環氧涂層鋼絞線使用指南

環氧涂層鋼絞線使用指南

預應力混凝土學會環氧涂層鋼絞線專業委員會制訂

本報告為在預應力混凝土或斜拉橋中采用環氧涂層鋼絞線的設計工程師、工廠人員和規范制訂者提供了指南。這些指南包括鋼絞線產品性質、設計考慮、操作搬運、安裝和張拉，以及混凝土養護的容許溫度。給出了鋼絞線端部封補和保護的方法。本文件不是對選擇防腐體系（環氧涂層只是一種方案）的指南，也不應被解釋為預制/預應力混凝土學會對任何產品的保證。

"PCI環氧涂層鋼絞線弋業委員會”******次建立于 1988年初，同年稍后，發表了“預應力混凝土用環氧涂層鋼絞線工業資料"的報告，分發到所有生產者和學會所有協作成員。該委員會隨后就解散了。

1990年，在聯邦公路管理局的要求下，委員會恢復活動，主要是為用于橋梁結構的環氧涂層鋼絞線取得更多資料。

1 · 0導論

為預應力混凝土結構設計的現行規范要求規定了高抗腐蝕度，以得到經濟和耐久的結構體系。自從1958 年，美國混凝土學會（ACI)******次公布“預應力混凝土暫行建議"時，預應力混凝土設計要求就包括了“暴露在大氣或腐蝕性氣體構件”的特殊條款，開始時，設計要求著重于限制在使用荷載下混凝土的拉應力。到70年代，引進了增加混凝土保護層的要求。由于設計和制造技術的不斷改進，預應力混凝土被普遍地認為是一種耐久而養護費用低的結構體系。

2 · 0范圍不久進一步注意到暴露在特殊惡劣環境中的預應力混凝土構件所受到的影響，并且確認了一種適當的措施。當預期到嚴峻的暴露條件、外加的防腐體系未必對所有預應力混凝土結構都適當時，它可證明是正確的措施，例如，在1982年，聯邦公路管理局（FHWA）發布了一份備忘錄，要求在橋面內采用防腐的鋼筋和力筋。在這些嚴峻的暴露條件下，從結構安全和經受沖擊方面來說，混凝土結構中鋼筋腐蝕的后果可能是嚴重的。對于苛刻的環境，采用環氧涂層預應力鋼絞線可以提供所需的額外防腐蝕措施。在溫度升高時，涂層的粘結力和剪切模量都有降低，這將導致預應力損失，本文提供了與升溫有關的影響設計和制造的各項參數。

本指南的意圖是對提供那些與無涂層鋼絞線的要求不同的、或增的資和萬法。這些指南是針對斜拉索和那些采用涂層鋼絞線的混凝土構件的設計、制造、處理、張拉和加速養護等工作而言的。

本文件應與以下出版物相互參照使用：

(1)《預制預應力混凝土產品的工廠與生產質量控制手冊》，1985年，伊利諾斯，芝加哥，MNL一116預制預應力混凝土研究所；

（2）         《后張手冊》，第5版，1990年，阿利桑那，菲尼克斯，后張學會，

（3）         《斜拉橋設計、試驗及安裝建議規范》，19 90 年，阿利桑那，菲尼克斯，后張學會。

3 · 0材料

環氧涂層鋼絞線應符合ASTM A882一92（英制單位）或A882M一92（國際標準單位）“環氧涂層7絲預應力鋼絞線標準規范”。

環氧涂層鋼絞線一般用低松弛鋼絞線制造。

4 · 0產品說明

環氧涂層鋼絞線是具有有機涂層的7絲鋼絞線，涂層厚度可從0 · 64 mm變化到1 · 14 mm有兩種涂層可供應：即光面型和表面含砂型。光面型具有低粘結力的特性，適用于無粘結后張體系、體外后張體系以及斜拉橋的斜拉索；表面含砂型的涂層鋼絞線適用于有粘結力的先張或后張體系。

雖然在ASTM A882有涂層厚度公差的規定，但可獲得厚度變化較少的環氧涂層鋼絞線。某些張拉部件需要規定與之相適應的涂層厚度變動性，對此，應向涂層鋼絞線的制造廠咨詢。

注意：在后張無結休糸中，環氧涂層不能代替管遒。在體內后張的應用中，環氧涂層鋼絞線必須安裝在套管內。

除了有外部涂層的鋼絞線之外，還可供應在鋼絲之間的空隙中填充環氧樹脂以防化學離子腐蝕鋼絞線，在鋼絲間隙的環氧樹脂是以毛細管作用或用液壓力壓人。當鋼絞線端部有可能受污染或進人潮氣時，應規定采用這種鋼絞線，AST A882第1號補充文件提供了這種

