摘要: 現(xiàn)代建筑離不開鋼筋混凝土, 要使鋼筋和混凝土能夠更好地工作, 提高鋼筋混凝土的強(qiáng)度和耐久性, 那么保護(hù)層的作用是顯而易見的, 那么厚度多少合理呢? 施工中如何控制是值得探討的問題。
關(guān)鍵詞: 鋼筋和混凝土共同工作受力分析保護(hù)層的合理厚度
無論是工業(yè)建筑、農(nóng)業(yè)建筑、民用建筑的構(gòu)件基本上都是由基礎(chǔ)、墻體、柱、樓板、梁、屋頂?shù)冉M成, 這些構(gòu)件的材料絕大部分是鋼筋混凝土。隨著現(xiàn)代交通工業(yè)的發(fā)展, 高架橋梁工程、遂道工程不斷涌現(xiàn), 這些工程的構(gòu)件, 都和鋼筋混凝土息息相關(guān), 所以說現(xiàn)代建筑已離不開鋼筋混凝土。無論是地下工程或是高達(dá)數(shù)百米的摩天大樓, 要是離開了鋼筋混凝土, 很難想象將會(huì)是什么樣的結(jié)果。有鋼筋就需有保護(hù)層, 鋼筋保護(hù)層究竟有什么作用? 保護(hù)層多大才合適? 鋼筋怎樣才能發(fā)揮出它固有的力學(xué)特性? 下面試從鋼筋與混凝土共同作用的受力機(jī)理, 結(jié)合多年的教學(xué)和施工實(shí)踐, 談?wù)勪摻畋Ｗo(hù)層的重要性及其在施工中的控制。
一、鋼筋、混凝土組成的復(fù)合材料, 能夠共同工作的可能性
鋼筋和混凝土在建筑工程中已經(jīng)成了不可分割的孿生兄弟, 從材料的物理力學(xué)性能來分析, 鋼筋具有較強(qiáng)的抗拉、抗壓強(qiáng)度, 而混凝土只具有較高的抗壓強(qiáng)度, 抗拉強(qiáng)度很低。但兩者的彈性模量較接近, 熱膨脹系數(shù)基本相同, 還有較好的粘結(jié)力, 這樣既發(fā)揮了各自的受力性能, 又能很好地協(xié)調(diào)工作, 共同承擔(dān)結(jié)構(gòu)構(gòu)件所承受的外部荷載。
二、鋼筋混凝土構(gòu)件工作時(shí)的受力分析
鋼筋與混凝土之間存在著很強(qiáng)的粘結(jié)力。在計(jì)算時(shí), 鋼筋混凝土構(gòu)件是作為一個(gè)整體承受著外力。同時(shí), 由于混凝土的抗拉強(qiáng)度很低, 故只考慮混凝土所承受的受壓應(yīng)力, 而拉應(yīng)力則全部由鋼筋來承擔(dān)。對于受力構(gòu)件截面設(shè)計(jì)來講, 受拉的鋼筋離受壓區(qū)越遠(yuǎn), 其單位面積的鋼筋所能承受的外部彎矩也越大, 這樣鋼筋發(fā)揮效率也就越高。所以一般來講, 無論是梁還是板, 受拉鋼筋總是應(yīng)盡量靠近受拉一側(cè)混凝土構(gòu)件的邊緣。如雨篷板的受力筋應(yīng)設(shè)在構(gòu)件上部受拉區(qū), 而梁的受力鋼筋設(shè)置在下部受拉區(qū)。如果放置錯(cuò)誤或者鋼筋保護(hù)層過大, 輕者降低了梁的承載能力, 重者會(huì)發(fā)生重大事故。
三、保護(hù)層的合理厚度
那么, 受拉的鋼筋是否越靠邊越好呢?答案是否定的。這是因?yàn)殇摻畹闹饕煞菔氰F, 鐵在常溫下很容易氧化, 更別說在高溫或潮濕的環(huán)境中。鋼筋被包裹在混凝土構(gòu)件中形成鈍化保護(hù)膜, 不與外界接觸相對還比較安全, 但如果鋼筋保護(hù)層厚度過小, 也就是鋼筋過分靠近受拉區(qū)一側(cè), 一方面容易造成鋼筋露筋或鋼筋受力時(shí)表面混凝土剝落, 另一方面隨著時(shí)間的移, 表面的混凝土將逐漸碳化。用不了多久, 鋼筋外混凝土就失去保護(hù)作用, 從而導(dǎo)致鋼筋銹蝕, 斷面減小, 強(qiáng)度降低, 鋼筋與混凝土之間失去粘結(jié)力, 構(gòu)件整體性受到破壞, 嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致整個(gè)結(jié)構(gòu)體系破壞。通常除基礎(chǔ)外梁的保護(hù)層厚度一般為25mm。
