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摘要:钢筋混凝土结构中钢筋和混凝土之间存在的黏结作用是二者共同工作的基本前提,对粘结问题的研究在理论上和实践中都具有重要的意义。文章针对钢筋结构体系的安全性、适用性及耐久性,对钢筋混凝土黏结力的施工措施进行了探讨。
关键词:钢筋混凝土;粘结力;施工措施
中图分类号:TU528 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2010)27-0057-02
随着经济的快速发展,房屋建筑由过去的低层、多层建筑,发展到今天以多层、高层建筑为主导潮流。建筑结构以混凝土结构占绝大多数来作为建筑物的结构承重体系。其中,钢筋混凝土结构是由钢筋与混凝土两种材料组成,它们之间的粘结力是其共同工作的基础。混凝土凝结后,能与钢筋牢固地粘结,由于钢筋是塑性材料,能发挥抗拉强度高的优势;混凝土是脆性材料,能发挥抗压强度较高与相对比较经济的优势,且两者具有相近的温度线膨胀系数(钢筋为1.2×10-5,混凝土为1.0×10-5～1.5×10-5),通过粘结力可以互相传递应力,共同变形,确保混凝土构件的承载力得到充分的保证和发挥。可见粘结力在混凝土结构中的地位十分重要,除了在设计方面予以高度重视外,其现场施工措施也不容忽视,它同样决定了混凝土结构体系的安全性、适用性与耐久性。
1钢筋与混凝土的粘结力
1.1黏结力的定义
混凝土构件受力工作时,若钢筋和混凝土有相对变形(滑移),就会在钢筋和混凝土交界面上产生沿钢筋轴线方向的相互作用力,这种力称为钢筋与混凝土的黏结力。正因为粘结力的存在,使钢筋与混凝土能够共同工作。
1.2粘结力的组成
混凝土构件受力工作时,其实是钢筋与混凝土共同工作,共同工作的基础就是黏结力。黏结力由4部分组成:
1.2.1化学胶结力
混凝土中的水泥凝胶体在钢筋表面产生的化学粘着力或吸附力,来源于浇注时水泥浆体向钢筋表面氧化层的渗透和养护过程中水泥晶体的生长和硬化,取决于水泥的性质和钢筋表面的粗糙程度。当钢筋受力后变形,发生局部滑移后,粘着力就丧失了。
1.2.2摩擦力
混凝土收缩后,将钢筋紧紧地握裹住而产生的力,当钢筋和混凝土产生相对滑移时,在钢筋和混凝土界面上将产生摩擦力。它取决于混凝土发生收缩、荷载和反力等对钢筋的径向压应力、钢筋和混凝土之间的粗糙程度等。钢筋和混凝土之间的挤压力越大、接触面越粗糙,则摩擦力越大。
1.2.3机械咬合力
钢筋表面凹凸不平与混凝土产生的机械咬合作用而产生的力,即混凝土对钢筋表面斜向压力的纵向分力,取决于混凝土的抗剪强度。变形钢筋的横肋会产生这种咬合力,它的咬合作用往往很大,是变形钢筋粘结力的主要来源,是锚固作用的主要成份。
1.2.4钢筋端部的锚固力
一般是用在钢筋端部弯钩、弯折,在锚固区焊接钢筋、短角钢等机械作用来维持锚固力。
1.3光面钢筋的粘结力
光面钢筋的粘结性能和强度在钢筋滑动前取决于化学胶着力,滑动后则主要取决于摩擦力。光面钢筋被从混凝土中拔出的过程,当加荷初期钢筋与混凝土界面上开始受剪时,化学胶着力起主要作用,此时界面上无滑移,随着拉力的增大从加载端开始胶着力逐渐丧失,摩擦力开始起主要作用,滑移逐渐增大,黏结应力达到峰值后滑移急剧增大,此时嵌入钢筋表面凹陷处的混凝土被陆续剪碎抹平,摩擦力不断减小,破坏时拔出的钢筋表面与其周围混凝土表面沾满了砂浆和铁锈粉末,并有明显的纵向摩擦痕迹。光面钢筋的黏结破坏属于剪切型破坏,光面钢筋与混凝土的黏结强度较低、滑移较大,粘结性能较差。
1.4变形钢筋的粘结力
