Garth Fallis, J. Christopher Ball, and Andrew Moad

无粘结后张力钢筋在混凝土结构中已经应用多年，如应用在升降板（停车场和住宅楼及商务楼）、住宅房基、墙体和柱子。应用无粘结后张力钢筋的设计和建筑独特，成本低，效果好，包括较薄的混凝土截面、大跨支撑结构、抗侧向载荷的稳固墙体、抗土壤收缩和膨胀的坚硬地基。

无粘结后张力钢筋通过在护套管或穿线管内置入高强度钢筋束或钢筋，在混凝土凝固后应用张力时钢筋可移动。钢筋在受到张力时拉长，通过锚固组件固定，形成机械连接并在结构使用期限内保持钢绞线的拉力。

后张力使用的钢筋抗张强度一般为270000lb/in2（1860MPa），而标准钢筋的抗张强度为60000psi（415MPa）。钢束的直径通常为0.5in（1.3cm），由7条紧紧缠绕的钢绞线组成，应力约为33000lb（15000kg）。

目前应用的无粘结后张力系统有多种不同的形式。安装的第一个系统由涂过油脂的钢绞线组成，外面是一层包装纸。这种技术后来发展成将涂脂后张预应力的无粘结钢束穿过塑料穿线管。由于水和水分能渗透保护层，这些早期的系统容易发生锈蚀。现在生产的后张预应力钢束外面有挤压模制的塑料护皮套，腐蚀保护效果出众。

许多旧类型的无粘结后张力结构的调查结果发现断裂的钢绞线或完整的钢束。由于钢束是整体结构的一部分，钢绞线和钢束的损失严重影响结构性能。

问题：锈蚀

无粘结后张力钢束锈蚀原因多样，即使是包裹在塑料穿线管中，主要原因是保护性油脂的孔隙使水分积聚在后张力钢束周围。锈蚀可能发生多年但并未检测出来，直到结构最后发生严重老化，导致性能丧失，需要大规模昂贵的维修。据报道，关于混凝土中冒出来锈蚀钢筋的报道越来越多，弹出来的钢束、掉落的混凝土和/或脱落的覆盖层形成破坏或人员伤害的风险。

从20世纪70年代中期到晚期，一些零星的无粘结后张预应力钢束锈蚀老化案列的报道越来越多。自从80年代中期，对涂脂不良和钢束保护不足锈蚀引起的结构老化做了良好记录，

并持续到现在。无粘结后张力结构因锈蚀引起的功能失效问题的严重性在于钢绞线能无声的发生失效，而这些失效并未引起人们的注意。那些未检测到的断裂钢束能不知不觉的严重降低结构性能，这方面令人印象深刻的例子是1980年柏林国会大楼倒塌。

多种情况都出现了无粘结后张力钢束锈蚀，包括：未保护的结构，如暴露在恶劣环境中的停车场结构；内部保护的公寓楼和办公楼，在这些结构中发现钢束受潮和锈蚀，原因是未密封的锚固发生的泄露；建造时的水分；建造环境潮湿闷热，由于气候性的差异，凉爽的室内空调设计提高了内部钢束的受潮程度；结构部分暴露在外部，比如阳台和天台楼板。

无粘结后张力钢束有3种主要腐蚀形式：均匀腐蚀、局部或点状腐蚀、应力腐蚀。

如果是均匀腐蚀，钢筋表层破坏均匀，截面厚度均匀减少。当未保护钢筋暴露在环境中，或者在运输和储存过程中以及粘结钢束灌浆之前通常会发生这种腐蚀。

无粘结后张力钢束如果发生点状腐蚀，金属锈蚀不则均匀，不同区域出现深坑。轻微的全面腐蚀就可能会引起突然的脆性破坏，因此从建造到钢束失效的时间可能很短。

应力腐蚀开裂则在基底形成坑，可能会产生微裂缝。一旦形成一个裂缝，应力集中会形成较大裂缝，这可能会传播，导致钢束突然失效。在一些情况中也会发生氢脆。在任何工程案例中，钢束的应力锈蚀可能会导致钢束突然和间或反复失效。

原因：水分

发生钢筋锈蚀需要水（液体或气体）和氧气，这是大家认可的。一般氧气是存在的，而水分是促进无粘结后张力钢束锈蚀的外部因素。这是因为涂油差，加上穿过和热封穿线管与钢束之间本身的松配合，因此无粘结钢束周边孔隙出现水分很常见。

水分可从多个途径进入钢束穿线管：

l      如果在安装之前钢筋放在恶劣天气环境中，或者钢筋在安装后未浇筑锚固前暴露在雨水中，水分就可能在建筑时进入穿线管。  

l      混凝土面板的裂缝可能会使水分从穿线管的问题处渗漏，这种情况最常见于屋顶面板和停车场结构。  

l     水分可能从未保护的锚固点进入，最常见于低位锚固，这些位置的钢束易受土壤中水分影响。

评估

根据上文提到的，因不良涂脂、高应力引起的无粘结后张力钢束锈蚀能降低结构性能，导致成本高昂的维修。这与目前可用的具有成本效益的腐蚀缓解方法强调了及时发现问题和处理问题的重要性。

