞线表面不得带有任何形式的电接头。成品钢绞线表面不得带有润滑剂、油渍等降低钢绞线与混凝土粘结力的物质。钢绞线表面允许有轻微的浮锈，但锈蚀不得成肉眼可见的麻坑。

2)力学性能试验。从外观检验合格的3盘钢绞线的端部正常部位各截取一根试样进行拉力试验（包括破断负荷、屈服负荷和伸长率）和松弛试验。 钢绞线的屈服负荷是钢绞线在残余伸长为0.2%时所受的负荷。 松弛试验的环境温度应保持在20℃±2℃的范围内初始负荷为钢绞线破断负荷的70%，初始负荷应在5 min内均匀施加完毕，并保持2 min后开始记录松弛值。从每盘钢绞线所截取的一根试样所进行的力学性能试验的每项试验结果均应符合标准规定值，如有一项不合格时，该盘钢绞线判定为不合格品，再从未试验的钢绞线中取2倍数量的试样进行不合格项的复验，如仍一项不合格，则该批钢绞线判定为不合格品。

二、 预应力锚具、夹具和连接器检测 锚具：是在后张法预应力结构或构件中为保持预应力筋的张拉力将其传递到混凝土上所用的永久性锚固装置。 夹具：是先张法预应力混凝土结构或构件施工时，为保持预应力筋的拉力并将其固定在张拉台座（或设备）上的临时性锚固装置；或者为后张法预应力结构或构件施工时，能将千斤顶（或其他张拉设备）的张拉力传递到预应力筋上的临时性锚固装置（又称工具锚）。连接器为用于连接预应力筋的装置。

1、产品分类 预应力锚具按锚固性能分为I类和Ⅱ类两种， I类锚具用于承受动、静载作用的预应力混凝土结构。 Ⅱ类锚具仅用于有粘结的预应力混凝土结构中预应力筋应力变化不大的部位。 锚具、夹具和连接器按锚固方式不同，可分为夹片式、支承式、锥塞式和握裹式四种， 产品标记：由四部分组成：第一部分由两个汉语拼音字母组成，第一个字母为预应力体系代号，由研制单位选定，第二个字母为锚具、夹具和连接器代号，分别为M，J和L；第二部为预应力筋的直径(mm)；第三部为预应力筋的根数；第四部分为锚固方式代号，对夹片锚、锥塞锚和握裹锚代号分别为J，Z和W，对支承式锚中的螺纹锚和镦头锚代号分别为L和D。例如锚固21根直径为5 mm钢丝的镦头锚具可以标记为M5-21D。

2、技术要求 锚具、夹具和连接器应具有可靠的锚固性能和足够的承载能力。 锚具静载锚固性能由预应力锚具装件的静载试验测定的锚具效率系数ηα和达到实测极限拉力时的总应变εapu来确定。夹具的静载锚固性能由预应力夹具组装件静载锚固试验测定的夹具效率系数ηg确定。锚具和夹具的静载锚固性能符合下列要求： I类锚具 ηα≥0.95，εapu≥2.0%； Ⅱ类锚具 ηα ≥0.90，εapu ≥1.7%； 夹具 ηg ≥0.95.

2、技术要求 预应力筋锚具、夹具组装件达到实测极限拉力时，全部零件均不应出现肉眼可见的裂缝或破坏。有良好的自锚性能和松锚性能；需敲击才能松开的夹具，对预应力筋的锚固没有影响，且操作安全。锚具宜满足分级张拉、补张拉以及放松预应力筋的要求。锚具及其附件上应设置灌浆孔，灌浆孔应具有保证浆液畅通的截面面积。 I 类锚具的预应力筋组装件除必须满足静载锚固性能外，尚须进行循环荷载作用下疲劳性能试验，试件经受200万次循环荷载后，预应力筋因锚具疲劳破坏的面积≤试件总截面面积的5%。用于抗震结构中的锚具还应进行周期荷载试验，试件经50次循环荷载作用后预应力筋不应发生破断。用于后张法的连接器必须符合I类锚具的性能要求，用于先张法的连接器必须符合夹具的性能要求。