变形钢筋的黏结效果比光面钢筋好得多,化学胶合力和摩擦力仍然存在,机械咬合力是变形钢筋粘结力的主要来源。钢筋肋对混凝土的斜向挤压力形成滑动阻力,滑动的产生使肋的根部混凝土出现局部挤压变形,黏结刚度较大,粘结强度提高。
1.5影响粘结强度的因素
钢筋的粘结强度均随混凝土强度的提高而提高。混凝土保护层和钢筋之间净距离越大,劈裂抗力越大,因而黏结强度越高。混凝土构件中横向钢筋限制了纵向裂缝的发展,可使黏结强度提高,因而在钢筋锚固区和搭接长度范围内,加强横向钢筋(如箍筋加密等)可提高混凝土的黏结强度,如圈梁、构造柱、框架梁与柱的钢筋在搭接区段范围内应加密箍筋。一般情况下圈梁、构造柱绑扎接头长度按受拉钢筋考虑,当采用Ⅱ级钢筋,混凝土强度等级为C20、C25时,则搭接长度为45 d,在此长度范围内的箍筋应当加密(间距为100 m)。钢筋端部的弯钩、弯折及附加锚固措施(如焊接钢筋和钢板等)同样可以提高锚固粘结能力,锚固区内侧向压力的约束对粘结强度也有提高作用。
2保证可靠粘结力的施工措施
2.1钢筋间的距离
梁、柱混凝土构件中纵向受力钢筋分布有单排、双排等以上形式,以钢筋外边缘算起,其上下垂直、左右水平的相互间的净距符合设计要求,且不小于25 mm。施工中可利用废料钢筋来制作固定间距支架,或用直径25 mm的短钢筋来间隔2根钢筋之间的距离,绑扎要牢固,防止混凝土浇筑时受力钢筋偏位,保证钢筋间的有效距离,使钢筋与混凝土的黏结强度得到保障。
2.2钢筋的混凝土保护层
混凝土受力构件中,钢筋的混凝土保护层厚度不能太小,厚度(钢筋外边缘至混凝土表面的距离)不应小于钢筋的公称直径。钢筋的混凝土保护层厚度要达到设计要求,其中基础中纵向受力钢筋的混凝土保护层厚度不应小于40 mm,当无垫层时不应小于70 mm。施工中常采取预制带有铁丝砂浆垫块,垫块规格为20×20 mm,用1∶2的水泥砂浆制作,垫块厚度应与设计要求一致。垫块绑扎在受力钢筋外边缘上,绑扎要牢固。
2.3采用变形钢筋
设计时应考虑在同等钢筋面积的条件下,宜优先采用小直径的变形钢筋。由于光面钢筋黏结力较差,施工时钢筋末端设弯钩措施,增大其锚固黏结能力。如对有抗震要求的,箍筋末端弯折角为135 °,弯后平直段长度为10 d(d为箍筋直径),且不小于75 mm。
2.4钢筋的锚固长度
为保证钢筋伸入支座的黏结力,应使钢筋伸入支座有足够的锚固长度。如支座长度不够时,施工中采取钢筋弯折措施,弯折长度计入锚固长度内;也可以在钢筋端部焊接短钢筋、短角钢等方法加强钢筋与混凝土的黏结能力。
3结束语
综上所述,在房屋建筑工程的混凝土构件施工中,特别要注意钢筋原材料、加工下料、安装绑扎位置和混凝土保护层厚度的施工质量控制,保证钢筋与混凝土的黏结力,从而达到钢筋混凝土结构使用安全的目标。
参考文献
1 李 斌、沈凤生.锈蚀对钢筋混凝土粘结力的影响[J].工业建筑,2001.5
2 李 琛.锈蚀钢筋与混凝土粘结力的研究现状[J].山西建筑,2008.16
Discusses the Reinforced Concrete Cementing Power Construction Measure
Cai Xiaochun
Abstract:The article in view of the steel framework system’s security, the serviceability and the durability, has carried on the discussion to the reinforced concrete cementing power’s construction measure.
