摘要: 现代建筑离不开钢筋混凝土, 要使钢筋和混凝土能够更好地工作, 提高钢筋混凝土的强度和耐久性, 那么保护层的作用是显而易见的, 那么厚度多少合理呢? 施工中如何控制是值得探讨的问题。
关键词: 钢筋和混凝土共同工作受力分析保护层的合理厚度
无论是工业建筑、农业建筑、民用建筑的构件基本上都是由基础、墙体、柱、楼板、梁、屋顶等组成, 这些构件的材料绝大部分是钢筋混凝土。随着现代交通工业的发展, 高架桥梁工程、遂道工程不断涌现, 这些工程的构件, 都和钢筋混凝土息息相关, 所以说现代建筑已离不开钢筋混凝土。无论是地下工程或是高达数百米的摩天大楼, 要是离开了钢筋混凝土, 很难想象将会是什么样的结果。有钢筋就需有保护层, 钢筋保护层究竟有什么作用? 保护层多大才合适? 钢筋怎样才能发挥出它固有的力学特性? 下面试从钢筋与混凝土共同作用的受力机理, 结合多年的教学和施工实践, 谈谈钢筋保护层的重要性及其在施工中的控制。
一、钢筋、混凝土组成的复合材料, 能够共同工作的可能性
钢筋和混凝土在建筑工程中已经成了不可分割的孪生兄弟, 从材料的物理力学性能来分析, 钢筋具有较强的抗拉、抗压强度, 而混凝土只具有较高的抗压强度, 抗拉强度很低。但两者的弹性模量较接近, 热膨胀系数基本相同, 还有较好的粘结力, 这样既发挥了各自的受力性能, 又能很好地协调工作, 共同承担结构构件所承受的外部荷载。
二、钢筋混凝土构件工作时的受力分析
钢筋与混凝土之间存在着很强的粘结力。在计算时, 钢筋混凝土构件是作为一个整体承受着外力。同时, 由于混凝土的抗拉强度很低, 故只考虑混凝土所承受的受压应力, 而拉应力则全部由钢筋来承担。对于受力构件截面设计来讲, 受拉的钢筋离受压区越远, 其单位面积的钢筋所能承受的外部弯矩也越大, 这样钢筋发挥效率也就越高。所以一般来讲, 无论是梁还是板, 受拉钢筋总是应尽量靠近受拉一侧混凝土构件的边缘。如雨篷板的受力筋应设在构件上部受拉区, 而梁的受力钢筋设置在下部受拉区。如果放置错误或者钢筋保护层过大, 轻者降低了梁的承载能力, 重者会发生重大事故。
三、保护层的合理厚度
那么, 受拉的钢筋是否越靠边越好呢?答案是否定的。这是因为钢筋的主要成份是铁, 铁在常温下很容易氧化, 更别说在高温或潮湿的环境中。钢筋被包裹在混凝土构件中形成钝化保护膜, 不与外界接触相对还比较安全, 但如果钢筋保护层厚度过小, 也就是钢筋过分靠近受拉区一侧, 一方面容易造成钢筋露筋或钢筋受力时表面混凝土剥落, 另一方面随着时间的移, 表面的混凝土将逐渐碳化。用不了多久, 钢筋外混凝土就失去保护作用, 从而导致钢筋锈蚀, 断面减小, 强度降低, 钢筋与混凝土之间失去粘结力, 构件整体性受到破坏, 严重时还会导致整个结构体系破坏。通常除基础外梁的保护层厚度一般为25mm。
在工程实际中, 由于钢筋保护层厚度未按规范要求所导致的质量问题不胜枚举。比较突出的如商品住宅楼工程建设中, 楼板负弯矩钢筋保护层偏大及现浇框架结构中主次梁交界处主梁的上部负弯矩钢筋保护层偏大的问题。以住宅楼为例, 如今的住宅面积越来越大, 尤其是客厅楼板。笔者曾见到过某单位建设的跨度达5.7 米的楼板, 厚度为150mm, 设计是双层双向钢筋网。从结构的力学计算来讲, 支座处的负弯矩不比跨中板底正弯矩小多少, 但由于施工时施工单位对支座负弯矩钢筋未引起足够重视, 结果工程刚竣工还未使用就发现楼板上表面四周墙根处出现了许多裂缝。
后经权威检测部门检查测试后发现, 支座处负筋的保护层普遍超过规范20- 40mm, 最大的甚至超过了70mm, 使楼板上部的负弯矩钢筋的作用大大降低, 有些甚至完全失去作用, 最后在迫不得已的情况下经设计同意采取局部加固补强措施, 尽管这样还是给施工单位本身造成很大的经济损失。据有关资料统计, 目前住宅楼开裂原因70%左右是由钢筋保护层位置不正确引起的。
四、施工时如何控制保护层的厚度
那么, 钢筋保护层又该如何控制呢? 我认为重点应从两方面着手, 一是抓施工前技术交底; 二是抓过程中要素控制。在施工前,应针对不同的工程部位, 根据设计图纸及施工验收规范, 确定正确的保护层。保护层的厚度并非千篇一律, 一般来说, 现浇楼板的保护层厚度15mm, 而基础的保护层厚度通常为无垫层时70mm,有垫层时35mm, 梁、柱的保护层通常为25mm。因此, 在对操作者的技术交底中必须明确此厚度, 否则很容易造成返工。施工过程中,重点要做到规范操作, 特别是在混凝土现浇板浇捣过程中, 尤其需要重视。往往钢筋绑扎时位置很正确, 但一到浇捣时情况就变了样, 不是人踩就是工器具压在上面, 由此造成的结果是支撑钢筋的马墩被踩倒, 混凝土上层钢筋弯曲变型, 保护层的厚度也就得不到保证。所以在施工过程中, 应做到规范操作, 严禁操作人员在钢筋上随意行走; 对上层钢筋应作有效的固定; 浇捣中还应经常检查,发现问题及时解决。
总之, 钢筋保护层厚度对单项工程质量并不是起决定作用的, 但如果不重视它, 所产生的危害也是不容忽视的。我们要在正确了解钢筋及混凝土的受力机理的前提下, 充分认识到合理的钢筋保护层对工程结构的重要性。只有防微杜渐, 才能使我们的工程施工技术水平更上一个档次。