(3)试验方法 l)一般规定。 试验用的预应力筋锚具、夹具或连接器组装件组装时不得在锚固零件上添加影响锚固性能的物质。束中各根预应力筋应等长平行，其受力长度不得小于3m。单根预应力筋试件的受力长度不得小于0.6m。试验所用的试件，应选用同一品种、同一规格中最高强度级别的预应力钢材。 试验用的测力系统，误差≤2%;测量总应变用的量具，误差≤ 0.2%，指示应变误差≤0.1%。试验台座承载力应大于组装件中各预应力筋计算极限拉力之和的1.5倍。试验设备及仪器每年至少标定一次。 锚具组装件试验之前必须对单根预应力筋进行力学性能试验，其试件应同组装件的预应力筋试件，从同一盘钢丝或钢绞线中抽取。单根预应力筋力学性能试验每次随机抽取6个试件。

2)静载试验。将锚具、预应力筋、传感器、千斤顶安装于试验机或试验台座上，使各预应力筋均匀受力，紧固锚具螺丝或敲紧夹片。 对于先安装锚具、夹具或连接器再张拉预应力筋的预应力体系，可直接用试验机或试验台座加载，加载步骤为：按预应力钢材抗拉强度标准值的20%，40%，60%，80%分4级等速加载，加载速度每分钟宜为100 MPa，达到80%后，持荷1h随后逐步加载至破坏。 对于先张拉预应力筋再锚固的 预应力体系，应先用施工用的 张拉设备，按预应力钢材抗拉 强度标准值的20%，40%，60%， 80%分4级等速张拉达到80%后 锚固，持荷1h，再用试验设备 逐步加载至破坏。

试验过程中观察和测量项目应包括： ①各根预应力筋与锚具、夹具或连接器之间的相对位移； ②锚具、夹具或连接器各零件之间的相对位移； ③在达到预应力钢材抗拉强度标准值的80%后，在持荷1h时间内的锚具、夹具和连接器的变形； ④试件的实测极限应力Fapu。； ⑤达到实测极限应力时的总应变εapu； ⑥试件的破坏部位与形式。

根据试验结果记录计算锚具、夹具和连接器的锚固效率系数 式中：Fapu——预应力筋锚具组装件的实测极限拉力； ——各根预应力钢材计算极限拉力之和， ； ——预应力钢材中抽取的试件极限抗拉强度的平均值； Ap ——预应力筋锚具、夹具组装件中预应力钢材截面积之和；

式中： ——预应力筋夹具组装件的实测极限拉力； ——预应力筋夹具中各根预应力钢材计算极限拉力之和。 对于锚具、夹具产品出厂检验，预应力筋为预应力钢丝、钢绞线和热处理钢筋时，ηp取O.97；预应力筋为冷拉Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ级钢筋时， ηp 取1.00。夹具效率系数按下式计算： 式中： ——预应力筋夹具组装件的实测极限拉力； ——预应力筋夹具中各根预应力钢材计算极限拉力之和。 对于钢绞线锚具组装件静荷试验，先用张拉设备加载至钢绞线抗拉强度标准值的100%，测量组装件中钢绞线标距Lo及千斤顶活塞初始行程L1 。然后，按100 MPa/min的加载速度分4级加载至钢绞线抗拉强度标准值的20%，40% ,60%和80%，张拉到钢绞线抗拉强度标准值80%后锚固，保持荷载1h，逐步加大荷载至试件破坏。

预应力锚具组装件进行疲劳试验时，应根据预应力筋种类不同选取试验应力上限和应力幅度：预应力筋为钢丝、钢绞线或热处理钢筋时，试验应力上限取预应力钢材抗拉强度标准值的65%，应力幅度取80 MPa;预应力筋为冷拉Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ级钢筋时，试验应力上限取预应力钢材的抗拉强度标准值的80%，应力幅度取80 MPa。试验选用的疲劳试验机（一般采用脉冲千斤顶）的脉冲频率不应超过500次／min。当疲劳试验机的能力不够时，只要试验结果有代表性，在不改变试件中各根预应力钢材受力的条件下，可以将预应力筋的根数适当减少，或用较少规格的试件，但最少不得低于实际预应力钢材根数的1/10。试验台的长度应大于等于3m，试验台的承载力应满足试验要求。