Key words:reinforced concrete; cementing power; construction measure
关键词:钢筋混凝土;粘结力;施工措施
中图分类号:TU528 文献标识码:A 文章编号:1000-8136(2010)27-0057-02
随着经济的快速发展,房屋建筑由过去的低层、多层建筑,发展到今天以多层、高层建筑为主导潮流。建筑结构以混凝土结构占绝大多数来作为建筑物的结构承重体系。其中,钢筋混凝土结构是由钢筋与混凝土两种材料组成,它们之间的粘结力是其共同工作的基础。混凝土凝结后,能与钢筋牢固地粘结,由于钢筋是塑性材料,能发挥抗拉强度高的优势;混凝土是脆性材料,能发挥抗压强度较高与相对比较经济的优势,且两者具有相近的温度线膨胀系数(钢筋为1.2×10-5,混凝土为1.0×10-5～1.5×10-5),通过粘结力可以互相传递应力,共同变形,确保混凝土构件的承载力得到充分的保证和发挥。可见粘结力在混凝土结构中的地位十分重要,除了在设计方面予以高度重视外,其现场施工措施也不容忽视,它同样决定了混凝土结构体系的安全性、适用性与耐久性。
1钢筋与混凝土的粘结力
1.1黏结力的定义
混凝土构件受力工作时,若钢筋和混凝土有相对变形(滑移),就会在钢筋和混凝土交界面上产生沿钢筋轴线方向的相互作用力,这种力称为钢筋与混凝土的黏结力。正因为粘结力的存在,使钢筋与混凝土能够共同工作。
1.2粘结力的组成
混凝土构件受力工作时,其实是钢筋与混凝土共同工作,共同工作的基础就是黏结力。黏结力由4部分组成:
1.2.1化学胶结力
混凝土中的水泥凝胶体在钢筋表面产生的化学粘着力或吸附力,来源于浇注时水泥浆体向钢筋表面氧化层的渗透和养护过程中水泥晶体的生长和硬化,取决于水泥的性质和钢筋表面的粗糙程度。当钢筋受力后变形,发生局部滑移后,粘着力就丧失了。
1.2.2摩擦力
混凝土收缩后,将钢筋紧紧地握裹住而产生的力,当钢筋和混凝土产生相对滑移时,在钢筋和混凝土界面上将产生摩擦力。它取决于混凝土发生收缩、荷载和反力等对钢筋的径向压应力、钢筋和混凝土之间的粗糙程度等。钢筋和混凝土之间的挤压力越大、接触面越粗糙,则摩擦力越大。
1.2.3机械咬合力
钢筋表面凹凸不平与混凝土产生的机械咬合作用而产生的力,即混凝土对钢筋表面斜向压力的纵向分力,取决于混凝土的抗剪强度。变形钢筋的横肋会产生这种咬合力,它的咬合作用往往很大,是变形钢筋粘结力的主要来源,是锚固作用的主要成份。
1.2.4钢筋端部的锚固力
一般是用在钢筋端部弯钩、弯折,在锚固区焊接钢筋、短角钢等机械作用来维持锚固力。
1.3光面钢筋的粘结力
光面钢筋的粘结性能和强度在钢筋滑动前取决于化学胶着力,滑动后则主要取决于摩擦力。光面钢筋被从混凝土中拔出的过程,当加荷初期钢筋与混凝土界面上开始受剪时,化学胶着力起主要作用,此时界面上无滑移,随着拉力的增大从加载端开始胶着力逐渐丧失,摩擦力开始起主要作用,滑移逐渐增大,黏结应力达到峰值后滑移急剧增大,此时嵌入钢筋表面凹陷处的混凝土被陆续剪碎抹平,摩擦力不断减小,破坏时拔出的钢筋表面与其周围混凝土表面沾满了砂浆和铁锈粉末,并有明显的纵向摩擦痕迹。光面钢筋的黏结破坏属于剪切型破坏,光面钢筋与混凝土的黏结强度较低、滑移较大,粘结性能较差。
1.4变形钢筋的粘结力
变形钢筋的黏结效果比光面钢筋好得多,化学胶合力和摩擦力仍然存在,机械咬合力是变形钢筋粘结力的主要来源。钢筋肋对混凝土的斜向挤压力形成滑动阻力,滑动的产生使肋的根部混凝土出现局部挤压变形,黏结刚度较大,粘结强度提高。