“填充”型環氧涂層鋼絞線的規范。

5 · 0設計考慮

5 · 1性質

 環氧涂層鋼絞線的發展及其初始試驗另有文獻介紹。涂層鋼絞線的應力、應變行為與無涂層鋼絞線相似，鋼絲比涂層先破斷，這說明涂層的韌性是是夠的。填充型鋼絞線的制造步驟要求“解扭，施涂及重扭”，施涂工序對填充式環氧余層锏紗線的強度未表現出有任何影響。

5 · 2伸長量

涂層鋼絞線的伸長與無涂層鋼絞線一樣利用鋼絞線制造廠家提供的荷載、伸長量數據進行計算。涂層鋼絞線的彈性模量，是根據施涂以后，鋼絞線的荷載、伸長量試驗來決定的。

5 · 3松弛

有涂層的低松弛鋼絞線的試驗說明其松弛顯著地大于無涂層的鋼絞線。涂層鋼絞線的制造廠家目前建議，應力松弛損失應按無涂層鋼絞線的兩倍計算；這種損失可能視鋼絞線的公稱直徑而不同，相配的松弛損失值應向環氧涂層鋼絞線的制造廠方咨洵。

5 · 4粘結力

在有粘結預應力混凝土的應用中，預應力是通過環氧涂層中的砂粒傳遞到周圍混凝土的。ASTMA882要求含砂環氧涂層鋼絞線能夠經受65 C的溫度而不降低其粘結性能。驗證這一性質的試驗方法將在ASTM A882的下一次修訂版中公布。

由佛羅里達鋼絲和纜索公司供應的環氧涂層鋼絞線樣品的試驗結果可總結如下：

(a)據密爾沃基市威斯康星大學的研究，環氧涂層鋼絞線不應在內部混凝土溫度高于71 C時進行放松。

(b)根據蓋恩維爾的佛羅里達大學的試驗表明，在高于74C的溫度下，粘結力可能喪失。當端部滑動量大于0 · 25 mm時定義為粘結力已損失。

設計人員必須考慮以下的溫度影響：

1）      
當應用于以加速養護技術的先張法時，在預應

力傳遞時，鋼絞線周圍混凝土的溫度應限制在65 ℃以下，而混凝土溫度應是坡降的。在養護周期中，如果超過這一建議的溫度，將不損傷環氧涂層。

2）       在持久火燒的條件下，混凝土溫度多半會遠遠超過環氧所能承受的限度，這將導致力筋與混凝土之間粘結力的全部消失。在先張混凝土中應用時，除設置的外加粘結（預應力或非預應力）鋼筋外，配有環氧涂層鋼絞線構件的耐火性將是可忽略的。不同于大多數房屋建筑，橋梁結構一般不會要求特的耐火等級，但是應估計到可能的車輛失火及因之而產生的高溫。

傳力長度和固長度

一些己友表的研究報告提供了含砂環氧涂層鋼絞線的傳力長度和錨固長度的資料。本報告中的建議即以這些研究為依據，應該注意到其中數據有相當大的離散性，因而需要做更多的試驗。FHWA制訂的廣泛的試驗計劃正在進行之中。

5巧· 1單根涂層鋼絞線的建議傳力長度

這些建議僅適用于采用單根鋼絞線的先張混凝土構件（主要為了研究的目的），或者多根鋼絞線之間的間距及混凝土保護層足夠大，使得多根鋼絞線的影響可以忽略不計。對于單根涂層鋼絞線，傳力長度為 It 50 b

式中It 傳力長度，一一鋼絞線直徑。

試驗數據說明，傳力長度可以短到35。因而，對于薄混凝土構件中無側限鋼絞線及有端部開裂危險時，設計者可以選擇兩種配置，即5佩b及35，來驗算混凝土

5．5 · 2多根涂層鋼絞線的建議傳力長度

這些建議包含了大多數實際情況。對于多根涂層鋼紋線，傳力長度以下式表示：

65

若考慮端部區域混凝土應力時，應取1！為50來檢算。

5 · 5 · 3錨固長度

對于涂層鋼絞線，錨固長度用下式表示：

式中九一一．損失以后的鋼筋有效預應力，

六一一一在極限荷載下預應力鋼筋中的應力。

這個公式及符號與AASHTO規范[式四一32）]完全一樣；而AC1318一98第12· 9節則用以代替六。

5 · 6 環氧涂層的徐變

試驗說明在受到第5 · 4節中所給的溫度限值時，埋

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砂環氧涂層鋼絞線在混凝土構件中的徐變量（傳力長度隨時間而增加）明顯低于無涂層鋼絞線中的。

6 · 0操作

6 · 1概述

環氧涂層鋼絞線要求有特殊的操作方法，以免對涂層造成損壞。當采用含砂型涂層時，應避免由于砂粒的磨耗作用對設備造成損傷，從鋼絞線供應單位，可以得到有關的特殊操作的須知，其中某些重要的細目在本節中提及。