3)疲劳试验：疲劳试验时以100 MPa/min的速度加载至试验应力的下限值，再调节应力幅度达到规定值后，开始记录循环次数。试验过程中观察记录锚具和连接器部件与钢绞线疲劳损伤情况及变形情况，疲劳的钢绞线的断裂位置、数量和相应的疲劳次数。 4)周期荷载试验：进行周期荷载试验时，预应力钢材若为钢丝、钢绞线或热处理钢筋，试验应力上限取预应力钢材抗拉强度标准值的80%，下限取预应力钢材抗拉标准值的40%；预应力钢材若为冷拉Ⅱ，Ⅲ，Ⅳ级钢筋，试验应力，上限取预应力钢材抗拉强度的标准值，下限取预应力钢材抗拉强度标准值的40%。周期荷载设备、仪器的锚具组装形式和静载试验相同。 组装好试件后，以约100 MPa/min的速度加载至试验压力上限值，再卸荷至试验应力下限值为第一周期，然后以荷载自下限值经上限值再回复到下限值为一个周期，重复50个周期。

5)辅助性试验。对于新型锚具、夹具和连接器应进行辅助性试验，包括锚具、夹具的内缩量试验、锚口摩阻损失试验和张拉锚固工艺试验。 ①锚具和夹具的内缩量试验：内缩量试验使用的仪器及试件安装与静载试验相同，试验施加最大张拉控制应力，内缩量可测量锚固处预应力筋相对位移后计算得出。试件组装后测量中每根预应力筋的ai值，用试验设备张拉试件至预应力筋张拉控制应力后锚固，测量每根预应力筋的值，计算出每根预应力筋的内缩量Δai和锚具组装件内缩量Δa : 式中： n——锚具组装件中预应力筋的根数。 内缩量试验试件数≥3个，试验结果取其平均值。

②锚口摩阻损失试验。锚口摩阻损失试验使用的设备和仪器也和静载试验相同，试件安装好后，用试验设备张拉组装件至预应力筋的张拉控制应力，进行锚固，测出锚具前后预应力筋拉力差值ΔF，按下式计算锚口摩阻损失： 式中：n——锚具组装件中预应力筋的根数； Fpk ——预应力筋抗拉强度标准值； P——最大张拉控制应力与预应力筋抗拉 强度值标准之比。 钢丝和钢绞线p=0.8，冷拉粗钢筋p=0.95。 锚口摩阻损失试验试件数不应少于3个， 试验结果取其平均值。

③张拉锚固工艺试验。试验设备仪器及试件组装形式与静载试验相同。用试验设备按预应力筋最大张拉控制应力25%, 50%,75%和lOO%分4级张拉锚具组装件，每张拉一级荷载锚固1次，张拉完毕后，放松张拉应力。通过张拉、锚固工艺试验观察： A．分级张拉或因张拉设备倒换行程需要临时锚固的可能性； B．经过多次张拉锚固后，预应力筋内各根预应力钢材受力的均匀性； C．张拉发生故障时，将预应力筋全部放松的可能性。 D．试件抽样及检验判定： 锚具、夹具或连接器一批验收，每批不超过1000套。外观检验抽取10%，且不少于10套；硬度检验抽取5%，且不少于5套；钢绞线锚具，连接器硬度检验抽取1O%，且不少于lO套；静载试验、疲劳试验和周期荷载试验各抽取3套试件。 ．

