標籤:鋼筋混凝土

砼:讀tóng,就是混凝土的意思。鋼筋砼就是鋼筋混凝土,被廣泛應用於建築結構中。澆築混凝土之前,先進行綁筋支模,也就是用鐵絲將鋼筋固定成想要的結構形狀,然後用模板覆蓋在鋼筋骨架外面。最後將混凝土澆築進去,經養護達到強度標準后拆模,所得即是鋼筋砼。

1簡介

鋼筋混凝土(英文:Reinforced Concrete或Ferroconcrete或簡寫為rc),工程上常被簡稱為鋼筋砼(tóng)。是指通過在混凝土中加入鋼筋與之共同工作來改善混凝土力學性質的一種組合材料,為加勁混凝土最常見的一種形式。
鋼筋混凝土的發明出現在近代,通常為人認為發明於1848年。1868年一個法國園丁, 獲得了包括鋼筋混凝土花盆,以及緊隨其後應用於公路護欄的鋼筋混凝土樑柱的專利。1872年,世界第一座鋼筋混凝土結構的建築在美國紐約落成,人類建築史上一個嶄新的紀元從此開始,鋼筋混凝土結構在1900年之後在工程界方得到了大規模的使用。1928年,一種新型鋼筋混凝土結構形式預應力鋼筋混凝土出現,並於二次世界大戰後亦被廣泛地應用於工程實踐。鋼筋混凝土的發明以及19世紀中葉鋼材在建築業中的應用使高層建築與大跨度橋樑的建造成為可能。
鋼筋混凝土是當今最主要的建築材料之一,但它的發明者既不是工程師,也不是建築材料專家,而是一位法國名叫莫尼埃的園藝師。莫尼埃有個很大的花園,一年四季開著美麗的鮮花,但是花壇經常被遊客踏碎。為此,莫尼埃常想:「有什麼辦法可使人們既能踏上花壇,又不容易踩碎呢?」有一天,莫尼埃移栽花時,不小心打碎了一盆花,花盆摔成了碎片,花根四周的土卻僅僅包成一團。「噢!花木的根系縱橫交錯,把鬆軟的泥土牢牢地連在了一起!」他從這件事上得到啟發,將鐵絲仿照花木根系編成網狀,然後和水泥、砂石一起攪拌,做成花壇,果然十分牢固。

2品種分類

按施工方法分為:現澆式、裝配式或裝配整體式、現澆鋼筋砼樓板。
現澆鋼筋砼樓板:在施工現場通過支模,綁紮鋼筋,澆築砼,養護等工序而成型的樓板。
優點:整體性好,抗震能力強,形狀可不規則,可預留孔洞,布置管線方便。
缺點:模板,用量大,施工速度慢。
預製裝配式鋼筋砼樓板:在預製廠或施工現場預製。
缺點:樓板的整性差,板縫嵌固不好時易出現通長裂縫。
裝配整體式鋼筋砼樓板:部分構件預製→現場安裝→整體現澆。

3結構現狀

在中國,鋼筋混凝土為應用最多的一種結構形式,佔總數的絕大多數,同時也是世界上使用鋼筋混凝土結構最多的地區。據發改委相關數據顯示,該地區其主要原材料水泥產量已於2005年達到10.60億噸,佔世界總產量48%左右。
材料特性
混凝土是水泥(通常硅酸鹽水泥)與骨料的混合物。當加入一定量水分的時候,
鋼筋砼

  鋼筋砼

水泥水化形成微觀不透明晶格結構從而包裹和結合骨料成為整體結構。通常混凝土結構擁有較強的抗壓強度(大約 3,000 磅/平方英寸, 35 MPa)。但是混凝土的抗拉強度較低,通常只有抗壓強度的十分之一左右,任何顯著的拉彎作用都會使其微觀晶格結構開裂和分離從而導致結構的破壞。而絕大多數結構構件內部都有受拉應力作用的需求,故未加鋼筋的混凝土極少被單獨使用於工程。 相較混凝土而言,鋼筋抗拉強度非常高,一般在200MPa以上,故通常人們在混凝土中加入鋼筋等加勁材料與之共同工作,由鋼筋承擔其中的拉力,混凝土承擔壓應力部分。
圖2

  圖2

例如在圖2簡支梁受彎構件中,當施加荷載P時,梁截面上部受壓,下部受拉。此時配置在梁底部的鋼筋承擔拉力(4),而上部陰影區所示混凝土(2)承受壓力(3)。在一些小截面構件里,除了承受拉力之外,鋼筋同樣可用於承受壓力,這通常發生在柱子之中。鋼筋混凝土構件截面可以根據工程需要製成不同的形狀和大小。
同普通混凝土一樣,鋼筋混凝土在28天後達到設計強度。