由于这些无粘结后张力预应力结构使用了不导电的塑料穿线管，混凝土结构钢筋锈蚀评估目前的常用办法（如半电池锈蚀电位和腐蚀等级测试）在这些结构上的应用并不实际。因此，为了确定无粘结后张力钢束发生腐蚀的可能性，研发了Post-Tech PT腐蚀评估方法。

PT腐蚀评估测试具有无损性，通过测量钢筋护套内的水分含量识别暴露在腐蚀环境中的钢束。因此，腐蚀评估测试用来鉴别具有高锈蚀风险的钢筋。在老结构中，腐蚀评估可以判断具有高腐蚀恶化可能性的钢束，通过前面相关的腐蚀评估结果与随机切除的钢筋目测检查锈蚀情况完成，提供混凝土结构中钢筋潮湿和干燥情况的统计综述。与螺丝刀渗透测试联合应用可获得最佳评估效果，腐蚀评估过程可在无直接检测腐蚀条件方法的情况下对结构中钢筋的锈蚀情况进行成本低效果好的量化。

       PT腐蚀评估过程将超干燥空气低压注入，并流入中心位置的后张力钢束穿线管中。在钢筋末尾的出口， PT腐蚀评估测试装置引导空气，检测空气流量以及判断钢筋穿线管内空气的水分含量，分析并处理相关信息，然后确定此钢筋的腐蚀可能性。将所有检测钢束的信息制成表格，提供结构总体情况图。

如果腐蚀评估过程是通过检测间接参数来判断腐蚀可能性，则与通过半电池腐蚀电位调查（ASTM 876）确定钢筋锈蚀可能性类似。半电池腐蚀电位调查测量钢筋和铜-硫酸铜半电池之间的电势差，并关联腐蚀的可能性。在两种情况中，有一个测量区间表示较低的锈蚀可能性（腐蚀电位测量结果低于-200mV，PT腐蚀评估过程检测的水分含量低于0.003kg/kg）。表格1显示了其他对比水平。

加拿大国家研究理事会和G. Livan联合确定PT腐蚀评估水分含量区间与对应的腐蚀可能性。

解决方案

无粘结后张力钢束水分问题的解决方法有多种。比如切割和更换钢束；监测钢束，在日后的检查中更换断裂钢束；或者使用Post-Tech PT钢束除潮系统除潮钢束。

钢束除潮系统过程与腐蚀评估系统过程一样，使用超干空气从钢束中间吹过，但是有一个持续期，要求在持续时间内潮湿空气能从孔隙、钢束钢丝之间及乳化油脂中清除，此过程可能需要4-6周，由除潮前、除潮中和除潮后腐蚀评估检测决定。

钢束除潮系统与电化学除氯类似于腐蚀评估和半电池电势的比较，两种不同的方法都是为了解决结构内腐蚀活动的主要根源（一个是无粘结后张力结构的水分，一个是传统钢筋结构的氯离子）。

无粘结后张力钢筋是整体结构的一部分，钢绞线和钢束的损失能严重影响结构能力。通过使用这些系统，可以对无粘结后张力钢束进行腐蚀电位评估，确定具有腐蚀和失效风险的钢束，避免结构的严重破坏。

参考书目

   Livan, G., 《混凝土结构无粘结后张力钢束评定的CPE测试方法评估》和NRC A806-1.C, 《CPE方法评估无粘结后张力钢束的有效性评估报告》， 1997。

Garth Fallis, PEng，加拿大曼尼托巴省温尼伯Vector建筑集团施工技术公司副总经理，在Vector公司有超过25年的混凝土修复行业经验，专门从事混凝土修复、保护、腐蚀缓解和加固的所有领域。Fallis获得了曼尼托巴大学的土木工程专业理学学士学位，是国际混凝土协会的积极会员，是国际混凝土协会董事会成员，也是美国混凝土学会的多个组织的会员，包括美国混凝土协会562，混凝土建筑评估、修补和维修组织和新成立的混凝土修复代码编写委员会。

J. Christopher Ball，佛罗里达州坦帕市Vector腐蚀技术有限公司市场销售部副总经理，拥有超过13年的建筑行业经验，特别是混凝土修复和腐蚀保护系统方领域。曾担任Master Builders Inc.和Fosroc Inc.公司的高级市场发展部经理和混凝土修补产品经理。获贝拉明大学的学士学位和MBA，是国际混凝土协会、美国混凝土协会和美国国家腐蚀工程师协会会员。

Andrew Moad，加拿大多伦多Vector腐蚀技术公司项目经理。在Vector公司有超过6年的阴极保护和建筑经验，现负责所有与后张力有关的项目。获加拿大安大略省京斯敦皇后大学理学学士和硕士学会，目前是国际混凝土协会和美国国家腐蚀工程师协会会员。