外观检验表面无裂缝，尺寸符合设计要求，判定为合格；如有一套表面有裂缝或裂缝超过允许偏差，应另取双倍数量的试件重做检验，如仍有一套试件不符合要求，则应逐套检查，合格者方可使用。 硬度检验每个零件测试3点，当硬度值符合设计要求的范围应判为合格。如有1个零件不合格，则应另取双倍数量的零件重做检验；如仍有1个零件不合格，则应逐个检验，合格者方可使用。 静载锚固能力检验、疲劳荷载试验及周期荷载检验如符合技术要求的规定，应判为合格。如有1个试件不符合要求，则另取双倍数量试件重做试验；如仍有1个试件不合格，则该批为不合格品。

三、 张拉设备校验 预应力筋的张拉方式有机械张拉和电热张拉两类。机械可采用张拉液压拉伸机、手动螺杆张拉器、电动螺杆张拉机。桥梁工程中通常采用液压拉伸机。液压拉伸机的千斤顶按其构造可分为台座式、穿心式、锥锚式和拉杆式。 油压千斤顶的作用力一般用油压表测定和控制。油压表上的指示读数为油缸内的单位油压。控制张拉力，一般均用校验标定的方法测定油压千斤顶的实际作用力与油压读数的关系。校验时，应将千斤顶及配套使用的油泵、油压表一起配套进行。校验仪器可采用压力试验机、标准测力计或传感器等，一般采用长柱压力试验机的方法。

(1)用长柱压力试验机校验 压力试验机的精度不得低于±2%。校验时，应采取被动校验法，即在校验时用千斤顶顶试验机，这样活塞运行方向、摩阻力的方向与实际工作时相同，校验比较准确。 在进行被动校验时，压力试验机本身也有摩阻力，且与正常使用时相反，故试验机表盘读数反映的也不是千斤顶的实际作用力。因此，用被动法校验千斤顶时，必须事先用具有足够吨位的标准测力计对试验机进行被动标定，以确定试验机的度盘读数值。标定后在校验千斤顶时就可以从试验机度盘上直接读出千斤顶的实际作用以及相应的油压表的准确读数。

用压力试验机校验的步骤： 1)千斤顶就位。当校验穿心式千斤顶时，图(a)所示，将千斤顶放在试验机台面上，千斤顶活塞面或撑套与试验机压板紧密接触，并使千斤顶与试验机的受力中心线重合。 当校验拉杆式千斤顶时，图(b)把千斤顶的活塞杆推出，取下封尾板，在缸体内放人一根厚壁无缝钢管，然后将千斤顶两脚向下立于试验机的中心线部位。放好后，调整试验机，使钢管的上端与试验机上压板接紧，下端与缸体内活塞面接紧，并对准缸体中心线。

2)校验千斤顶。开动油泵，千斤顶进油，使活塞杆上升，顶试验机上压板。在千斤顶顶试验机的平缓增加负荷载的过程中（此时不得用试验机压千斤顶），自零位到最大吨位，将试验机被动标定的结果逐点标定到千斤顶的油压表上。标定点应均匀地分布在整个测量范围内，且不少于5点。当采用最小二乘法回归分析千斤顶的标定经验公式时需10~20点。各标定点应重复标定3次，取平均值，并且只测读进程，不得读回程。 3)对千斤顶。记录校验数值，并可根据校验结果绘千斤顶校验曲线供预应力筋钢材张拉时使用，亦可采用最小二乘法求出千斤顶校验的经验公式，供预应力筋张拉时使用。

(2)用标准测力计校验 用水银压力计、测力环、弹簧拉力计等标准测力计校验千斤顶，是一种简单可靠的方法。校验穿心式千斤顶时的装置如图所示。校验时，开动油泵，千斤顶进油，活塞杆推出，顶压测力计。当测力计达到一定吨位T1时，立即读出千斤顶油压表相应读数P1，同样方法可得T2，P2；T3，P3；此时T1，T2，T3…即为相应于油压表读数P1，P2，P3 …的实际作用力。将测得的各值绘成曲线，实际图使用时，即可由此曲线找出要求的T值和相应的P值。

