鋼筋砼工作原理

鋼筋混凝土之所以可以共同工作是由它自身的材料性質(zhì)決定的。首先鋼筋與混凝土有著近似相同的線膨脹系數(shù)，不會由環(huán)境不同產(chǎn)生過大的應力。其次鋼筋與混凝土之間有良好的粘結(jié)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堿性環(huán)境，在鋼筋表面形成了一層鈍化保護膜，使鋼筋相對于中性與酸性環(huán)境下更不易腐蝕。

目前在中國，鋼筋混凝土為應用最多的一種結(jié)構形式，占總數(shù)的絕大多數(shù)，同時也是世界上使用鋼筋混凝土結(jié)構最多的地區(qū)。據(jù)發(fā)改委相關數(shù)據(jù)顯示，該地區(qū)其主要原材料水泥產(chǎn)量已于2005年達到10.60億噸，占世界總產(chǎn)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， 水泥水化形成微觀不透明晶格結(jié)構從而包裹和結(jié)合骨料成為整體結(jié)構。通?；炷两Y(jié)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(jié)構開裂和分離從而導致結(jié)構的破壞。而絕大多數(shù)結(jié)構構件內(nèi)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于工程。 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。

按施工方法分為：現(xiàn)澆式、裝配式或裝配整體式、現(xiàn)澆鋼筋砼樓板。

現(xiàn)澆鋼筋砼樓板：在施工現(xiàn)場通過支模，綁扎鋼筋，澆筑砼，養(yǎng)護等工序而成型的樓板。

優(yōu)點：整體性好，抗震能力強，形狀可不規(guī)則，可預留孔洞，布置管線方便。

缺點：模板，用量大，施工速度慢。

預制裝配式鋼筋砼樓板：在預制廠或施工現(xiàn)場預制。

缺點：樓板的整體性差，板縫嵌固不好時易出現(xiàn)通長裂縫。

裝配整體式鋼筋砼樓板：部分構件預制→現(xiàn)場安裝→整體現(xiàn)澆。

鋼筋混凝土的發(fā)明出現(xiàn)在近代，通常為人認為發(fā)明于1848年。1868年一個法國園丁， 獲得了包括鋼筋混凝土花盆，以及緊隨其后應用于公路護欄的鋼筋混凝土梁柱的專利。1872年，世界第一座鋼筋混凝土結(jié)構的建筑在美國紐約落成，人類建筑史上一個嶄新的紀元從此開始，鋼筋混凝土結(jié)構在1900年之后在工程界方得到了大規(guī)模的使用。1928年，一種新型鋼筋混凝土結(jié)構形式預應力鋼筋混凝土出現(xiàn)，并于二次世界大戰(zhàn)后亦被廣泛地應用于工程實踐。鋼筋混凝土的發(fā)明以及19世紀中葉鋼材在建筑業(yè)中的應用使高層建筑與大跨度橋梁的建造成為可能。

鋼筋混凝土是當今最主要的建筑材料之一，但它的發(fā)明者既不是工程師，也不是建筑材料專家，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(jīng)常被游客踏碎。為此，莫尼埃常想：“有什么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，把松軟的泥土牢牢地連在了一起！”他從這件事上得到啟發(fā)，將鐵絲仿照花木根系編成網(wǎng)狀，然后和水泥、砂石一起攪拌，做成花壇，果然十分牢固。

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%（多見于梁板）至 6%（多見于柱）不等。鋼筋的截面為圓型。在美國從0.25至1英尺，每級1/8英尺遞增；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(jù)鋼筋中含碳量，分成40鋼與60鋼兩種。后者含碳量更高，且強度和剛度較高，但難于彎曲。在腐蝕環(huán)境中，電鍍、外涂環(huán)氧樹脂、和不銹鋼材質(zhì)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、橋梁、停車場等可能使用除冰鹽的結(jié)構則應使用環(huán)氧樹脂鋼筋或者其他復合材料混凝土，環(huán)氧樹脂鋼筋可以通過表面的淺綠色涂料輕松識別。

鋼筋銹蝕與混凝土的凍融循環(huán)

鋼筋銹蝕與混凝土的凍融循環(huán)會對破壞混凝土的結(jié)構造成損傷。當鋼筋銹蝕時，銹跡擴展，使混凝土開裂并使鋼筋與混凝土之間的結(jié)合力喪失。當水穿透混凝土表面進入內(nèi)部時，受凍凝結(jié)的水分體積膨脹，經(jīng)過反復的凍融循環(huán)作用，在微觀上使混凝土產(chǎn)生裂縫并且不斷加深，從而使混凝土壓碎并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堿性的，根據(jù)pourbaix圖[3]，鋼筋在pH值大于9.5時是惰性的，不會發(fā)生銹蝕?？諝庵械亩趸寂c水泥中的堿反應使孔隙水變得更加酸性，從而使pH值降低。從構件制成之時起，二氧化碳便會碳化構件表面的混凝土，并且不斷加深。如果構件發(fā)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(nèi)部。通常在結(jié)構設計的過程中，會根據(jù)建筑規(guī)范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(shù)值，便可能會導致因鋼筋銹蝕造成的結(jié)構破壞。

測試構件表面的碳化程度的方法是在其表面鉆一個孔，并滴以酚酞，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。

堿骨料反應

堿骨料反應或堿硅反應，（Alkali Aggregate Reaction，簡稱AAR，或Alkali Silica Reaction，簡稱ASR）是指當水泥的堿性過強時，骨料中的活性硅成分(SiO2)與堿發(fā)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(fā)生條件為 (1)骨料中含有相關活性成分(2)環(huán)境中有足夠的堿性(3混凝土中有足夠的濕度 75%RH。