6· 2運輸及存貯

除了短鋼絞線以外，環氧涂層鋼絞線一般&筒運輸。鋼絞線卷筒的存儲應提伊***士的護，并應有遮蓋以防潮氣及日光的作用。除了填充型環氧涂層鋼絞線之外，在每次部分使用之后，對鋼絞線端部應加以保護以防潮氣及污染物人侵。

6 · 3開卷

打開含砂粒涂層鋼絞線的卷筒時，全體工人應戴上防護手套。

打開鋼絞線卷筒時，應檢查環氧涂層的狀態有無損傷。發現任何損傷，應嚴格按制造廠家的規定加以修補，否則該鋼絞線應作為廢品。

與無涂層鋼絞線從卷筒中心拉出鋼絞線的開卷不同，環氧涂層鋼絞線是從卷筒的周邊開始拉出，卷筒須安裝在立架上，鋼絞線從卷筒上拉出時，卷筒可以轉動，并須配以剎車裝置以控制卷筒的旋轉。

鋼絞線不應橫過表面拖拉：（a）以免損傷涂層；（b）對于含砂環氧涂層鋼絞線，以免損傷包括鋼模在內的表面。

6 · 4鋼絞線切斷

切斷環氧涂層鋼絞線******采用砂輪鋸。在有足夠氧氣中燃燒環氧樹脂時，產生無害的二氧化碳和水；當氧氣不足時，可能產生有害的一氧化碳。如必須采用火焰切割，則應在通風良好的環境中進行。可以用水來熄滅任何火焰。

7 · 0鋼絞線的安裝和張拉

7 · 1錨具、卡盤和楔片

應規定為環氧涂層鋼絞線特殊設計并制造的咬透式楔片。不應采用為無涂層鋼絞線設計的卡盤。由于涂層鋼絞線的直徑較大及涂層的化學成分，所以涂層鋼絞線要求特殊的錨具和千斤頂夾具。

錨具和千斤頂夾具應進行檢查，以確保鋸齒無損并毫無外來雜物。在每次使用以前，楔片應作徹底清洗并檢查。

注意：在先張的張拉工作中，使用不適當的或污染的張拉硬件可能造成顯薯增大對工人安全的危險性，在體外或體內無秈結的后張體糸則可能損害結構的強度。

7· 2張拉概述

對于無淦層鋼絞線，在張拉作中，楔片或卡盤的澤動是不見的，但是涂法鋼絞線在低應力狀態下還可能出現滑動。這個現象是由于在卡盤上徑向力較低以及咬透式夾片不能完全地穿透涂層所致。利用本指南提供的信息，每個生產廠家應該制訂出環氧涂層鋼絞線的張拉工藝。

在楔片附近的鋼絞線不應該曾經受到過：預熱、損傷、修補或夾緊，否則可能發生錨固失敗。應將楔片細心地圍繞鋼絞線對齊，通過輕敲使之入座。錘擊楔片或動力壓入可能減少錨具內縮的損失，但這種方法在正常生產中應用之前應先經過試驗。

在所有的先張法中，力筋中的應力或力應該用施力監測器，并獨立地通過測量從一個初始拉力，到所要求拉力的力筋伸長量來確定。初始拉力一般是7、10kN，足以******鋼絞線的任何松懈。小于0 · 06左的初始應力對涂層僅造成微小損傷，而楔片可以在拉到***后應力再定位而無須清洗或更換。注意左是鋼絞線的極限抗拉強度。

環氧涂層鋼絞線的***后張拉應在千斤頂的一次單行程中完成，因為在千斤頂的一次循環之后，楔片上的齒紋可能被環氧分子所染污。不清洗夾具，而進行千斤頂的第二次循環，可能導致握緊作用的喪失。如不可避免地必須進行第二次循環時，楔片應加以更換或徹底清洗然后再予以重新就位。

如果在一個特殊的應用中，要求較低的張拉力，如小于0 · 40岙。，則應向鋼絞線供應廠家咨詢，制定特殊的張拉工藝，其中應包括卡盤附近容許的******溫度。

在進行張拉時，楔片不容許離位。楔片內環氧樹脂處于高度受壓狀態，楔片移動可能導致環氧樹脂脫離鋼絞線，導致錨固失敗。

環氧涂層鋼絞線的錨具內縮損失明顯地大于無涂層鋼絞線，張拉端的內縮量約為25 mm，固定端約為10 mm（經過預加載以后）。如果缺少以前使用的資料或無供應廠家提供的資料，則應進行試驗以確定內縮量。

68                                                                                                                                                                            國外橋梁               1997年第2期  SHAPE  \* MERGEFORMAT