(3)用电测传感器校验 传感器是在金属弹性元件表面贴上电阻应变片所组成的一个测力装置。当金属元件受外力作用变形后，电阻片也相应变形而改变其电阻值。改变的电阻值通过电阻应变仪测定出来，即可从预先标定的数据中查出外力的大小；将此数据再标定到千斤顶油压表上，即可用以进行作用力的控制。 电测传感器校验千斤顶的装置如图所示。图中横梁与传感器间应设置可转动的球铰，横梁宜设球座。

(4)千斤顶检验结果的回归计算 千斤顶的作用力T和油缸的油压P的关系是线性关系，考虑活塞和油缸之间的摩阻力后，它们的关系可表示为： T=AP+B 可以利用千斤顶检验测得的作用力和油压( T1，P1)，（T2，P2），…，（Tn，Pn）对式进行线性回归，利用最小二乘原理求式的回归值：

四、张拉力控制 预应力钢材的张拉方法和控制应力应符合设计要求，采用超张拉时，张拉控制力≤最大超张拉应力。张拉应按千斤顶油压和预应力钢材伸长量双重控制，根据千斤顶校验公式求出相应的油表压力P，进行张拉力控制，同时采用预应力钢材伸长量进行校验。预应力钢材实测伸长值应和相应的理论计算值的差应控制在6%以内，否则停止张拉，查明原因并采取措施加以调整后再继续张拉。理论伸长值的计算及实际伸长值的量测方法如下：

四、张拉力控制 　　　　当管道为直线且无局部偏差摩擦时预应力钢材的伸长量和先张法相同，计算公式为：

2)实际伸长值的测量： 预应力钢材张拉前，应先调整到初应力σ。一般初应力可取控制应力的10%~25%，作伸长值测量标记，然后进行张拉至张拉控制应力，测量伸长值。实测伸长值△L表示从初应力到张拉控制应力的伸长值，相应的理论计算值为： 式中： △L 2——初应力时的推算伸长值， △L 2=σ0L／Eg。 利用实测值△ Ls和相应的理论值对比，校核控制张拉力。

五、水泥浆的技术条件 对后张法有粘结的预应力构件，在预应力钢材张拉完毕后10 h至14 d之内须向管道内压注水泥浆，以保证预应力钢材防锈及其与构件混凝土粘结成整体。一般采用纯水泥浆，管道较粗时可采用加入细砂的水泥砂浆。水泥浆采用标号不低于425号的硅酸盐水泥和普通水泥；水灰比宜采用0.4～0.45，掺人适量减水剂时水灰比可减小至0.35。采用的拌和水及减水剂，须对预应力钢材无锈蚀作用。水泥浆经试验后可掺入适当膨胀剂，掺人膨胀剂后夕水泥浆的自由膨胀应小于10%。水泥浆的泌水率最大不超过4%，拌和后3h泌水率宜控制在2%，24 h以后泌水应全部被浆吸回。水泥浆稠度宜控制在14—18s之间；自水泥浆拌制到灌入管道的延续时间，一般不超过30～45 min。压浆时每一班应留取不少于3组试件，进行抗压强度试验，并作为水泥浆质量评定的依据。

(1)水泥浆泌水率和膨胀率试验 1)试验容器。容器用有机玻璃制成，带有密封盖，直径100mm，高120 mm，置放于水平面上。 2)试验方法。将拌制好的水泥浆装入试验容器约深lOO mm，测量水泥浆填灌高度并作记录，然后盖严。置放3h和24 h后量测其离析水面和水泥浆膨胀表面，然后按下列公式计算其泌水率和膨胀率：

按右侧公式计算其泌水率和膨胀率： (2)水泥浆稠度试验 1)试验仪器。水泥浆稠度试验漏斗如右图。 2)稠度试验方法。测定时先将漏斗调整放平，关上底口活门将搅拌均匀的水泥浆倾人漏斗内，直至表面触点及点测规下端。打开活门，让水泥浆自由流出，水泥浆全部流完的时间s，即为水泥浆的稠度。