高鋁水泥的晶體轉(zhuǎn)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(zhàn)后被廣泛使用。但是由于內(nèi)部水化物晶體的轉(zhuǎn)型，其強度會隨時間推移而下降，在濕熱環(huán)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?shù)牡顾?，這種水泥在當?shù)赜?976年被禁止使用，雖然后來被證明有制造缺陷，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(chǎn)品例如礬石(ettringite)或碳硫硅鈣(thaumasitein)從而導致混凝土的早期失效。

鋼筋砼梁出現(xiàn)裂縫的原因很復雜，主要有材料或氣候因素、施工不當、設計和施工錯誤、改變使用功能或使用不合理等，通?？蓺w納為以下幾種：

1、混凝土尚處于未完全硬化狀態(tài)時，如干燥過快，則產(chǎn)生收縮裂縫，通常發(fā)生在表面上，裂縫不規(guī)則，寬度小。

2、水泥水化硬化時的裂縫。水泥在水化及硬化過程中，散發(fā)大量熱量，使砼內(nèi)外部產(chǎn)生溫差，超過一定值時，因砼的收縮不一致而產(chǎn)生裂縫。

3、溫變裂縫。水泥在硬化期間，砼表面與內(nèi)部溫差較大，導致砼表面急劇的溫度變化而產(chǎn)生較大的降溫收縮，受到內(nèi)部砼的約束，而出現(xiàn)裂縫。

4、設計欠周全。如鋼筋砼梁的截面不夠、梁的跨度過大、高度偏小，或者由于計算錯誤，受力鋼筋截面偏小、配筋位置不當、節(jié)點不合理等，都會導致砼梁出現(xiàn)結(jié)構裂縫。

5、施工質(zhì)量造成的裂縫。由于砼標號偏低、受力鋼筋截面偏小、截面尺寸不符合設計等而導致砼梁出現(xiàn)裂縫。由于施工不當、模板支撐下沉，或過早拆除底模和支撐等形成的裂縫。施工控制不嚴，在梁上超載堆荷，而導致出現(xiàn)裂縫。

6、預制鋼砼梁在運輸、吊裝過程中，由于支撐不合理、吊點位置不符，以及較大的振動或沖擊荷載，也會導致鋼砼梁出現(xiàn)裂縫。

7、在使用過程中，改變原來使用功能，將辦公室改為倉庫、屋面加層、使用不當、增大梁上荷載等均會出現(xiàn)裂縫。

根據(jù)裂縫的成因情況，可將裂縫分為兩種類型：一類是由于材料、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(qū)砼應變量增大，梁剛度大大降低，構件趨向破壞。此類裂縫必須及早采取加固補強，以滿足結(jié)構安全需要。

對于裂縫的處理，首先要重視對裂縫的調(diào)查分析，確定裂縫的種類、程度、危害及加固的依據(jù)。調(diào)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(huán)境以及施工圖紙設計情況等多處入手，分析裂縫產(chǎn)生的本質(zhì)原因，以采取相應的措施。

（一）經(jīng)過調(diào)查分析，確認裂縫在不降低承載力的情況下，采取表面處理法、充填法、注入法等簡易的處理方法：

1、表面修補法：　　

該法適用于縫較窄，用以恢復構件表面美觀和提高耐久性時所采用，常用的是沿砼裂縫表面鋪設薄膜材料，一般可用環(huán)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，清水洗凈干燥，將砼表面氣孔由油灰狀樹脂填平，然后在其上鋪設薄膜，如果單純以防水為目的，也可采用涂刷瀝青的方法。

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(nèi)碎片清除，必要時涂底層結(jié)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，可采用將修補材料注入砼內(nèi)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(huán)氧樹脂注入材料，用電動泵或手動泵注入修補，此法在裂縫寬大于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，采用經(jīng)濟高效的方法，達到加固目的，可采用的方法有：

1、鋼箍加固法：　　

此法適合于補強梁內(nèi)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：用扁鋼或圓鋼制成垂直或斜形的鋼箍，兩端留有螺紋，套入鋼板后用螺母擰緊。也可采用由兩個U形鋼箍套上后焊接，然后打入金屬楔楔緊。采用鋼箍時需在梁上刻槽以防滑。

2、粘貼加固法：　　

將鋼板或型鋼用改性環(huán)氧樹脂粘結(jié)劑，粘結(jié)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(jié)前，鋼材表面進行噴砂處理，混凝土表面刷凈干燥，粘結(jié)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，采用梁的三面或四面加大，做鋼筋砼圍套加固較為適宜。采用四面圍套時壁厚應據(jù)實際情況而定，一般兩側(cè)大于50mm，上下大于100mm為宜，縱向鋼筋及箍筋通過計算確定。當梁受樓面限制時，可采用三面圍套，此時兩側(cè)砼厚度宜大于100mm，縱向鋼筋可用Φ25與原梁縱筋焊接固定，施工時在梁兩側(cè)板上間隔500mm鑿洞以澆筋砼，箍筋可用開口箍或穿板封閉箍，并經(jīng)計算確定配筋數(shù)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。梁的上面加高適用于梁的支座抗彎強度不足的加固，所加砼靠焊在原梁上上部箍筋上的附加箍筋與原砼結(jié)成整體，上部荷載靠附加縱筋承受。梁的下面加厚適用于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，配制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。

采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(nèi)受力筋焊接在一起；梁支承在主梁上時，應在主梁上回設斜托支座，斜托鋼筋與主梁中主筋焊接。對于梁的端支座，可將梁內(nèi)部分縱向鋼筋按45°或30°角曲折成斜筋焊于主梁內(nèi)原縱筋上，或另加入浮筋，電焊連接新舊縱筋。

較粗的鋼筋混凝土的圓狀物體，

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