摘要: 現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度和耐久性, 那么保護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。
關鍵詞: 鋼筋和混凝土共同工作受力分析保護層的合理厚度
無論是工業建筑、農業建筑、民用建筑的構件基本上都是由基礎、墻體、柱、樓板、梁、屋頂等組成, 這些構件的材料絕大部分是鋼筋混凝土。隨著現代交通工業的發展, 高架橋梁工程、遂道工程不斷涌現, 這些工程的構件, 都和鋼筋混凝土息息相關, 所以說現代建筑已離不開鋼筋混凝土。無論是地下工程或是高達數百米的摩天大樓, 要是離開了鋼筋混凝土, 很難想象將會是什么樣的結果。有鋼筋就需有保護層, 鋼筋保護層究竟有什么作用? 保護層多大才合適? 鋼筋怎樣才能發揮出它固有的力學特性? 下面試從鋼筋與混凝土共同作用的受力機理, 結合多年的教學和施工實踐, 談談鋼筋保護層的重要性及其在施工中的控制。
一、鋼筋、混凝土組成的復合材料, 能夠共同工作的可能性
鋼筋和混凝土在建筑工程中已經成了不可分割的孿生兄弟, 從材料的物理力學性能來分析, 鋼筋具有較強的抗拉、抗壓強度, 而混凝土只具有較高的抗壓強度, 抗拉強度很低。但兩者的彈性模量較接近, 熱膨脹系數基本相同, 還有較好的粘結力, 這樣既發揮了各自的受力性能, 又能很好地協調工作, 共同承擔結構構件所承受的外部荷載。
二、鋼筋混凝土構件工作時的受力分析
鋼筋與混凝土之間存在著很強的粘結力。在計算時, 鋼筋混凝土構件是作為一個整體承受著外力。同時, 由于混凝土的抗拉強度很低, 故只考慮混凝土所承受的受壓應力, 而拉應力則全部由鋼筋來承擔。對于受力構件截面設計來講, 受拉的鋼筋離受壓區越遠, 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, 受拉鋼筋總是應盡量靠近受拉一側混凝土構件的邊緣。如雨篷板的受力筋應設在構件上部受拉區, 而梁的受力鋼筋設置在下部受拉區。如果放置錯誤或者鋼筋保護層過大, 輕者降低了梁的承載能力, 重者會發生重大事故。
三、保護層的合理厚度
那么, 受拉的鋼筋是否越靠邊越好呢?答案是否定的。這是因為鋼筋的主要成份是鐵, 鐵在常溫下很容易氧化, 更別說在高溫或潮濕的環境中。鋼筋被包裹在混凝土構件中形成鈍化保護膜, 不與外界接觸相對還比較安全, 但如果鋼筋保護層厚度過小, 也就是鋼筋過分靠近受拉區一側, 一方面容易造成鋼筋露筋或鋼筋受力時表面混凝土剝落, 另一方面隨著時間的移, 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作用, 從而導致鋼筋銹蝕, 斷面減小, 強度降低, 鋼筋與混凝土之間失去粘結力, 構件整體性受到破壞, 嚴重時還會導致整個結構體系破壞。通常除基礎外梁的保護層厚度一般為25mm。
在工程實際中, 由于鋼筋保護層厚度未按規范要求所導致的質量問題不勝枚舉。比較突出的如商品住宅樓工程建設中, 樓板負彎矩鋼筋保護層偏大及現澆框架結構中主次梁交界處主梁的上部負彎矩鋼筋保護層偏大的問題。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的跨度達5.7 米的樓板, 厚度為150mm, 設計是雙層雙向鋼筋網。從結構的力學計算來講, 支座處的負彎矩不比跨中板底正彎矩小多少, 但由于施工時施工單位對支座負彎矩鋼筋未引起足夠重視, 結果工程剛竣工還未使用就發現樓板上表面四周墻根處出現了許多裂縫。
后經權威檢測部門檢查測試后發現, 支座處負筋的保護層普遍超過規范20- 40mm, 最大的甚至超過了70mm, 使樓板上部的負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設計同意采取局部加固補強措施, 盡管這樣還是給施工單位本身造成很大的經濟損失。據有關資料統計, 目前住宅樓開裂原因70%左右是由鋼筋保護層位置不正確引起的。
四、施工時如何控制保護層的厚度
那么, 鋼筋保護層又該如何控制呢? 我認為重點應從兩方面著手, 一是抓施工前技術交底; 二是抓過程中要素控制。在施工前,應針對不同的工程部位, 根據設計圖紙及施工驗收規范, 確定正確的保護層。保護層的厚度并非千篇一律, 一般來說, 現澆樓板的保護層厚度15mm, 而基礎的保護層厚度通常為無墊層時70mm,有墊層時35mm, 梁、柱的保護層通常為25mm。因此, 在對操作者的技術交底中必須明確此厚度, 否則很容易造成返工。施工過程中,重點要做到規范操作, 特別是在混凝土現澆板澆搗過程中, 尤其需要重視。往往鋼筋綁扎時位置很正確, 但一到澆搗時情況就變了樣, 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, 保護層的厚度也就得不到保證。所以在施工過程中, 應做到規范操作, 嚴禁操作人員在鋼筋上隨意行走; 對上層鋼筋應作有效的固定; 澆搗中還應經常檢查,發現問題及時解決。
總之, 鋼筋保護層厚度對單項工程質量并不是起決定作用的, 但如果不重視它, 所產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理的前提下, 充分認識到合理的鋼筋保護層對工程結構的重要性。只有防微杜漸, 才能使我們的工程施工技術水平更上一個檔次。