4工作原理

鋼筋混凝土之所以可以共同工作是由它自身的材料性質決定的。首先鋼筋與混凝土有著近似相同的線膨脹係數,不會由環境不同產生過大的應力。其次鋼筋與混凝土之間有良好的粘結力,有時鋼筋的表面也被加工成有間隔的肋條(稱為變形鋼筋)來提高混凝土與鋼筋之間的機械咬合,當此仍不足以傳遞鋼筋與混凝土之間的拉力時,通常將鋼筋的端部彎起180 度彎鉤。此外混凝土中的氫氧化鈣提供的鹼性環境,在鋼筋表面形成了一層鈍化保護膜,使鋼筋相對於中性與酸性環境下更不易腐蝕。

5結構優點

用文字去描述一個人身體特彆強壯,常會用「鋼筋混凝土」進行概括,而在實際的運作過程中,可以料想得到鋼筋混凝土在建築領域中的重要作用。假如用人進行比喻,這個鋼筋混凝土就相當於人的骨骼和筋。是非常重要的,幾乎是現在所有常規建築必需的構成。可能日常生活中由於其隱蔽性等問題,人們難以觀察,但是可以通過理論上的理解進行分析和探討。
鋼筋混凝土結構有什麼優點?只有在了解的前提下,才能夠更好的理解其中相關方面的用途。所以很有必要進行相關專業性的分析和探討,這裡面也體現出很多技術層面的分析。鋼筋混凝土的優點主要是體現在可模型好,整體性好、耐久性好、易於就地取材等。這些方面的綜合效應的堆積,就會構成其總體效應的累加。正是因為這樣的緣故,所以使得其使用性能更好。也是因為技術等相關方面的原因,所以現在它的性能推廣也是體現在諸多的方面,非常的有針對性。

6規格種類

鋼筋混凝土中的受力筋含量通常很少,從占構件截面面積的1%(多見於梁板)至 6%(多見於柱)不等。鋼筋的截面為圓型。在美國從0.25至1英寸,每級1/8英寸遞增;在歐洲從8至30毫米,每級2毫米遞增;在中國大陸從3至40毫米,共分為19等。在美國,根據鋼筋中含碳量,分成40鋼與60鋼兩種。後者含碳量更高,且強度和剛度較高,但難於彎曲。在腐蝕環境中,電鍍、外塗環氧樹脂、和不鏽鋼材質的鋼筋亦有使用。
在潮濕與寒冷氣候條件下,鋼筋混凝土路面、橋樑、停車場等可能使用除冰鹽的結構則應使用環氧樹脂鋼筋或者其他複合材料混凝土,環氧樹脂鋼筋可以通過表面的淺綠色塗料輕鬆識別。
鋼筋鏽蝕與混凝土的凍融循環
鋼筋鏽蝕與混凝土的凍融循環會對破壞混凝土的結構造成損傷。當鋼筋鏽蝕時,銹跡擴展,使混凝土開裂並使鋼筋與混凝土之間的結合力喪失。當水穿透混凝土表面進入內部時,受凍凝結的水分體積膨脹,經過反覆的凍融循環作用,在微觀上使混凝土產生裂縫並且不斷加深,從而使混凝土壓碎並對混凝土造成永久性不可逆的損傷。
碳化作用
混凝土中的孔隙水通常是鹼性的,根據pourbaix圖[3],鋼筋在pH值大於9.5時是惰性的,不會發生鏽蝕。空氣中的二氧化碳與水泥中的鹼反應使孔隙水變得更加酸性,從而使pH值降低。從構件製成之時起,二氧化碳便會碳化構件表面的混凝土,並且不斷加深。如果構件發生開裂,空氣中的二氧化碳將會更容易更容易進入混凝土的內部。通常在結構設計的過程中,會根據建築規範確定最小鋼筋保護層厚度,如果混凝土的碳化削弱了這一數值,便可能會導致因鋼筋鏽蝕造成的結構破壞。
測試構件表面的碳化程度的方法是在其表面鑽一個孔,並滴以酚酞,碳化部分便會變成粉色,通過觀察變色部分便可得知碳化層的深度。
氯化腐蝕
氯化物, 包括氯化鈉,會對混凝土中的鋼筋腐蝕。因此,拌合混凝土時只允許使用清水。同樣使用鹽來為混凝土路面除冰是被禁止的。
鹼骨料反應
鹼骨料反應或鹼硅反應,(Alkali Aggregate Reaction,簡稱AAR,或Alkali Silica Reaction,簡稱ASR)是指當水泥的鹼性過強時,骨料中的活性硅成分(SiO2)與鹼發生反應生成硅酸鹽,引起混凝土的不均勻膨脹,導致開裂破壞。它的發生條件為 (1)骨料中含有相關活性成分(2)環境中有足夠的鹼性(3混凝土中有足夠的濕度 75%RH。
高鋁水泥的晶體轉變
高鋁水泥對弱酸特別是硫酸鹽有抗性,同時早期強度增長很快,具有很高強度和耐久性。在第二次世界大戰後被廣泛使用。但是由於內部水化物晶體的轉型,其強度會隨時間推移而下降,在濕熱環境下更為嚴重。在英國,隨著3起使用高鋁預應力混凝土梁的屋頂的倒塌,這種水泥在當地於1976年被禁止使用,雖然後來被證明有製造缺陷,但禁令仍然保留。
硫酸鹽腐蝕
地下水中的硫酸鹽會與硅酸鹽水泥反應生成具有膨脹性的副產品例如礬石(ettringite)或碳硫硅鈣(thaumasitein)從而導致混凝土的早期失效。

