鋼筋混凝土的基本原理特點及應用

2020-10-01

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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。

為保證鋼筋與混凝土之間的可靠粘結和防止鋼筋被鏽蝕，鋼筋周圍須具有15～30毫米厚的混凝土保護層。

若結構處於有侵蝕性介質的環境，保護層厚度還要加大。

由於混凝土的抗拉強度遠低於抗壓強度，因而素混凝土結構不能用於受有拉應力的梁和板。

如果在混凝土梁、板的受拉區內配置鋼筋，則混凝土開裂後的拉力即可由鋼筋承擔，這樣就可充分發揮混凝土抗壓強度較高和鋼筋抗拉強度較高的優勢，共同抵抗外力的作用，提高混凝土梁、板的承載能力。

鋼筋混凝土的特性

混凝土的收縮和徐變（蠕變）對鋼筋混凝土結構具有重要意義。

由於鋼筋會阻礙混凝土硬化時的自由收縮，在混凝土中會引起拉應力，在鋼筋中會產生壓應力。

混凝土的徐變會在受壓構件中引起鋼筋與混凝土之間的應力重分配，在受彎構件中引起撓度增大,在超靜定結構中引起內力重分布等。

混凝土的這些特性在設計鋼筋混凝土結構時須加以考慮。

由於混凝土的極限拉應變值較低(約為0.15毫米/米)和混凝土的收縮，導致在使用荷載條件下構件的受拉區容易出現裂縫。

為避免混凝土開裂和減小裂縫寬度，可採用預加應力的方法;對混凝土預先施加壓力。

實踐證明，在正常條件下，寬度在0.3毫米以內的裂縫不會降低鋼筋混凝土的承載能力和耐久性。

在從－40～60°C的溫度範圍內，混凝土和鋼筋的物理力學性能都不會有明顯的改變。

因此，鋼筋混凝土結構可以在各種氣候條件下應用。

當溫度高於60°C時，混凝土材料的內部結構會遭到損壞，其強度會有明顯降低。

當溫度達到 200°C時，混凝土強度降低30～40％。

因此，鋼筋混凝土結構不宜在溫度高於200°C的條件下應用：當溫度超過200°C時，必須採用耐熱混凝土。

鋼筋混凝土的分類及強度劃分

1、按密度分類：混凝土按密度大小不同可分為三類：

重混凝土：它是指干密度大於2600kg／m的混凝土，通常是採用高密度集料(如重晶石、鐵礦石、鋼屑等)或同時採用重水泥(如鋇水泥、鍶水泥等)製成的混凝土。

因為它主要用作核能工程的輻射屏蔽結構材料，又稱為防輻射混凝土。

普通混凝土：它是指干密度為2000～2600kg／㎡的混凝土，通常是以常用水泥為膠凝材料，且以天然砂、石為集料配製而成的混凝土。

它是目前土木工程中最常用的水泥混凝土。

輕混凝土：它是指干密度小於1950ks的混凝土，通常是採用陶粒等輕質多孔的集料，或者不用集料而摻人加氣劑或泡沫劑等而形成多孔結構的混凝土。

2、按用途分類

按混凝土在工程中的用途不同可分為結構混凝土、水工混凝土、海洋混凝土、道路混凝上、防水混凝土、補償收縮混凝土、裝飾混凝土、耐熱混凝土、耐酸混凝土、防輻射混凝土等。

3、按強度等級分類按混凝土的抗壓強度可分為低強混凝土、中強混凝土、高強混凝土及超高強混凝土等。

4、根據最新版的《混凝土結構設計規範》混凝土強度分為14個等級，它們是：C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60，C65，C70，C75，C80。

而以前規範規定混凝土強度分為12個等級，它們是：C7.5，C10，C15，C20，C25，C30，C35，C40，C45，C50，C55，C60。

現在採用商品混凝土，C7.5和C10已經不拌制，這兩個強度等級的混凝土用小型混凝土攪拌機攪拌，還是可以的。

鋼筋混凝土的用途

鋼筋混凝土結構在土木工程中的應用範圍極廣，各種工程結構都可採用鋼筋混凝土建造。

目前已廣泛應用於工業和民用建築、橋樑、隧道、礦井以及水利海港等土木工程領域。

鋼筋混凝土結構在原子能工程、海洋工程和機械製造業的一些特殊場合，如反應堆壓力容器、海洋平台、巨型運油船、大噸位水壓機機架等，均得到十分有效的應用，解決了鋼結構所難於解決的技術問題。

鋼筋混凝土常出現的質量問題及其原因

鋼筋混凝土已成為我國主要的結構材料，所以在施工中，鋼筋混凝土的質量已成為影響結構安全和耐久性的重要問題。

以下介紹鋼筋混凝土施工中常出現質量問題的原因及其控制途徑。

1、結構表面損傷，缺楞掉角。

產生的原因是：模板表面未塗隔離劑，模板表面未清理乾淨，粘有混凝土。

模板表面不平，翹曲變形；振搗不良，邊角處未振實；拆模時間過早，混凝土強度不夠；拆模不規範。

撞擊敲打，強撬硬別，損壞楞角；拆模後結構被碰撞等。

2、麻面、蜂窩、露筋、孔洞，內部不密實。

產生的原因是：模板拼縫不嚴，板縫處跑漿；模板未塗隔離劑；模板表面未清理乾淨；振搗不密實、漏振；混凝土配合比設計不當或現場計量有誤；混凝土攪拌不勻，和易性不好。

一次投料過多，沒有分層搗實。

底模未放墊塊，或墊塊脫落，導致鋼筋緊貼模板；拆模時撬壞混凝土保護層；鋼筋混凝土節點處，由於鋼筋密集，混凝土的石子粒徑過大，澆築困難，振搗不仔細；預留孔洞的下方因有模板阻隔，振搗不好等。

3、結構發生裂縫。

產生的原因是：模板及其支撐不牢，產生變形或局部沉降；拆模不當，引起開裂；養護不好引起裂縫；混凝土和易性不好，澆筑後產生分層，產生裂縫；大面積現澆混凝土由於收縮溫度產生裂縫。

4、混凝土凍害。

產生的原因是：混凝土凝結後，尚未取得足夠的強度時受凍，產生脹裂；混凝土密實性差，孔隙多而大，吸水後氣溫下降達到負溫時，水變成冰，體積膨脹，使混凝土破壞；混凝土抗凍性能未達到設計要求，產生破壞等。

在施工中應該提高施工人員素質操作工人自身素質的提高,可以彌補現場管理的漏洞,從根本上加強工程質量的控制,避免鋼筋混凝土工程施工質量較大缺陷。

因此,不僅施工管理人員要加強學習,完善管理手段,而且各班組的操作工人必須熟悉業務知識,提高專業水平。

總之,對容易形成質量通病的部位,要增加質量控制點。

控制每一道工序的質量都達到施工規範規定和設計要求,再進行下一道工序施工,保證每一道工序的施工質量。

做好鋼筋混凝土工程施工質量控制,為單位工程質量打下一個堅實的基礎。