7 · 3在先張法中的應用

因為環氧涂層鋼絞線的總直徑比無涂層的大L28 、2 · 24 mm，這就有必要擴大臺座上的孔眼，臺座上的孔眼或槽口應設倒角，以防損傷涂層。

因為含砂涂層的鋼絞線在先張構件中的應用，可能會對張拉臺座及端模板造成磨損。時間長了，這還會導致孔道尺寸過大，甚至使力筋移位。每一個生產者都應采取一種質量控制的方法，以校核臺座及端模處鋼絞線導板。

當張拉臺座之間的間距達30、60m時，灌制短構件通常采用導索及拼接卡盤以減少鋼絞線的用量。在采用無涂層鋼絞線的夾具時，則在夾緊范圍的環氧涂層應予剝除。有專門為此設計的剝除環氧涂層的器作為商品供應。

與下垂綱絞線接觸的滾輪應+分光滑，并能適應較大的鋼絞線直徑，如采用標準滾輪則可能使環氧層扭曲或損壞。

到灌注場安裝以后，應重新檢查涂層，如發現有損傷，應嚴格按照制造廠家的規定進行修補，否則鋼絞線應作廢。

放松時，應將力逐漸從鋼絞線傳遞到周圍的混凝土，如采用火焰切割，施熱點應與需有完好涂層的距離不少于150mm（見第6· 4節）。

鋼絞線端部應用砂輪鋸鋸平，并按照第9節的規定進行保護。

7· 4在后張法中的應用

應用于后張法體外力筋體系時，應避免力筋的急銳轉向。在力筋必須通過一轉向點處，應設置緩沖墊料，以防止環氧涂層的磨損。

對于體內的后張體系，鍍鋅金屬管道不應用于環氧涂層鋼絞線，因為在張拉時，與波紋管接觸的環氧涂層可能嚴重磨損，所以建議采用聚乙烯管。含砂環氧涂層鋼絞線與聚乙烯管之間的摩擦系數）曾被測定為 0 · 205。材料規格與***小管道半徑應符合相應的規范（如 AASHTO）。

用于環氧涂層鋼絞線的錨具應經過設計及試驗以適應涂層，因為用于環氧涂層鋼絞線的楔片直徑要大于無涂層鋼絞線楔片的直徑，因此應考慮錨具與附近混凝土面之間足夠的整潔與端凈距。

張拉時應采用為環氧涂層特殊設計的錨具和夾具。對于楔片的拉出（或人座）及楔片的就位設施的設計應給予特別的注意。對于長的力筋，當采用特殊設計的工具時，也可能采用腹式夾具。任何時候都應采用適當的潤滑劑。

鋼絞線應按照第6．4節的規定進行切斷，并按照第 9· 0節進行錨龕的填補。

灌漿工作應按照后張學會（PTI)公布的“后張混凝土結構灌漿實施的建議”工藝。

8 · 0混凝土養護溫度

混凝土養護的******溫度見第5．4節。

9 · 0鋼絞線端部的補及保護

巪1亍補及護的兩部分化合物應與熱擠鋼絞線涂層相一致的環氧體系，關于材料細節與施工方法應向環氧涂層鋼絞線的供應者咨詢。所有鋼絞線的暴露端在***后切斷之后都應進行保護。

腓0拉索

象后張力筋那樣，橋梁或其他結構所用的拉索都包含以下部件：

1)預應力鋼筋（平行鋼絲、鋼絞線或粗鋼筋）；

2）     填充鋼筋與管道間空隙的水泥漿或其他材料；

3）     錨具。

上述單根鋼絞線的環氧涂層提供了臨時的和******的保護，并******了在灌漿開裂或管道開裂以后，腐蝕介質侵人的擔心。為了不損害體系的有效性，必須注意錨具的細節。要求能咬透涂層、夾緊鋼絞線的楔片。除了填充型的涂層鋼絞線以外，都應將鋼鉸線的切斷端進行封閉。

因為許多拉索在安裝階段的拉力不足以將各楔片座實到錨固夾具中，因而必須采取象外加壓緊力那樣的特殊方法，這種方法必須設計成在楔齒開始咬透環氧涂層表面之后，楔片沒有相對于鋼絞線的縱向位移。

當安裝后須調整索力時，這種調整應該在不退楔的情況下進行。這一般是借助于采用墊片或帶環形螺帽的螺紋錨來完成的。

當管道內采用螺旋形定位器時，定位鋼絲應用環氧涂層，以避免磨損疲勞。

本文件中其它章節所列指南也同樣適用于拉索。

參考文獻

PCI Joural July—August 1993，P· 27、32 翻譯：周履（鐵道部大橋局橋科院）

（收稿日期：1996年11月8日）

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