在工程實(shí)際中, 由于鋼筋保護(hù)層厚度未按規(guī)范要求所導(dǎo)致的質(zhì)量問題不勝枚舉。比較突出的如商品住宅樓工程建設(shè)中, 樓板負(fù)彎矩鋼筋保護(hù)層偏大及現(xiàn)澆框架結(jié)構(gòu)中主次梁交界處主梁的上部負(fù)彎矩鋼筋保護(hù)層偏大的問題。以住宅樓為例, 如今的住宅面積越來越大, 尤其是客廳樓板。筆者曾見到過某單位建設(shè)的跨度達(dá)5.7 米的樓板, 厚度為150mm, 設(shè)計(jì)是雙層雙向鋼筋網(wǎng)。從結(jié)構(gòu)的力學(xué)計(jì)算來講, 支座處的負(fù)彎矩不比跨中板底正彎矩小多少, 但由于施工時(shí)施工單位對支座負(fù)彎矩鋼筋未引起足夠重視, 結(jié)果工程剛竣工還未使用就發(fā)現(xiàn)樓板上表面四周墻根處出現(xiàn)了許多裂縫。
后經(jīng)權(quán)威檢測部門檢查測試后發(fā)現(xiàn), 支座處負(fù)筋的保護(hù)層普遍超過規(guī)范20- 40mm, 最大的甚至超過了70mm, 使樓板上部的負(fù)彎矩鋼筋的作用大大降低, 有些甚至完全失去作用, 最后在迫不得已的情況下經(jīng)設(shè)計(jì)同意采取局部加固補(bǔ)強(qiáng)措施, 盡管這樣還是給施工單位本身造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì), 目前住宅樓開裂原因70%左右是由鋼筋保護(hù)層位置不正確引起的。
四、施工時(shí)如何控制保護(hù)層的厚度
那么, 鋼筋保護(hù)層又該如何控制呢? 我認(rèn)為重點(diǎn)應(yīng)從兩方面著手, 一是抓施工前技術(shù)交底; 二是抓過程中要素控制。在施工前,應(yīng)針對不同的工程部位, 根據(jù)設(shè)計(jì)圖紙及施工驗(yàn)收規(guī)范, 確定正確的保護(hù)層。保護(hù)層的厚度并非千篇一律, 一般來說, 現(xiàn)澆樓板的保護(hù)層厚度15mm, 而基礎(chǔ)的保護(hù)層厚度通常為無墊層時(shí)70mm,有墊層時(shí)35mm, 梁、柱的保護(hù)層通常為25mm。因此, 在對操作者的技術(shù)交底中必須明確此厚度, 否則很容易造成返工。施工過程中,重點(diǎn)要做到規(guī)范操作, 特別是在混凝土現(xiàn)澆板澆搗過程中, 尤其需要重視。往往鋼筋綁扎時(shí)位置很正確, 但一到澆搗時(shí)情況就變了樣, 不是人踩就是工器具壓在上面, 由此造成的結(jié)果是支撐鋼筋的馬墩被踩倒, 混凝土上層鋼筋彎曲變型, 保護(hù)層的厚度也就得不到保證。所以在施工過程中, 應(yīng)做到規(guī)范操作, 嚴(yán)禁操作人員在鋼筋上隨意行走; 對上層鋼筋應(yīng)作有效的固定; 澆搗中還應(yīng)經(jīng)常檢查,發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決。
總之, 鋼筋保護(hù)層厚度對單項(xiàng)工程質(zhì)量并不是起決定作用的, 但如果不重視它, 所產(chǎn)生的危害也是不容忽視的。我們要在正確了解鋼筋及混凝土的受力機(jī)理的前提下, 充分認(rèn)識到合理的鋼筋保護(hù)層對工程結(jié)構(gòu)的重要性。只有防微杜漸, 才能使我們的工程施工技術(shù)水平更上一個(gè)檔次。