1.5影响粘结强度的因素
钢筋的粘结强度均随混凝土强度的提高而提高。混凝土保护层和钢筋之间净距离越大,劈裂抗力越大,因而黏结强度越高。混凝土构件中横向钢筋限制了纵向裂缝的发展,可使黏结强度提高,因而在钢筋锚固区和搭接长度范围内,加强横向钢筋(如箍筋加密等)可提高混凝土的黏结强度,如圈梁、构造柱、框架梁与柱的钢筋在搭接区段范围内应加密箍筋。一般情况下圈梁、构造柱绑扎接头长度按受拉钢筋考虑,当采用Ⅱ级钢筋,混凝土强度等级为C20、C25时,则搭接长度为45 d,在此长度范围内的箍筋应当加密(间距为100 m)。钢筋端部的弯钩、弯折及附加锚固措施(如焊接钢筋和钢板等)同样可以提高锚固粘结能力,锚固区内侧向压力的约束对粘结强度也有提高作用。
2保证可靠粘结力的施工措施
2.1钢筋间的距离
梁、柱混凝土构件中纵向受力钢筋分布有单排、双排等以上形式,以钢筋外边缘算起,其上下垂直、左右水平的相互间的净距符合设计要求,且不小于25 mm。施工中可利用废料钢筋来制作固定间距支架,或用直径25 mm的短钢筋来间隔2根钢筋之间的距离,绑扎要牢固,防止混凝土浇筑时受力钢筋偏位,保证钢筋间的有效距离,使钢筋与混凝土的黏结强度得到保障。
2.2钢筋的混凝土保护层
混凝土受力构件中,钢筋的混凝土保护层厚度不能太小,厚度(钢筋外边缘至混凝土表面的距离)不应小于钢筋的公称直径。钢筋的混凝土保护层厚度要达到设计要求,其中基础中纵向受力钢筋的混凝土保护层厚度不应小于40 mm,当无垫层时不应小于70 mm。施工中常采取预制带有铁丝砂浆垫块,垫块规格为20×20 mm,用1∶2的水泥砂浆制作,垫块厚度应与设计要求一致。垫块绑扎在受力钢筋外边缘上,绑扎要牢固。
2.3采用变形钢筋
设计时应考虑在同等钢筋面积的条件下,宜优先采用小直径的变形钢筋。由于光面钢筋黏结力较差,施工时钢筋末端设弯钩措施,增大其锚固黏结能力。如对有抗震要求的,箍筋末端弯折角为135 °,弯后平直段长度为10 d(d为箍筋直径),且不小于75 mm。
2.4钢筋的锚固长度
为保证钢筋伸入支座的黏结力,应使钢筋伸入支座有足够的锚固长度。如支座长度不够时,施工中采取钢筋弯折措施,弯折长度计入锚固长度内;也可以在钢筋端部焊接短钢筋、短角钢等方法加强钢筋与混凝土的黏结能力。
3结束语
综上所述,在房屋建筑工程的混凝土构件施工中,特别要注意钢筋原材料、加工下料、安装绑扎位置和混凝土保护层厚度的施工质量控制,保证钢筋与混凝土的黏结力,从而达到钢筋混凝土结构使用安全的目标。
参考文献
1 李 斌、沈凤生.锈蚀对钢筋混凝土粘结力的影响[J].工业建筑,2001.5
2 李 琛.锈蚀钢筋与混凝土粘结力的研究现状[J].山西建筑,2008.16
Discusses the Reinforced Concrete Cementing Power Construction Measure
Cai Xiaochun
Abstract:The article in view of the steel framework system’s security, the serviceability and the durability, has carried on the discussion to the reinforced concrete cementing power’s construction measure.
Key words:reinforced concrete; cementing power; construction measure