7裂縫防治

裂縫處理
根據裂縫的成因情況,可將裂縫分為兩種類型:一類是由於材料、氣候等造成的一般塑性收縮裂縫、干縮裂縫等。這類裂縫一般對承載力影響較小,可作一般處理或不處理;另一類裂縫明顯影響了梁的承載能力,隨著裂縫的擴展和延伸,鋼筋達到屈服強度,受壓區砼應變數增大,梁剛度大大降低,構件趨向破壞。此類裂縫必須及早採取加固補強,以滿足結構安全需要。
對於裂縫的處理,首先要重視對裂縫的調查分析,確定裂縫的種類、程度、危害及加固的依據。調查可從裂縫寬度、長度、是否貫通、是否達到彈性極限應力的位置、有無潮氣或漏水、工程地點環境以及施工圖紙設計情況等多處入手,分析裂縫產生的本質原因,以採取相應的措施。
(一)經過調查分析,確認裂縫在不降低承載力的情況下,採取表面處理法、充填法、注入法等簡易的處理方法:
1、表面修補法:
該法適用於縫較窄,用以恢復構件表面美觀和提高耐久性時所採用,常用的是沿砼裂縫表面鋪設薄膜材料,一般可用環氧類樹脂或樹脂浸漬玻璃布。施工時先將砼表面用鋼絲刷打毛,清水洗凈乾燥,將砼表面氣孔由油灰狀樹脂填平,然後在其上鋪設薄膜,如果單純以防水為目的,也可採用塗刷瀝青的方法。
2、充填法:
當裂縫較寬時,可沿裂縫砼表面鑿成V形或U形槽,使用樹脂砂漿材料進行填充,也可使用水泥砂漿或瀝青等材料。施工時,先將槽內碎片清除,必要時塗底層結合料,填充后待填充料充分硬化,再用砂輪或拋光機將表面磨光。
3、注入法:
當裂縫寬度較小且較深時,可採用將修補材料注入砼內部的修補方法,首先裂縫處安設注入用管,其他部位用表面處理法封住,使用低粘度環氧樹脂注入材料,用電動泵或手動泵注入修補,此法在裂縫寬大於0.2mm時,效果較好。
(二)如果梁的裂縫情況影響了梁的承載能力,就應更慎重研討,分析比較,採用經濟高效的方法,達到加固目的,可採用的方法有:
1、鋼箍加固法:
此法適合於補強梁內特長箍筋及彎起筋不足,抗剪達不到要求的情況。具體方法是:用扁鋼或圓鋼製成垂直或斜形的鋼箍,兩端留有螺紋,套入鋼板後用螺母擰緊。也可採用由兩個U形鋼箍套上后焊接,然後打入金屬楔楔緊。採用鋼箍時需在樑上刻槽以防滑。
2、粘貼加固法:
將鋼板或型鋼用改性環氧樹脂粘結劑,粘結到構件混凝土裂縫部位表面,使鋼板(或型鋼)與混凝土連接成整體共同工作。粘結前,鋼材表面進行噴砂處理,混凝土表面刷凈乾燥,粘結層厚度為3mm左右。
3、梁的三面或四面加做圍套法:
在梁的剛度、強度或剪力不足且相差較大的情況下,採用梁的三面或四面加大,做鋼筋砼圍套加固較為適宜。採用四面圍套時壁厚應據實際情況而定,一般兩側大於50mm,上下大於100mm為宜,縱向鋼筋及箍筋通過計算確定。當梁受樓面限制時,可採用三面圍套,此時兩側砼厚度宜大於100mm,縱向鋼筋可用Φ25與原梁縱筋焊接固定,施工時在梁兩側板上間隔500mm鑿洞以澆筋砼,箍筋可用開口箍或穿板封閉箍,並經計算確定配筋數量。
4、梁的單面加大截面法:
單面加大截面法分兩種,即上面加高或下面加厚。梁的上面加高適用於梁的支座抗彎強度不足的加固,所加砼靠焊在原樑上上部箍筋上的附加箍筋與原砼結成整體,上部荷載靠附加縱筋承受。梁的下面加厚適用於梁跨中抗彎不足加固,當梁截面強度與要求相差不大時,可將梁下加厚80-100mm,配製新的縱筋與原鋼筋焊接,做法同三面圍套。當梁的截的下部增加100mm以上,按計算配置縱筋和箍筋。
採用圍套及單面加厚法加固時,縱筋與支座連接有下述方法:梁支承在柱上時,新加縱筋可通過連接鋼板或直接與柱內受力筋焊接在一起;梁支承在主樑上時,應在主樑上回設斜托支座,斜托鋼筋與主梁中主筋焊接。對於梁的端支座,可將梁內部分縱向鋼筋按45°或30°角曲折成斜筋焊於主梁內原縱筋上,或另加入浮筋,電焊連接新舊縱筋。
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